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Das Ausflugsziel für Naturforscher mit Frühlingssehnsucht: Tropische Welt der Schmetterlinge im Papiliorama Kerzers. Hier holen mein Partner und ich uns alle Jahre wieder in der dunklen Jahreszeit eine Dosis Wärme, Licht und Abenteuer mit faszinierenden Tieren. Daher ist dieser Beitrag allein aus meinem Antrieb entstanden, dieses Abenteuer mit euch zu teilen. Die Bilder stammen von meinem Lebensgefährten und Hausfotografen und erscheinen hier mit freundlicher Genehmigung der Stiftung Papiliorama.

Was ist das Papiliorama?

Mitten auf einem flachen Acker am Rand des Kantons Fribourg erhebt sich ein Komplex aus mehreren futuristischen Kuppeln, unter welchen sich eine warme, exotische Welt voller Farben und zauberhafter Bewohner verbirgt: Das Papiliorama Kerzers. Der Name verrät, was hier zu finden ist – denn Kerzers liegt am Rande der Westschweiz, wo man Französisch spricht. Und das französische “Papillon” bedeutet “Schmetterling”.

Mit Schmetterlingen hat hier auch alles angefangen. Das Papiliorama wird von einer gemeinnützigen Stiftung betrieben, die auf den niederländischen Biologen Maarten Bijleveld van Lexmond und seine Frau zurückgeht. Das Ehepaar gründete 1988 im Kanton Neuenburg ein erstes Schmetterlingshaus, welches später aus Platzmangel in das weitläufigere Dreiseenland um Kerzers umgesiedelt wurde. Seither sind zur Schmetterlingskuppel zwei weitere Tropen-Landschaften voller exotischer Tiere und Pflanzen hinzugekommen.

Für einmaligen Eintritt können die Kuppeln und Aussenanlagen den ganzen Besuchstag lang nach Belieben betreten werden, um den darin meist frei lebenden Tieren ganz nahe zu kommen. Das ist eine wunderbare Gelegenheit, um sich mit diesen faszinierenden Geschöpfen ganz genau zu beschäftigen!

Aktivitäten für Naturforscher im Papiliorama-Tropenhaus

Papiliorama

14 Meter hoch wölbt sich die 40 Meter hohe Kuppel des Papilioramas über einer phantastischen tropischen Landschaft. Mehrere Dutzend Pflanzenarten, darunter 16 Arten teils hoch aufragender Palmen, fügen sich zu einem üppigen Garten zusammen. Darunter sind Nektarspender und Futterpflanzen für Raupen – die ideale Heimat für rund 1500 Schmetterlinge aus allen tropischen Teilen der Welt, welche frei in der Kuppel fliegen!

1. Wieviele Schmetterlingsarten findest du?

Rund 60 verschiedene Schmetterlingsarten fliegen im Papiliorama. Die meisten davon werden von Züchtern eingekauft und treffen als Puppen ein, um im Papiliorama zu schlüpfen. So hängt von der Verfügbarkeit bei den Züchtern ab, welche Arten aktuell wirklich vorhanden sind (die meisten Schmetterlinge werden nach dem Schlüpfen aus der Puppe nur wenige Tage alt!). Zu entdecken gibt es aber immer reichlich.

Wenn du dich gleich am Eingang in die Kuppel links wendest und die Galerie erklimmst, findest du eine Tafel mit Abbildungen und Namen aller Arten (Deutsch – Französisch – Lateinisch), die dir beim Bestimmen hilft (Tipp: Ich habe die Tafel mit dem Smartphone abfotografiert, sodass ich sie überall im Papiliorama zur Hand hatte). Einige Arten vermehren sich übrigens frei im Tropengarten. Findest du ihre Raupen? (Tipp: Nicht alles, was nach Vogelkot aussieht, ist auch welcher!)

2. Schau genau hin: Wie ist der Körper eines Schmetterlings aufgebaut? Woraus bestehen die Flügel?

Die Schmetterlinge im Papiliorama zeigen kaum bis keine Scheu vor Besuchern. So lassen sie sich häufig auf den Pflanzen oder sogar auf dem Rücken deiner Begleiter ganz aus der Nähe betrachten. Wenn du eine Kamera mit Makroobjektiv oder -linse zum Aufschrauben hast, kannst du ausserdem faszinierende Nahaufnahmen machen.

Wie kommen Schmetterlingsflügel zu ihren schillernden Farben?

Ein besonderer Blickfang unter den farbenfrohen Faltern ist immer wieder der blaue Morpho (Morpho peleides). Dieser grosse Schmetterling (Flügelspannweite 10 – 15cm) ist im Flug kaum zu übersehen, denn seine Flügeloberseiten erstrahlen in irisierendem Himmelblau.

Diese in der Natur höchst unwahrscheinlich anmutende Farbgebung samt ihrem Metallic-Effekt entsteht nicht wie übliche Farben dadurch, dass die Flügeloberfläche einen Teil des weissen Lichts schluckt, das auf sie fällt. Stattdessen wird das einfallende Licht an der Oberfläche auf raffinierte Weise gestreut und zurückgeworfen (reflektiert). Die Oberfläche von Schmetterlingsflügeln ist nämlich nicht glatt, sondern besteht aus unzähligen winzigen Schuppen, die ihrerseits in noch winzigere Lamellen unterteilt sind.

Flügelschuppen eines Tagpfauenauges unter dem Rasterelektronenmikroskop (By SecretDisc 11:39, 16 January 2007 (UTC) (Own work) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)

Jede dieser Schuppen reflektiert für sich das auf sie fallende Licht, sodass sich die einzelnen Lichtwellen auf dem Weg in unser Auge begegnen und überlagern können (Lichtwellen haben die Eigenart, sich je nach Art und Weise der Überlagerung zu verstärken oder auszulöschen). Auf unserer Netzhaut trifft so schliesslich ein atemberaubendes Muster von Lichtwellen ein, das unser Gehirn zu einem schillernden Schmetterlingsflügel zusammensetzt. Die Flügel des blauen Morphos bestehen zum Beispiel aus zwei Lagen von Schuppen. Die untere Lage ist dabei besonders aufgerauht und sorgt für die Farbe, während die obere Lage durchsichtig ist. Dennoch reflektieren auch die durchsichtigen Schuppen gleich winzigen Brillianten Licht. Durch Überlagerung (Interferenz) der Lichtwellen von den farbigen Schuppen mit jenen von den durchsichtigen Schuppen entsteht schliesslich der schillernde Effekt. Mehr zur Entstehung dieser sogenannten Strukturfarben findest du übrigens hier.


3. Schaue den Schmetterlingen beim Schlüpfen zu!

Gleich hinter dem Eingang zur Kuppel des Papilioramas ist die grosse Vitrine, die als Brutkasten für die Schmetterlinge dient, nicht zu übersehen. Hier werden die Puppen, welche von Züchtern eingekauft werden, sorgfältig an Stangen aufgereiht und beschriftet. So können die Besucher durch die Glasscheibe beobachten, wie die fertigen Falter sich langsam aus ihren Kokons schälen und anschliessend auf den leeren Hüllen oder den Haltestangen ihre Flügel zu voller Pracht entfalten.

Dreimal an jedem Besuchstag (die Zeiten sind an einer Tafel am Eingang zur Kuppel angegeben) erscheint ein Mitarbeiter des Papilioramas und entlässt die geschlüpften Falter in die Freiheit des Tropengartens. Dabei kannst du viel Spannendes rund um die Schmetterlinge und das Papiliorama erfahren und den Mitarbeiter bzw. die Mitarbeiterin mit deinen Fragen löchern.

Die Metamorphose der Schmetterlinge

Aus Schmetterlingseiern schlüpfen weiche, vielfältig gestaltete Raupen, die abgesehen von ihren Stummelfüsschen kaum unterscheidbare Gliedmassen haben und mühsam auf Blättern und Zweigen umher kriechen müssen. Die Raupen sind für ihren Appetit berüchtigt: Ihre einzige Lebensaufgabe scheint das Fressen von Grünzeug zu sein. Sobald sie dabei gross und dick geworden sind, geschieht jedoch etwas seltsames: Eine Raupe hüllt sich selbst in eine feste Schale, einen Kokon bzw. eine Puppe, ein – meist in einem geschützten Winkel an einem Zweig hängend. Und dann geschieht – scheinbar – einige Tage lang nichts mehr. Bis die Puppe schliesslich aufplatzt und sich ein noch reichlich zerknautscht aussehender Schmetterling mit Beinen, Antennen und Flügeln herauszwängt.

Und tatsächlich ist in der Puppe ein neues Tier entstanden. Wie praktisch alle ausgewachsenen Insekten haben Schmetterlinge einen steifen, unveränderlichen Chitinpanzer – auch die Flügel bestehen übrigens aus Chitin. Und dieser Panzer kann nicht wachsen. Deshalb ein Schmetterling (wie viele andere Insekten auch) sein Leben nach dem Schlüpfen aus dem Ei in einer anderen Gestalt: Der weichen Raupe, die sich häuten und wachsen kann. Und das ist dann auch die einzige Lebensaufgabe einer Raupe: Fressen und “Speck” ansetzen, der später einmal als Baumaterial für den Schmetterling dienen muss.

Sobald die Raupe ihr Endgewicht erreicht hat, verpuppt sie sich, um vor den Widrigkeiten der Welt draussen geschützt zu sein. Und dann verdaut sie sich regelrecht selbst. Durch Hormone vermittelte Botschaften setzen Verdauungssäfte frei, die nahezu den ganzen Raupenkörper in seine molekülgrossen Einzelteile auflösen. Man kann daher sagen, dass die Raupe in ihrem Kokon stirbt. Beinahe zumindest.

Denn einige wenige spezielle Zellen, “Histioblasten” genannt, in welchen der Bauplan für den Schmetterling hinterlegt ist, bleiben übrig. Diese Zellen machen nur wenige Prozent des gesamten Inhalts der Puppe aus und dienen als Ursprung für die Körperteile des Schmetterlings. Der wird nämlich aus dem Material der einstigen Raupe ganz neu zusammengesetzt. Und sobald der neue Falter fertig ist, schält er sich aus seiner Puppenhülle, die er nun dank seines eigenen Chitinpanzers nicht mehr braucht.

Danach heisst es für den frischgeschlüpften Schmetterling, sein Blut in Wallung zu bringen. Denn erhöhter Blutdruck treibt sein Blut in die winzigen Adern in seinen noch arg zerknautschten Flügeln, sodass die prall gefüllten Blutgefässe die Schwingen zur vollen Pracht spreizen können. Erst danach ist der Schmetterling in der Lage, sich in die Lüfte zu erheben, einen Partner zu suchen und neue Eier zu befruchten bzw. zu legen, aus welchen wiederum wachsende Raupen schlüpfen.


4. Spüre weitere Bewohner der Kuppel auf

Neben den Schmetterlingen bevölkern weitere Tiere die Kuppel des Papilioramas. Dazu gehören Vögel wie die kleinen, farbenfrohen Nektarvögel, der eindrucksvolle Rothaubenturako, Zwergwachteln und verschiedene Enten. In den Teichen am Grund des Tropengartens schwimmen tropische Fische, und wer aufmerksam hinschaut, mag sogar die gut getarnten Stabschrecken oder einen schlafenden Flughund entdecken. Findest du diese oder noch andere Tiere?

Und als ob das noch nicht genug wäre: Nocturama & Dschungel-Trek

 
5. Erkunde die nächtliche Tierwelt des Regenwaldes

Achtung! Wenn du die Kuppel des Nocturamas betrittst, wirst du erst einmal im Dunkeln stehen. Dabei ist es dort längst nicht so dunkel, wie es den Anschein hat. Die dunkle Verkleidung des Kuppeldachs ist nämlich so lichtdurchlässig, dass sie vom Tageslicht eben so viel hinein lässt, dass eine Vollmondnacht vorgetäuscht wird. Nimm dir deshalb Zeit, ehe du den Rundgang durch die Welt des nächtlichen Dschungels in Angriff nimmst und gehe bestenfalls eine zweite Runde. Denn deine Augen gewöhnen sich langsam an die Dunkelheit: Die Pupillen weiten sich und lassen mehr Licht auf die Netzhaut, sodass dein Sehvermögen sich zunehmend verbessert.
Dann halte die geweiteten Augen offen und entdecke die exotischen Greifstachler (diese Tiere kannte ich vor meinem ersten Besuch im Nocturama übrigens nicht), gar nicht träge Faultiere (die des Nachts vergleichsweise erstaunliche Geschwindigkeiten erreichen können), die quirligen Nachtaffen (welche von der Natur mit riesigen, immer weiten Augen perfekt für das Nachtleben ausgestattet sind), das emsige Gürteltier und viele weitere faszinierende Tiere.
Der Rundweg führt im Übrigen auch durch eine echte Fledermaus-Höhle und wird von den Tieren dementsprechend gerne als Einflugschneise benutzt. Dabei ist meineswissens noch kein Besucher angerempelt worden…Das Echolot lässt offenbar eine atemberaubend schnelle Ortung bewegter Hindernisse zu!

6. Erkunde das Shipstern-Reservat in Zentralamerika im Jungle-Trek

Die Stiftung Papiliorama ist eng verknüpft mit der Corozal Sustainable Future Initiative (CSFI), die im zentralamerikanischen Belize ein 235km^2 grosses Regenwald-Schutzgebiet unterhält. Damit du nun nicht über den grossen Teich reisen musst, um dir das anzusehen, beherbergt die Kuppel des “Jungle-Trek” die Nachstellung eines kleinen Ausschnitts dieses Paradieses auf Erden – komplett mit Original-Pflanzen und -Tieren. Auf verschlungenen Wegen kannst du so die Dschungel-Welt erkunden und ihren frei lebenden Bewohnern begegnen. Auf einer Wendeltreppe geht es zudem bis hinauf in die Baumwipfel!

Zu den Tieren, die hier leben, gehören der farbenfrohe Tukan, Leguane, der einem Truthahn ähnliche Turberkelhokko und viele andere. Welche Tiere findest du im Dschungel?

Für die wärmeren Jahreszeiten

 
7. Finde Tiere zum Streicheln und lerne die Insekten Mitteleuropas kennen

Auch die einheimische Natur kommt im Papiliorama nicht zu kurz. Ganz besonder im Sommer locken die Aussenanlagen mit Streichelzoo, Ententeich, spannenden Wasserspielplätzen und Platz zum Ausruhen und sich verpflegen. Im “Chlitierli-Zäut” (für nicht des Berndeutschen mächtige: “Kleintier-Zelt”) kannst du zudem die Welt der einheimischen Insekten und anderer kleiner Krabbeltiere entdecken.

Und sonst noch

Zum Papiliorama gehören ausserdem ein Imbiss (als wir dort vor Jahren zum letzten Mal gegessen haben, waren wir jedoch nur mässig begeistert vom Angebot) und ein grosser Shop, in welchem vom Plüschtier über Bücher bishin zu spannenden Gadgets für kleine und grosse Forscher und echten Dschungelpflanzen für das heimische Wohnzimmer alles erhältlich ist, was das Naturliebhaber-Herz begehrt. Achte bei den Pflanzen jedoch auf Schädlings-Befall: Wir haben bei unserem letzten Besuch Ende 2016 leider viele Pflanzen im Verkauf befallen vorgefunden!

Fazit

Das Papiliorama ist (nicht nur) an kalten Wintertagen eine warme Oase voller exotischer Lebewesen, die sich spielend einen halben bis ganzen Tag lang entdecken und beobachten lassen. Dabei gibt es nicht nur über die Tiere und Pflanzen selbst, sondern auch über ihre Gefährdung und das Shipstern-Reservat für Gross und Klein viel Spannendes zu lernen. So machen wir, zwei ‘grosse’ Naturfreunde inzwischen Mitte 30, uns regelmässig zwischen den Jahren nach Kerzers auf, um dem dunklen und kalten Winter für einen Tag zu entfliehen.

Möchtest du es uns gleich tun? Hier erfährst du, wie du zum Papiliorama kommst und was du sonst noch wissen musst.

Und wenn die kleinen Naturforscher nach dem winterlichen Besuch mit dem Erkunden der einheimischen Krabbeltier-Welt nicht bis zum Frühling warten möchten, gibt es übrigens auch hier viele spannende Geschichten zu den “Wiesenhelden” Mitteleuropas!

Und hast du schon einmal das Papiliorama besucht? Oder ein ähnliches Schmetterlings- oder Tropenhaus?

Dieser Artikel enthält Affiliate-Links aus dem Amazon-Partnerprogramm (gekennzeichnet mit (*) ) – euch kosten sie nichts, mir bringen sie vielleicht etwas für meine Arbeit ein. Ich habe für diese Rezension ein Rezensionsexemplar des Buches erhalten. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Die Geschichten in Keinsteins Kiste drehen sich in der Regel um den Alltag von heute – und der allein hat reichlich Spannendes zu bieten. Und manchmal scheint es gar so, als wäre die Wissenschaft fertig, könne alles erklären, was das Leben bietet, als könne die Technik alles leisten, was man zum Leben braucht. Und doch erwarten uns im Alltag von morgen unzählige neue Geschichten, die heute noch geradezu unglaublich klingen mögen – oder eben nach Science Fiction. Und genau diesen Geschichten widmet sich der Physiker Gerd Ganteför in seinem spannenden Buch “Heute Science Fiction, morgen Realität? – An den Grenzen des Wissens und darüber hinaus”.

[…]Doch Forschung ist nie am Ende und die Faszination der Wissenschaft ist ungebrochen, so Ganteför. Schliesslich gebe es Tausende von offenen und sehr spannenden Fragen.

Gibt es ein Ende der Welt? Sind wir dazu verurteilt, alt und schwach zu werden und zu sterben? Gibt es ausserirdisches Leben? Werden wir neue und unerschöpfliche Energiequellen entwickeln?

Diese und viele andere Fragen aus verschiedenen Diziplinen der Naturwissenschaft, die heute längst nicht nur Wissenschaftler bewegen, diskutiert Ganteför in seinem Buch – und die Häufigkeit, mit welcher er dabei zu der Antwort “möglich” oder gar “bald möglich” kommt, lässt mich staunen.

Zum Inhalt des Buches

Gibt es eigentlich noch etwas zu entdecken oder wissen wir schon alles? Werden wir immer einen Grossteil unseres Lebens arbeiten müssen, um unseren Lebensunterhalt zu verdienen? Wird es immer Krankheiten geben? […] Werden wir jemals die Sterne erreichen?

Diese Fragen, welche am Anfang des Buches stehen, lassen schon erahnen, dass die Forschung nicht nur in Ganteförs Augen noch lange nicht “fertig” ist. Es gibt noch zahlreiche spannende und überaus weltbewegende Fragen zu beantworten. Überdies sind Visionen und die Forschung daran notwendig für eine weitere Entwicklung und damit den Erhalt der menschlichen Zivilisation.

So soll Ganteförs Buch in einer Zeit, in welcher viele Menschen dem wissenschaftlichen Fortschritt skeptisch gegenüber stehen, Möglichkeiten bzw. Chancen für die Bewältigung der heutigen grossen Probleme der Gesellschaft, die die Wissenschaft von morgen eröffnet, aufzeigen. Dazu sollen in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft die Grenzen des heutigen Wissens aufgezeigt werden, um dann einen Blick darüber hinaus auf das zu wagen, was uns hinter diesen Grenzen Aufregendes und Nützliches erwartet.

Ganteför beginnt seinen Rundgang ganz und gar nicht bescheiden mit dem Universum selbst. Zu Beginn miit den Eckdaten unseres Kosmos ausgerüstet geht es an die Fragen nach einer zweiten Erde irgendwo da draussen und möglichem Leben darauf. Mit Wasser scheint beides möglich, doch angesichts des unermesslichen Platzes im Universum und der Zeit, die die Evolution benötigt, ist laut Ganteför fraglich, ob zwei intelligente Zivilisationen in erreichbarer Nähe und zeitgleich erscheinen.

Daraus ergibt sich förmlich die Frage nach Reisen zu den Sternen. Da der Hyperraum uns, könnten wir ihn erreichen, uns der unverletzlichen Kausalität wegen die Rückkehr verweigern und das Beamen an den gleichen unfasssbaren Ressourcenmengen, wie sie schon Lawrence M. Krauss vor 19 Jahren in “Die Physik von Star Trek” beschrieb, scheitern würde, bleibt uns für Langstreckenreisen im Weltraum letztlich die Kombination von Fusionsenergie und einem Staubstrahltriebwerk, das seinen Treibstoff während seiner Reise aus dem Raum aufliest.

Bei der näheren Betrachtung möglicher Energiequellen der Zukunft beschreibt Ganteför neben schwarzen Löchern als recht unwahrscheinliche künftige Energiequelle die Fusionsreaktoren, an welchen heute schon geforscht wird. Die Kernfusion bekommt man darin sogar hin – allerdings sie die Geräte für irgendeine Anwendung noch bei Weitem zu sperrig.

So wendet sich Ganteför als nächstes den Visionen der Biologie zu. Können die Dinosaurier wiederz um Leben erweckt werden? Das ist seit Jurassic Park wohl eine der populärsten Fragen an die Biologie. Unglücklicherweise hält sich DNA, wie gut sie auch konserviert ist, nicht länger als etwa eine Million Jahre, was die Dinos unerreichbar macht. Der Wiederbelebung in jüngerer Zeit ausgestorbener Arten sind Wissenschaftler jedoch aufregend nahe gekommen – wie auch der Molekularbiologie Martin Moder in “Treffen sich zwei Moleküle im Labor” zu berichten weiss.

Eine weitere grosse Frage der Biologie ist jene nach dem Ursprung des Lebens – der heute im Umfeld heisser Quellen am Meeresgrund vermutet wird, wo die ersten Moleküle, die sich selbst reproduzieren können, entstanden sein mögen. Und da man über derartige Moleküle schon ziemlich viel weiss, ist laut Ganteför auch eine “synthetische” Biologie von Menschenhand designter Lebewesen denkbar.

Die grossen Visionen der Medizin sind bei Ganteför die Fragen nach der Heilbarkeit aller Krankheiten einschliesslich Nervenverletzungen durch Unfälle, nach einem ewigen Leben oder zumindest einem verlangsamten Altern und der Erschaffung von “Supermenschen”. In allen drei Bereichen führt Ganteför das Verstehen von Körperfunktionen im ganz Kleinen (also auf molekularer Ebene) als Voraussetzung für diese grundsätzlich möglichen Errungenschaften an und gewährt spannende Einblicke in Gegenstände heutiger Forschung unter anderem zu personalisierter Medizin, Regeneration von Nervengewebe und zu den möglichen Gründen dafür, dass wir altern.

Von der Regeneration von Nervengewebe geht es im Kapitel “Geist und Bewusstsein” zu den Möglichkeiten der Direktverbindung zwischen Computer und Gehirn: Kann man Daten von einem Computer ins Gehirn laden – oder umgekehrt den Inhalt eines Gehirns samt Bewusstsein auf einen Computer-Speicher schreiben? Können Computer Gedanken lesen? Oder gar selbst eine künstliche Intelligenz entwickeln? Was hier reichlich nach Fantasy klingt, ist tatsächlich Gegenstand heutiger Forschung, die Ganteför hier vorstellt.

Von den Visionen geht es schliesslich zu den Grenzen des Wissens in der Physik: Zunächst gibt Ganteför eine Übersicht über das heute etablierte, wenn auch nicht ganz problemfreie Standardmodell der Teilchenphysik, aus welchem sich die Fragen nach einer Weltformel, nach der Natur von Raum und Zeit und Teilchen als solchen bis hin zur Bedeutung des erst vor wenigen Jahren experimentell bestätigten Higgs-Feldes ergeben.

Neben den Teilchen gehören auch scheinbar unverrückbare Naturgesetze und -konstanten zu unserer heutigen physikalischen Welt. Warum die Naturgesetze so sind, wie sie sind, was die Werte der Naturgesetze bestimmt und warum in unserem Universum Leben möglich ist, sind heute noch weitgehend offene Fragen.

Auch das Universum selbst wirft noch unbeantwortete Fragen auf. Heute ist die Urknall-Theorie als Entstehungsgeschichte des Universums anerkannt, obwohl sie Fragen offen lässt: Warum gibt es im Universum keine Antimaterie? Expandierte das Universum am Anfang seines Daseins mit Überlichtgeschwindigkeit? Was war vor dem Urknall? Was ist dunkle Materie und woher kommt die dunkle Energie?

Das elfte und letzte Kapitel ist schliesslich eine Zusammenfassung des vorangehenden bunten Reigens von Visionen und offenen Fragen.

Mein Eindruck vom Buch

Gerd Ganteför bietet seinen Lesern einen spannenden und für Laien gut verständlichen Rundgang durch die Themen der Forschung von morgen: Da erwartet uns in Zukunft viel Aufregendes, das sich in Ganteförs überaus klarem und nüchternem Schreibstil sehr angenehm lesen lässt.

So vielfältig die diskutierten Fragen sind, so oberflächlich werden die einzelnen Forschungsgebiete im begrenzten Umfang des Buches auch dargestellt. Das wird besonders in den Kapiteln deutlich, welche Themen behandeln, die mir besonders vertraut sind: Dort sind mir wiederholt kleine inhaltliche Ungenauigkeiten ins Auge gefallen, wie das Aufzählen der Lichtgeschwindigkeit als Naturkonstante ohne zu erwähnen, dass Licht sich nur im Vakuum mit dieser Geschwindigkeit bewegt, oder die Behauptung, man sei heute noch nicht in der Lage, Energie aus Masse zu gewinnen (genau das ist die Grundlage der Energiegewinnung mittels Kernspaltung!).

Solche Ungenauigkeiten zu erwähnen mag als Korinthenkackerei angesehen werden, aber ich vermag nicht einzuschätzen, inwiefern sie auch in den Abschnitten auftauchen, die mir weniger vertraute Themen behandeln und dort womöglich zur Entstehung fehlerhafter Vorstellungen beitragen.

Wer sich für die beschriebenen Themengebiete näher interessiert, findet jedoch in den Literaturlisten am Ende jedes Kapitels reichlich vertiefendes Material zum Weiterlesen. Dabei kommen auch und vor allem die Netz-Nutzer unter den Lesern nicht zu kurz, denn erstaunlich viele Verweise führen zu Wikipedia und andere Wissens-Sammlungen (was in meinen Augen für die zunehmende Qualität der Inhalte solcher Portale spricht).

Darüber hinaus stellt Ganteför die behandelten Visionen und Möglichkeiten auffallend unkritisch dar. So findet man in seinem Buch keine tödlichen Designerviren, feindlichen Alien-Zivilisationen, ethischen Diskussionen über Tierversuche zur Wiederbelebung ausgestorbener Arten oder Nebenwirkungen von “Verbesserungen” von Menschen.

Das entspricht der Zielsetzung, die der Autor gemäss Einleitung mit seinem Buch verfolgt: Nämlich in einer Zeit, in welcher Wissenschafts- und Fortschritts-Skeptiker vielerorts den Ton angeben, einen positiven Einblick in die Möglichkeiten, die uns die Forschung in Zukunft eröffnen kann, zu gewähren. Und diese Möglichkeiten sind gemäss Ganteför dafür geeignet, die grossen Probleme der Menschheit zu lösen.

Für eine sachliche Diskussion der Möglichkeiten und Anforderungen künftigen wissenschaftlichen Fortschritts an die Gesellschaft liefert das Buch nur eine Seite der Medaille. Wenn man die andere Seite durch den verbreiteten Wissenschafts-Skeptizismus als gegeben annimmt, liefert “Heute Science Fiction, morgen Realität” ein wohltuendes, wenn nicht gar aufregendes Gegengewicht zu weit verbreitetem Pessimismus und vielfältiger Panikmache.

Eckdaten rund um das Buch

(*)

Textlink (Amazon): Gerd Ganteför: Heute Science Fiction, morgen Realität? – An den Grenzen des Wissens und darüber hinaus (*)
WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, 2016
Hardcover, 224 Seiten
ISBN: 978-3-527-33881-8

 

Fazit

Mit “Heute Science Fiction, morgen Realität?” bietet Gerd Ganteför auch und gerade absoluten Wissenschafts-Laien einen spannenden und leicht verständlichen Einblick in die Möglichkeiten der Wissenschaft von morgen, welche ebenso vielfältig bunt sind wie das Cover des Buches. Doch dank ebendieser Themenvielfalt bin auch ich als “Wissenschafts-Profi” bei der Lektüre hier und da ins Staunen gekommen.

Die dargestellten Visionen kritisch zu betrachten und ethische Gesichtspunkte abzuwägen bleibt dabei ganz dem Leser überlassen. Wer gerne unkritisch staunt und sich von spannenden Aussichten verzaubern lässt, wird in diesem Buch eine kurzweilige und letztlich auch ermutigende Lektüre finden.

Und was ist eure liebste Zukunfts-Vision?

Mit Spannendem und Wissenswertem über Blut kann man ganze Bücher oder Website füllen! Und da Blut rund um Halloween allgegenwärtig ist, widme ich diesem Wunderstoff den diesjährigen Gruselbeitrag.

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Christopher von Hirn mit Ei hat einen echten Geisterjäger interviewt

Der Herbst ist spürbar angekommen, und einmal mehr ist die Nacht verstrichen, in welcher die Welt der Geister der unseren besonders nahe sein soll: Die Nacht auf Allerheiligen, Samhain – oder auf gut amerikanisch: Halloween. So sind Geister und alles Schaurige dieser Tage Motto für Partys, Kostüme, Schaufensterdeko, zahllose Blogartikel und sogar das Fernsehprogramm. Dabei erfreut sich ein besonders gruseliges Detail grosser Beliebtheit: Blut. Ob als Leibspeise für Vampire oder raffiniertes “Accessoire” für Zombie-Kostüme und schaurige Dekorationen – Blut und Blutiges sind nicht wegzudenken, wenn es um Halloween geht.

Dabei ist Blut doch eigentlich gar nicht gruselig – sondern eine der spannendsten und nützlichsten Chemikalien überhaupt! So trägt es die überaus positive Bezeichnung “Lebenssaft” zu Recht, denn Blut ist eine Flüssigkeit, die atmen kann! Wie genau das funktioniert, und wie das Blut dank dieser Fähigkeit einen ganzen Körper mit Energie versorgen kann, erzählt diese Geschichte.

Und da unser Lebenssaft damit viel zu kostbar ist, um als Gegenstand von Experimenten oder gar als Halloween-Dekoration zu enden, gibt es zum Schluss noch einige Tipps zum oft unvermeidlichen Umgang mit Blut: Wie wird man nach einem blutigen Unfall die hartnäckigen roten Flecken auf Kleidung und Co. wieder los?

Warum Blut uns zum Gruseln bringt

Blut ist flüssig, rot und undurchsichtig – eine Suspension: ein Gemisch aus verschiedenen chemischen Substanzen, von welchen mindestens eine fest und eine flüssig ist – also eine Chemikalie wie tausend andere auch. Warum aber erschaudern die meisten Menschen gerade beim Anblick von Blut und werden im schlimmsten Fall sogar ohnmächtig?

Das ist ein Überbleibsel der evolutionären Entwicklung des Menschen: Tatsächlich sorgt Blut nämlich erst dann für Schrecken, wenn es vergossen wird. So lange es sich in den Blutgefässen im Körper befindet  – oder auch sicher verpackt in einer Ampulle oder einem Konservenbeutel, lässt es sich sehr einfach als das betrachten, was es ist: eine rote Flüssigkeit.

Sobald es aus Wunden vergossen wird, signalisiert es stattdessen “Hier ist etwas gefährliches, womöglich lebensfeindliches am Werk!” Wer einstmals beim Anblick von vergossenem Blut oder einem verwundeten Körper schnellstmöglich Reissaus nahm, hatte bessere Chancen auf ein längeres Leben und die Weitergabe seines Erbguts als jene, die in Seelenruhe abwarteten, bis der verantwortliche lebensfeindliche Umstand sie um ihr eigenes Blut erleichterte.

Spätestens seit gut 70 Jahren ist das in vielen Teilen unserer Welt anders. Blut bekommt man darin in der Regel nur noch an Unfallschauplätzen, in Operationssälen, in Fernsehkrimis oder Gruselfilmen zu Gesicht. Und bei diesen Gelegenheiten droht normalerweise keinem Beobachtenden Gefahr.

So können wir getrost unseren überflüssig gewordenen Urinstinkt überwinden und das menschliche Blut in allen Einzelheiten betrachten.

Woraus besteht das menschliche Blut?

Blut ist eine Suspension, also ein Stoffgemisch aus flüssigen und festen Bestandteilen. Ein Mensch enthält etwa 70 bis 80 ml dieses Gemischs, das normalerweise sicher in den Blutgefässen eingeschlossen ist, pro kg Körpergewicht. Ich habe damit rund 5,5l Blut.

Und wieviel Blut hast du?

Das Blut eines erwachsenen Menschen besteht in der Regel zu rund 44% aus frei beweglichen Zellen, die mit Wasser vermischt durch unsere Gefässe strömen. Dieser Anteil der Zellen am Blut wird “Hämatokrit” (“Hkt”) genannt und von Ärzten oft als Anteil an einem Liter Blut angegeben. Ein üblicher Hämatokrit beträgt also 0,44 Liter Zellen in einem Liter Blut. Mit steigendem Anteil an Zellen wird das Blut dickflüssiger, sodass zunehmend dazu neigt, die engen Blutgefässe im Körper zu verstopfen. Ein Hämatokrit von 0,6 und höher gilt deshalb als ernsthaft gesundheitsgefährdend. Ein solch hoher Anteil an Zellen im Blut kann die Folge von Flüssigkeitsverlust oder der Verabreichung von Blutzellen-Konzentraten per Infusion, beispielsweise zur Leistungssteigerung, sein und gehört damit zu den gefährlichen Nebenwirkungen verschiedener Doping-Methoden.

Blut enthält eine Reihe verschiedener Sorten von Zellen:

Blut-Zellen unter dem Elektronenmikroskop

Unter dem Elektronenmikroskop: links: rote Blutzelle, Mitte: aktiviertes Blutplättchen, rechts: weisse Blutzelle

Rote Blutzellen (auch: Rote Blutkörperchen, Erythrozyten):

Die roten Zellen machen den Löwenanteil der Zellen im Blut aus: Enthält das Blut 440 Milliliter Zellen, entfallen rund 430 Milliliter davon auf die roten Zellen, während die übrigen Zellen zusammen nur 10 Milliliter ausmachen! Deshalb kann der Hämatokrit näherungsweise als Anteil der roten Zellen am Gesamtblutvolumen angesehen werden.

Die roten Blutzellen lassen sich unter dem Lichtmikroskop  beobachten. Ihr Aussehen erinnert an winzige Gummiboote mit einem Durchmesser von etwa 7,5 Mikrometern. Anders als andere Zellen enthalten rote Blutzellen von Säugetieren keinen Zellkern und entbehren ausserdem Mitochondrien, Ribosomen und einige andere Organellen. So haben sie mehr Platz für ihr wichtigstes Werkzeug: Hämoglobin – das Protein, welches ihnen die rote Farbe verleiht und den Transport von Sauerstoff übernimmt. Würde man roten Blutzellen alles Wasser enziehen, dann würde das Hämoglobin rund 90% des Gewichts der verbleibenden Stoffe stellen. Rote Blutzellen sind also ganz auf ihren überaus wichtigen Job spezialisiert: Sie transportieren Sauerstoff.

Weisse Blutzellen (auch: Weisse Blutkörperchen, Leukozyten):

Die weissen Blutzellen sind als Teil des Immunsystems für die Abwehr von Bedrohungen für “ihren” Körper zuständig. Wie in einer richtigen Polizeitruppe gibt es unter ihnen verschiedene Spezialisten mit an verschiedene Aufgaben angepasster Gestalt. Sie alle unterscheiden sich von den roten Zellen darin, dass sie einen Zellkern und eine Komplettausstattung zur Energieerzeugung haben. Die Energie ermöglicht den weissen Zellen zum Beispiel die Herstellung von verschiedenen “Kampfstoffen” oder die eigenständige Fortbewegung, auch aus den Blutgefässen hinaus!

Zu den verschiedenen Spezialisten in der Körper-Polizeitruppe zählen:

Fresszellen: Sind darauf ausgelegt, Fremdstoffe und gefährliche Keime aufzunehmen (zu “phagozytieren”) und zu verdauen. In den Blutgefässen selbst findet man vornehmlich Monozyten (Vorläuferzellen, die zu Makrophagen, den eigentlichen Fresszellen ausreifen können) und neutrophile Granulozyten.

Giftschleudern: Diese Zellen können “Ausdünstungen”, also bestimmte Moleküle, die von Keimen oder Parasiten abgesondert werden, “riechen”, einer solchen Spur zu ihrem Erzeuger folgen und so gezielt in dessen Nähe Giftstoffe ausschütten, die dem Angreifer das Leben schwer machen. Dass diese Giftstoffe jedoch auch für den eigenen Körper unangenehm werden können, merken wir, wenn wir es ihretwegen mit einer Entzündung oder Allergie zu tun bekommen. Zu den Giftschleudern zählen eosinophile und basophile Granulozyten.

Aufklärungsdienst: Einige Zellen können regelrecht zu wandelnden Litfasssäulen werden. Wenn solche Zellen auf Eindringlinge oder eine entartete Körperzelle treffen, können sie “feindliche” Merkmale (sogenannte Antigene) ihrer Oberfläche kopieren und auf der eigenen Aussenfläche zur Schau stellen, sodass andere weisse Zellen davon ablesen können, was sie zu bekämpfen haben. Zu diesen antigenpräsentierenden Zellen gehören die Monozyten, dendritische Zellen und B-Zellen.

Spezialagenten: Verschiedene Zellen können gezielt Keime oder entartete Zellen ausschalten. Dazu zählen die B-Lymphozyten, die entweder zu Plasmazellen ausreifen und Antikörper gegen eine bestimmte Bedrohung produzieren oder sich als langlebige B-Gedächtniszellen bestimmte Antigene über sehr lange Zeit merken können. Letztere sorgen dafür, dass wir eine Kinderkrankheit kein zweites Mal bekommen oder nach einer Impfung lange Zeit davor geschützt sind. Eine andere Gruppe bilden die T-Zellen, die als T-Killerzellen entartete Körperzellen (Krebszellen oder von Viren gekaperte Zellen) direkt angreifen und zum Absterben bringen oder als T-Helferzellen Antigene “lesen” und den Einsatz von Plasma- und Killerzellen koordinieren können. Das Sondereinsatzkommando unter den Spezialagenten bilden schliesslich die “natürlichen” Killerzellen, die darauf ausgelegt sind, die Bemühungen entarteter Zellen, sich vor den T-Killerzellen zu tarnen, zu unterwandern und auch die durchtriebensten Feinde zum Absterben zu bringen.

Blutplättchen (auch: Thrombozyten):

Blutplättchen sind kleine, normalerweise scheibchenförmige Zellen ohne Zellkern – genauer gesagt handelt es sich dabei um Zell-Bruchstücke, die von grösseren Zellen abgeschnürt werden, um dann mit dem restlichen Blut durch die Gefässe zu strömen. Blutplättchen kommen zum Einsatz, wenn ein Blutgefäss verletzt wird. Dann werden sie im Zuge der Blutgerinnung aktiviert und bilden Tentakel aus, mit welchen an Gewebeoberflächen und einander haften und die Verletzung schliessen können. Dabei setzen sie ihrerseits Stoffe frei, die die Blutgerinnung fördern.

Blutplasma:

Die verbleibenden rund 56% des Blutes bildet das Blutplasma, also grösstenteils (zu rund 90%) Wasser. Darin sind viele verschiedene Stoffe gelöst: Proteine, Ionen von Salzen und kleine Moleküle, wie Nährstoffe (Zucker, Fettbestandteile, Vitamine), Hormone, Gase und Stoffwechsel- bzw. Abfallprodukte wie Harnstoff oder Harnsäure.

Im Blutplasma können all diese Stoffe im Körper von A nach B transportiert werden, ob zur Ernährung von Zellen, zur Entsorgung durch Nieren oder Leber oder zur Kommunikation zwischen Zellen und Geweben. Darüber hinaus kann Körperwärme durch das Blut abtransportiert oder im Körper umverteilt werden, ein System aus Proteinen im Blutlasma hält die Gefässe instand (Blutgerinnung), während andere Proteine an der Immunabwehr beteiligt sind. Da all diese Vorgänge sehr empfindlich für Schwankungen des pH-Werts sind, enthält das Blutplasma einige Substanzen, die als “Puffer” dafür sorgen, dass der pH-Wert des Blutes stets bei 7,4 liegt.

Entfernt man alle Proteine des Blutgerinnungssystems aus dem Blutplasma, wird der verbleibende Rest übrigens “Blutserum” genannt.

Ein Farbstoff als Lastwagen: Hämoglobin und der Sauerstofftransport

Besonders auffällig ist Blut durch seine kräftig rote Farbe. Die rührt vom Hauptbestandteil der roten Blutzellen her: Dem Hämoglobin. Das ist ein Protein, das aus 4 zusammengeknäuelten Ketten zu je 141 Aminosäuren besteht. Diese Aminosäure-Ketten habe keine besondere Farbe. In jede Teilkette des Hämoglobins ist jedoch ein besonderes Molekül eingebettet: Ein Häm. Das Häm-Molekül ist ein Ring aus miteinander verknüpften Atomen, in dessen Mitte ein Eisen-, genauer gesagt ein Fe2+-Ion “eingeklemmt” ist.

Dieses Fe2+-Ion wird von den vier Stickstoff-Atomen an der Innenseite des Rings “festgehalten”. Dazu steuern die Stickstoff-Atome jeweils ein ganzes Elektronenpaar zu einer Bindung zum Eisen bei. Sie “borgen” dem Eisen also Elektronen, um dessen Aussenschale aufzufüllen (bei einer gewöhnlichen Elektronenpaarbindung steuern hingegen beide beteiligten Atome je ein Elektron zur Bindung bei).

Eine solche geborgte Bindung nennen die Chemiker “koordinative Bindung”. Ein Teilchen, das solche Bindungen enthält ist ein “Komplex” bzw. eine “Koordinationsverbindung”. Die Komplexchemie – die Chemie solcher Verbindungen, erscheint womöglich deshalb komplex, weil die Bildung von koordinativen Bindungen nicht der einfachen Edelgas-Regel unterliegt, sondern eigenen Regeln folgt, welche mitunter mehr als 8 Elektronen in der Aussenschale bestimmter Atome erlauben.

Der rote Blut-Farbstoff: Strukturformel des HämDas in der Abbildung gezeigte Häm b ist dunkelrot. Innerhalb des Kohlenstoff-Rings wechseln sich Einzel- und Doppelbindungen ab. Das bedeutet, dass ein Teil der an den Bindungen beteiligten Elektronen sich relativ frei bewegen und dazu einfallende Lichtquanten “schlucken” können, sodass das menschliche Auge das verbleibende Licht als farbig wahrnimmt. (Mehr zu solchen Farbstoffen habe ich Ostern erzählt und mehr zur Farbwahrnehmung in dieser Geschichte über das Licht). Ein Chemiker, der das weiss, kann an der Strukturformels des Häms ablesen, dass dieses Molekül wahrscheinlich farbig ist. Welche Farbe es hat, lässt sich allerdings nicht so ohne weiteres sagen. Dazu muss man sich den Stoff, der aus den Molekülen besteht, schon ansehen.

Die besonderen Regeln der Komplexchemie besagen, dass Eisen-Ionen insgesamt 6 Bindungen ausleihen können. So kann der Rest einer Aminosäure Histidin aus der Aminosäuren-Kette dem Eisen ein fünftes Elektronenpaar leihen. Dieses formt eine Bindung vom Eisen zum Histidin nach unten und bindet so den Ring samt eingeklemmtem Eisen-Ion an das Protein.

Der sechste Platz für ein geliehenes Elektronenpaar (oben) ist frei und kann eine weiteres Molekül als Last aufnehmen – idealerweise ein Sauerstoff-Molekül O2. Denn auch ein Sauerstoff-Molekül hat Elektronenpaare zu verleihen und kann so mit einem Ende an das Eisen im Häm binden. Dabei werden die Elektronen in platzsparender Weise umsortiert: Das Eisen-Ion wird somit kleiner und rutscht vollständig in die Ringebene (“unbeladen” hängt es etwas darunter). Das hintere Ende des O2-Moleküls bildet eine “Wasserstoff-Brücke” mit einem anderen Histidin-Rest, sodass das O2-Molekül sicher am Häm angegurtet ist.

Die Umsortierung betrifft nicht nur die Elektronenschalen des Eisens, sondern auch das übrige Bindungssystem, innerhalb dessen sich Elektronen frei bewegen können. So schlucken diese Elektronen nach der Umsortierung Lichtquanten mit anderen Wellenlängen. Das beladene Häm hat damit eine andere Farbe: Häm mit gebundenem Sauerstoff ist leuchtend rot!

Mit einem elektronischen “Auge”, das Lichtquanten einer bestimmten Farbe erkennt und zählt, einem sogenannten Photometer, kann so gemessen werden, wieviel Sauerstoff in einer Blutprobe gebunden ist: Je mehr Häms im Blut mit Sauerstoff beladen sind, desto hellroter erscheint das Blut und desto mehr “hellrote” Lichtquanten können gezählt werden. Das funktioniert sogar durch die Haut: Auf der Intensivstation wird einem Patienten ein kleiner Sensor an den Finger geclippt (dann heisst das Gerät “Pulsoxymeter”, da es auch den Puls zählt) und sendet seine Messwerte an einen Monitor, der daraufhin die “Sauerstoffsättigung” anzeigt.

Bei einem gesunden Menschen sind nach dem Durchgang durch die Lunge, also im Blut in seinen Arterien, über 96% der Häms mit Sauerstoff besetzt: Die Sauerstoffsättigung beträgt mindestens 96%.

Und wie funktioniert das Be- und Entladen des Häms?

Die Festigkeit der Bindungen zwischen Sauerstoff- und ihren Hämoglobin-Transportern hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie zum Beispiel dem pH-Wert, der Menge des in der Umgebung vorhandenen Kohlenstoffdioxids, der Temperatur und weiteren. Dabei ist das Hämoglobin – aus gutem Grund – so geschaffen, dass all diese Faktoren in der Lunge das Angurten von Sauerstoff-Molekülen an Hämoglobin begünstigen.

Wenn die so beladenen roten Blutzellen auf ihrem folgenden Weg in Bereiche des Körpers gelangen, in welchen gearbeitet wird  – zum Beispiel in Muskeln – treffen sie dort auf “Abfallprodukte”, die bei dieser Arbeit entstehen, wie H+-Ionen (viele H+-Ionen bedeuten einen niedrigen pH-Wert!), Kohlenstoffdioxid und Wärme. Diese Faktoren lockern die “Gurte”, welche die Sauerstoff-Moleküle am Hämoglobin halten, sodass die roten Blutzellen genau dort entladen werden können, wo Sauerstoff gebraucht wird.

Kohlenstoffdioxid wird übrigens nicht an Häm gebunden, sondern im Wasser des Blutplasmas gelöst und so in die Lungen geschwemmt, wo es in die Atemluft austritt. Zwischen gasförmigen und gelöstem Kohlenstoffdioxid besteht dabei stets ein chemisches Gleichgewicht, das unter verschiedenen Bedingungen eine unterschiedliche Lage haben kann. Wie genau das den Ein- und Austritt des Kohlenstoffdioxids in die bzw. Aus der wässrigen Lösung ermöglicht, erklärt Monsieur Le Châtelier euch am Flughafen.

Sauerstoff O2 ist dennoch nicht das einzige Molekül, das an eine Häm-Gruppe binden kann. So kann sich das Häm-Eisen seine Elektronen auch von anderen, ähnlichen Molekülen leihen, zum Beispiel von Kohlenstoffmonoxid, CO. Dieses Molekül bindet jedoch 200 mal stärker an Hämoglobin als Sauerstoff – und lässt sich folglich nicht mehr so einfach davon lösen! Einmal mit CO besetztes Hämoglobin kann also keinen Sauerstoff mehr transportieren, was Kohlenstoffmonoxid sehr giftig macht. Bei einer akuten CO-Vergiftung kann allenfalls in einer Druckkammer so viel Sauerstoff auf das Blut in den Lungen des Vergifteten losgelassen werden, dass die Sauerstoffmoleküle das CO letztlich doch von den Häms schwemmen können.

Bei starken Rauchern können übrigens dauerhaft bis 10% der Häms mit Kohlenstoffmonoxid blockiert sein, sodass ihr Blut bis zu 10% weniger Sauerstoff in den Körper transportieren kann als bei einem gesunden Menschen! Wem es also an körperlicher Fitness mangelt, der möge das Rauchen lassen, sodass sein Körper binnen der nächsten 100 Tage alle von CO gekaperten roten Blutzellen durch neue ersetzen kann.

Hands on: Wie man Blutflecken entfernen kann

Blut ist – so interessant es als Chemikalie erscheint – nicht wirklich zum Experimentieren geeignet. Zum Einen ist es dafür viel zu schade – hat es doch in unseren Blutgefässen einen so wichtigen Job zu verrichten. Zum Anderen treiben sich in unserem Blut neben den vorgestellten Bestandteilen auch verschiedene ungeladene Gäste herum: Bakterien, Viren oder gar winzige Parasiten, die mitunter Krankheiten auslösen können. Und darunter sind manche, die erst durch den Kontakt mit fremdem Blut von einem Menschen auf den anderen übertragen werden können. Daher tun wir gut daran, unser Blut in unseren Adern zu belassen.

Manchmal fordert unser Körper uns jedoch geradezu dazu heraus, uns mit unserem Blut zu beschäftigen: Ob wir uns beim Umgang mit Küchenmessern als Tolpatsch erweisen, unter spontanem Nasenbluten leiden oder einfach fruchtbare Frauen sind – nur zu schnell gerät ein Blutfleck auf Kleidung oder andere Textilien. Und dann ist guter Rat teuer, wenn es darum geht ihn wieder loszuwerden.

Deshalb gibt es hier einige Tipps zur sauberen Entfernung der lästigen roten Flecken. Und nachdem ihr spätestens jetzt die Zusammensetzung des Blutes kennt, kann ich auch erklären, warum diese Tipps funktionieren:

Frische Blutflecken zügig mit kaltem Wasser ausspülen:

Blut ist eine Suspension von Zellen in einer wässrigen Lösung. Dementsprechend lässt sich frisches, feuchtes Blut gut mit Wasser mischen und frische Blutflecken sich folglich mit Wasser ausspülen. Dabei solltet ihr in jedem Falls kaltes (d.h. höchstens raumwarmes) Wasser benutzen, da Protein-Moleküle – auch jene im Blutplasma – spätestens ab 42°C ihre Form verlieren und zu einem schwerlöslichen Aminosäurekettengewirr zusammenpappen – oder besser “gerinnen”. Das hat übrigens nichts mit der Blutgerinnung zu tun, die von funktionsfähigen Proteinen ausgeht und auch bei niedrigeren Temperaturen stattfindet, aber zu einem ähnlichen Ergebnis führt. Frische, noch nicht getrocknete bzw. geronnene Blutflecken wird man deshalb am einfachsten wieder los.

Getrocknete, schlimmstenfalls durch Wärme geronnen Blutflecken entfernen:

Dazu kann die Waschkraft von Wasser massgeblich unterstützt werden.

Stärke-Moleküle sind spiralförmige Ketten aus kleineren Zucker-Molekülen, die wie ein Schwamm wirken und Blutbestandteile förmlich “aufsaugen” können. So lässt sich erklären, dass Stärkemehl, wenn man frische oder angefeuchtete Blutflecken damit bedeckt, die rote Farbe aufnehmen kann und sich dann abtragen lässt.

Auch Gasbläschen, zum Beispiel aus Backpulver oder Brausetabletten freigesetztes Kohlenstoffdioxid CO2, können beim Ausperlen Blutbestandteile aus Textilgewebe lösen – ganz klassisch auf mechanische Art und Weise. Damit erkläre ich mir auch die lösende Wirkung von Aspirin-Tabletten auf Blutflecken. Denn mit der gerinnungshemmenden Wirkung ihres Wirkstoffes Acetylsalicylsäure (ASS) kann das nämlich – ausser vielleicht bei sehr frischen Blutflecken – nichts zu tun haben. ASS blockiert nämlich den “Ein-“Schalter noch nicht gebrauchter Blutplättchen und macht sie damit für die Blutgerinnung unbrauchbar – bevor diese überhaupt begonnen hat!

Auch die Superwaschkraft von Tensiden kann dabei helfen, wasserunlösliche Blutbestandteile wie Fette und geronnene Proteine aus Textilien zu lösen: Gallseife erweist sich daher als wirksames Mittel zur Entfernung von Blutflecken.

Und wem das nicht reicht, der kann geronnene Proteine darüber hinaus mittels chemischer Reaktionen zerlegen. Unglücklicherweise zerlegen viele Reaktionen Textilfasern ebenso gut, sodass bei diesen Methoden besondere Vorsicht geboten ist:

Eine saure (durch Zitronensäure oder Essig erzeugte) oder alkalische (zum Beispiel durch Ammoniaklösung geschaffene) Umgebung kann die Zersetzung von Proteinen und anderen Kettenmolekülen fördern.

Wasserstoffperoxid, H2O2, geht mit vielen anderen Stoffen Redox-Reaktionen ein und kann beispielsweise Farbstoffmoleküle zerlegen, weshalb es als Bleichmittel beliebt ist – auch wenn es um Blutflecken geht.

Die Natur hat überdies verschiedene Proteine geschaffen, die andere Proteine oder sonstige Kettenmoleküle in Stücke schneiden können. Solche Enzyme sind heutzutage in vielen Waschmitteln oder Fleckenentfernern enthalten. Auch dank ihnen bekomme ich auch getrocknete Blutflecken mit einem Vollwaschmittel sowohl bei 30°C als auch bei 60°C in der Waschmaschine gut entfernt.

Und was empfindest du beim Anblick von Blut? Hast du vielleicht eine ganz eigene “blutige” Geschichte erlebt? Welches ist deine persönliche Waffe gegen Blutflecken auf Textilien?

Vor etwa einem Monat fand ich einen skurril anmutende Post in meinem Facebook-Feed: Die Tierschutzorganisation PETA wurde für die Auszeichnung eines veganen Hundefutters auf Soja-Basis als “tierfreundlichste Hundenahrung” heftig kritisiert. Veganes Hundefutter? Ist denn das die (bzw. eine) Möglichkeit?

Wie bei vielen Themen aus den Bereichen Ernährung, Gesundheit und Tierschutz üblich ging es auch in den Kommentaren zu jenem Beitrag heftig zu und her – wobei die Kommentierenden zu grossen Teilen in die Kritik an PETA mit einstimmten und die Ansicht teilen, dass vegane Ernährung für den Hund vollkommen widernatürlich sei.

Als bekennende Alles-Esserin beschlich mich indessen beim Lesen der Kommentare Ratlosigkeit: Was wäre denn die natürliche Nahrung für einen Haushund? Und was braucht so ein Hund eigentlich für ein gesundes Leben? Kann vegane Hundenahrung das alles liefern? Und wie sieht das bei Katzen aus?

 

Was ist Veganismus?

Veganismus ist eine aus dem Vegetarismus hervorgegangene Einstellung sowie Lebens- und Ernährungsweise. Vegan lebende Menschen meiden entweder zumindest alle Nahrungsmittel tierischen Ursprungs oder aber die Nutzung von Tieren und tierischen Produkten insgesamt.

(Definition aus https://de.wikipedia.org/wiki/Veganismus)

Demnach gibt es mindestens zwei “Grade” der veganen Lebensweise: Die vegane – also tierproduktfreie – Ernährung, und das Meiden der Nutzung von Tieren und tierischen Produkten in vielen bzw. allen Lebensbereichen. Dabei lässt allein der Bedarf nach veganen Futtermitteln vermuten, dass es bei der veganen Einstellung über die Ernährung hinaus verschiedene Abstufungen gibt. Denn es ist gewiss nicht von der Hand zu weisen, dass die Haltung von Haustieren letztlich auch unter die “Nutzung von Tieren” fällt.

Hier möchte ich jedoch bei der veganen Ernährung bleiben. Ob und wie diese funktioniert, unterscheidet sich bei Mensch und Hund weniger, als manche denken mögen. Deshalb machen hier die menschlichen Nahrungsbedürfnisse und Ernährungsmöglichkeiten, welche einem verantwortungsvollen Veganer bestens vertraut sein sollten, den Anfang – und können sodann mit den Bedürfnissen unserer vierbeinigen Hausgenossen verglichen werden.

 

Was ist die natürliche Nahrung des Menschen?

Der Mensch unterscheidet sich von anderen Tieren in seinem aussergewöhnlich grossen Gehirn, das zu atemberaubenden Denkleistungen fähig ist, dabei aber Unmengen von Energie frisst, welche fortlaufend vom Rest des Körpers bereitgestellt werden muss. So ist der Mensch auf eine regelmässige Zufuhr energiereicher Nahrung angewiesen, und zwar überall, wo ihn seine Wanderlust und sein Streben nach Verbreitung hinverschlägt.

Ein Wesen mit hohem Energiebedarf und Verbreitungswillen tut also gut daran, in möglichst jeder Umgebung etwas – besser etwas mehr – zu futtern zu finden, wobei ihm sein ausgeprägtes Denkvermögen eine wertvolle Hilfe sein kann. Damit lässt sich allemal erklären, dass der Mensch zum Einen praktisch die ganze Erde besiedeln konnte, und dass zum Anderen die heute verbliebenen Volksstämme mit einer “urtümlichen” Lebensweise massiv unterschiedliche, aber ihrem Lebensraum bestens angepasste Speisepläne haben. Das Spektrum reicht von teilweise vegetarisch lebenden afrikanischen Stämmen bis zu den praktisch ausschliesslich Fleisch und Fisch essenden Inuit der Arktis.

Kurzum: Der Mensch ist einer der am wenigsten spezialisierten und damit anpassungsfähigsten Allesfresser unseres Planeten. Und das versetzt ihn auch in die Lage, die verschiedensten Ernährungsphilosophien zu ersinnen und zu leben – die in den heutigen Industrienationen nicht länger an seinen Lebensraum gebunden sind.

 

Welche Stoffe in tierischen Produkten braucht der Mensch zum Leben?

Dass sich auch auf dem Speiseplan von Völkern mit Zugang zu pflanzlicher und tierischer Nahrung letztere stets mit einem erheblichen Anteil findet, deutet darauf hin, dass tierische Nahrung dem Menschen auch dann Nutzen bringt, wenn er nicht “aus Mangel an Alternativen” darauf zurückgreifen muss. Aber welche Nährstoffe machen Fleisch und andere tierische Produkte zu für uns wertvollen Nahrungsmitteln?

Calcium: Milch und Milchprodukte enthalten reichlich Calcium-Ionen (Ca2+). Bezogen auf den menschlichen Körper ist Calcium ein sogenanntes Mengenelement, d.h. ein beträchtlicher Anteil – ca. 1 bis 1,1 kg eines erwachsenen Menschen – des Körpergewichts entfallen auf Calcium. Calciumsalze wie Hydroxylapatit sind massgebliche, harte Bestandteile von Knochen und Zähnen, wie auch mein Zahn 16 zu berichten weiss. Für die Aufnahme von Calcium und dessen Einbau in Knochen benötigt der Körper das Vitamin D3, welches bei veganer Ernährung ebenfalls besonderer Aufmerksamkeit bedarf. Calcium kommt auch in vielen Pflanzen vor. Diese enthalten jedoch oftmals Säuren wie Oxal-(Rhabarber!) und Phytinsäure(Getreide, Hülsenfrüchte, Erdnüsse!) enthalten, die mit Calciumionen sehr stabile Salze bilden. Diese Salze lassen sich weder bei der Verdauung noch im weiteren Stoffwechsel in nennenswerter Menge zerlegen. Deshalb kann der Körper pflanzliches Calcium oft nur zu kleinen Teilen nutzen – die “Bioverfügbarkeit” des pflanzlichen Calciums ist vermindert.

Eisen: Eisen zählt zu den lebensnotwendigen Spurenelementen. Es kommt im menschlichen Körper in Form von Fe2+– und Fe3+-Ionen, die Bestandteile verschiedener Proteine sind, vor. Am bekanntesten sind wohl die Fe2+-Ionen, die im Zentrum der Häm-Gruppe des roten Blutfarbstoffs Sauerstoff transportieren. Darüber hinaus sind die beiden Eisen-Ionensorten, die sich relativ leicht ineinander umwandeln lassen, in Enzymen für die Übertragung von Elektronen von einem Teilchen zum anderen, also für Redox-Prozesse, zuständig. Blutwurst und Leber enthalten viel Eisen als Fe2+ und Fe3+, ebenso rotes Fleisch. Pflanzen enthalten ausschliesslich Fe3+, welches mehr noch als Fe2+ mit verschiedenen Pflanzenbestandteilen, insbesondere mit Phytinsäure, sehr stabile Salze bildet und damit weniger bioverfügbar ist als tierisches Eisen.

Jod: Ist vor allem ein unverzichtbarer Bestandteil von Schilddrüsenhormonen. Dabei kommt dieses Element in unserer Nahrung vergleichsweise selten vor. Jodid-Ionen (I) sind ein Bestandteil von Meerwasser und daher in Meeresfrüchten und Fisch zu finden. Dennoch lässt die Jodversorgung durch unsere Nahrung generell zu wünschen übrig (auch bei Mischköstlern, bei Veganern aber noch mehr), sodass Speisesalz und auch Tierfuttermittel häufig mit Jod angereichert werden.

Kreatin:Kreatin und Kreatinphosphat: bei veganer Ernährung nur als Lebensmittel- oder Futterzusatz zu haben

Kreatin st eine stickstoffhaltige organische Verbindung, die als Kreatinphosphat für die Regeneration des “entladenen” Energieträgermoleküls ADP zu ATP, der “geladenen” Form zuständig ist. ( Die “Ladung” besteht dabei in der Phosphoryl-(-PO32-) gruppe, die vom Kreatinphosphat ab- und an ein ADP-Molekül angehängt wird. Kreatin dient also der Energieaufbereitung zur Muskelarbeit und für Hirn- und Nervenfunktionen. Kreatin kann vom Körper selbst synthetisiert werden, wenn passende Aminosäuren als Bausteine, Vitamin B12 und Folsäure verfügbar sind. Fertiges Kreatin (und Aminosäuren) finden sich reichlich in (frischem) Fleisch und Fisch, also in Muskelmasse. Milch enthält weniger Kreatin, in Pflanzen findet es sich allenfalls in Spuren.

Langkettige Omega-3- bzw. n-3-Fettsäuren: Sind Fettsäuren, die mehrere C=C-Doppelbindungen enthalten (und damit “ungesättigt” sind), wobei die erste dieser Doppelbindungen 3 Kohlenstoff-Atome vom “Schwanzende” entfernt(den allgemeinen Aufbau von Fettsäuren habe ich in der Geschichte über Tenside beschrieben), die übrigen näher am “Kopf” zu finden sind. Omega-3-Fettsäuren werden zahlreiche erhaltende Wirkungen auf das Herz-Kreislaufsystem (Blutdruck, Blutfettwerde, Entzündungsmediation, Gefässzustand…) zugeschrieben. Sie finden sich vornehmlich in Fischfetten – Pflanzen, ausser Algen, enthalten jedoch nur alpha-Linolensäure (eine Fettsäure mit 18 Kohlenstoff-Atomen und 3 Doppelbindungen). Der Körper kann daraus auch Eicosanpentaensäure (EPA, 20 C-atome und 5 Doppelbindungen) und Docosahexaensäure (DHA, 22 C-Atome und 6 Doppelbindungen) herstellen, braucht dazu aber Enzyme, die auch mit dem Omega-6-Fettsäurestoffwechsel beschäftigt sind, sowie die Vitamine B und C und die Spurenelemente Magnesium und Zink. Mit anderen Worten: Die Verlängerung der alpha-Linolensäure zu EPA und DHA ist für den Körper grosser Aufwand und hängt von der Verfügbarkeit einer ganzen Reihe von Hilfsmitteln ab.

Vitamin B12 (Cobalamin): Cobalamin oder Vitamin B12 : muss zuführen oder -füttern, wer sich vegan ernährt bzw. Veganes füttertIst als Coenzym B12 an der Herstellung der Purinbasen Adenin und Guanin beteiligt, die als Bausteine “A” und “G” für den Aufbau von DNA- und RNA-Strängen benötigt werden. Da besonders Zellen mit hoher Teilungsrate beim ständigen Kopieren ihres Erbguts laufend neue DNA aufbauen müssen, bekommen solche, wie die regelmässig nachgebildeten Blutzellen, einen B12-Mangel am ehesten zu spüren: Es kommt zu Anämien (Blutarmut bzw. -veränderungen) und darüber hinaus zu Nervenschäden. Vitamin B12 gibt es praktisch ausschliesslich in tierischen Nahrungsmitteln. Eine gute Folsäureversorgung, die mit veganer Nahrung einfach zu bewerkstelligen ist, kann einer Anämie vorbeugen und so einen B12-Mangel kaschieren, verhindert aber die Nervenschäden nicht!

Vitamin D (Calciferol): Kann der Körper selbst herstellen – wenn er genug Sonnenlicht bekommt. Zusätzliche Quellen sind tierische Produkte, allen voran Lebertran und Salzwasserfisch. Vitamin D3 (Cholecalciferol) ist für die Calciumaufnahme (s. dort) und damit für den Knochenbau notwendig.

Zink: Ist ein essenzielles Spurenelement, das im Körper in Form von -Ionen vorliegt. Dort hat es als Bestandteil von Enzymen vielfältige Aufgaben, zum Beispiel bei der Übersetzung der Erbinformation in Protein-Baupläne und bei der Unterstützung des Immunsystems (durch Bremsen von überschiessenden Immun-Reaktionen, was Zink für Wundsalben so interessant macht). Zink ist in pflanzlicher Nahrung vorhanden, ist aber wie die Eisen- und Calciumionen oft in sehr stabilen Salzen gebunden und damit weniger bioverfügbar.

Vitamin B2 (Riboflavin): Ist eine Vorstufe von Coenzymen, also “Assistenten”-Molekülen, die von bestimmten Enzymen für die Erfüllung ihrer Aufgabe benötigt werden. Mit Riboflavin-Abkömmlingen arbeiten viele Enzyme, die für Redoxprozesse, also Elektronenübertragungen zuständig sind, welche vielerorts im Stoffwechsel stattfinden. Riboflavin findet sich unter anderem in Milch, Fisch, Fleisch, und Eiern.

 

Wie kann man diese wichtigen Nährstoffe aus Tierprodukten ersetzen?

Calcium: Kann zum Beispiel in calciumreichem Mineralwasser, Grünkohl, Brokkoli, Sesam, Haselnüssen, Sojabohnen oder Tofu gezielt zugeführt werden. Ein erhöhter Calciumbedarf kann zudem mit Nahrungsergänzungsmitteln gedeckt werden.

Eisen: Fe3+-Ionen kommen zum Beispiel in Hülsenfrüchten (schlechte Bioverfügbarkeit wegen enthaltener Phytinsäure!) oder Vollkornbrot vor. Eine Hausärztin empfahl mir zudem einmal, meines tendenziell niedrigen Eisenspiegels auch rote Früchte, im Speziellen Erdbeeren (es war gerade Frühling). Verschiedene Lebensmittel, zum Beispiel Kaffee oder schwarzer Tee, wirken zudem einer effektiven Eisenaufnahme entgegen. Für eine zusätzliche Eisenzufuhr gibt es zudem Nahrungsergänzungsmittel. Da jedoch auch deren Bioverfügbarkeit begrenzt ist, empfiehlt mein Hausarzt bei Eisenmangel eine (einzelne!) Infusion zum Wiederauffüllen der körpereigenen Eisenspeicher.

Jod: Kann mit angereicherten Lebensmitteln wie jodiertem Speisesalz oder Nahrungsergänzungsmitteln zugeführt werden.

Kreatin: Wird in zahlreichen Nahrungsergänzungsmitteln vermarktet, die sich auch in der Fitnessbranche grosser Beliebtheit erfreuen.

Langkettige Omega-3-Fettsäuren: Alpha-Linolensäure kommt in zahlreichen Pflanzenölen, zum Beispiel dem namensgebenden Leinöl, vor, welche auch in Kapselform als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich sind. Die Weiterverarbeitung zu EPA und DHA kann durch gute Versorgung mit den dazu nötigen Hilfsmitteln unterstützt werden.

Vitamin B12 (Cobalamin): Verschiedene B12-Varianten sind als Nahrungsergänzungsmittel erhältlich. Die recht komplexen Moleküle werden von kultivierten Bakterien produziert, welche – wie ich festgestellt habe – als vegan gelten, so lange sie vegan (d.h. auf tierproduktfreien Nährböden) kultiviert werden. Jedoch kann der Mensch nicht alle B12-Varianten nutzen! Spirulina und andere Produkte mit Cyanobakterien (“blaugrüne Algen”) eigenen sich zum Beispiel nicht zur Nahrungsergänzung, obwohl sie zuweilen dafür beworben werden!

Vitamin D: Der einfachste Weg zu Vitamin D ist genügend Sonne auf der Haut. Darüber hinaus enthalten Avocado und einige Speisepilze Vitamin D. Manche Pilzsorten können sogar gezielt damit angereichert werden. Mit Nahrungsergänzungsmitteln kann zusätzlich Vitamin D zugeführt werden, auch in Kombination mit Calcium. Allerdings sind die Dosierungsvorschriften auf der Packung, oder besser vom Arzt, unbedingt einzuhalten – Vitamin D gehört zu jenen Vitaminen, die bei Überdosierung zu Vergiftungserscheinungen führen können!

Zink: Kann zum Beispiel in Soja, Haferflocken oder Hülsenfrüchten (bei verminderter Bioverfügbarkeit durch Phytinsäure!) aufgenommen werden. Zusätzlich gibt es zinkhaltige Nahrungsergänzungsmittel.

Vitamin B2 (Riboflavin): Ist zum Beispiel in Vollkornprodukten, Broccoli, Spargel oder Spinat enthalten. In verschiedenen Nahrungsergänzungsmitteln sind die B-Vitamine zudem kombiniert enthalten.
Funktioniert vegane Ernährung bei Kindern und während Schwangerschaft und Stillzeit?

Kinder und Jugendliche im Wachstum, ob vor oder nach der Geburt, haben einen erhöhten Bedarf an vielen der genannten Nährstoffe, zum Beispiel Calcium und Vitamin D für den Knochenaufbau, Vitamin B12 für die Entwicklung des Nervensystems und viele andere mehr. Deshalb ist die gute Versorgung von vegan ernährten Schwangeren, Kindern und Jugendlichen eine noch grössere Herausforderung als die vegane Ernährung für nicht-schwangere Erwachsene. Das gilt übrigens auch für ältere Menschen, die einige Nährstoffe aus verschiedenen Gründen weniger effektiv aufnehmen als Jüngere.

Deshalb raten sowohl das Schweizerische Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) als auch die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) ausdrücklich von einer veganen Ernährung von Schwangeren, Kindern und Alten ab. In Italien diskutiert das Parlament gar einen Gesetzesentwurf, der Gefängnisstrafen für die Fehlernährung von Kleinkindern vorsieht.

Entsprechende Organisationen im englischsprachigen Raum teilen diese Bedenken, trauen “ihrer” Bevölkerung aber die Bewältung der Herausforderungen einer veganen Ernährung anscheinend eher zu. So heissen sie eine mit dem nötigen Wissen und Aufwand betriebene vegane Ernährung ihrer gesundheitlichen Vorteile wegen in allen Lebensphasen gut. Nichts desto trotz machen Einzefälle von schwerwiegender Fehlernährung hüben wie drüben Schlagzeilen.

 

Was fressen unsere Haustiere?

Was braucht der Haushund?

Der Hund gilt als bester Freund des Menschen – und zwar schon praktisch ebenso lange, wie es den modernen Menschen gibt. So hatten unsere Haushunde ebenso lange Zeit, ihre Verdauung an die extrem vielfältige Lebensweise “ihrer” Menschen anzupassen. Das heisst, Haushunde, die schon rund 20.000 Jahre an der Seite des Menschen leben, sind heute Allesfresser wie wir auch.

Damit steht Hunden im Prinzip die gleiche Vielfalt von Ernährungsphilosophien offen wie dem Menschen. Als höhere Säugetiere haben Hunde jedoch auch einen ähnlichen Bedarf an Nährstoffen wie wir. Dabei weicht allerdings die Fähigkeit zur Verwertung dieser Nährstoffe mitunter stark von der unseren ab.

So nehmen Hunde zum Beispiel Calcium – das auch sie für den Knochenbau benötigen – wesentlich schlechter auf als der Mensch. Kommt dazu die schlechtere Bioverfügbarkeit von pflanzlichem Calcium, wird deutlich, dass die Calciumversorgung eines Hundes bei veganer Fütterung Schwierigkeiten machen wird und den Einsatz von hochdosierten Nahrungsergänzungsmitteln erfordert.

Zwei zusätzliche “tierische” Nährstoffe für den Hund sind überdies erwähnenswert:

L-Carnitin: Carnitin : Muss veganer Ernährung für den Hund unbedingt zugesetzt werden!Eine sticktstofforganische Verbindung, die als Rezeptormolekül – also als Andockstelle für Signalmoleküle – und als Transporthilfe für langkettige Fettsäuren in die Mitochondrien fungiert. Sie kommt vornehmlich in rotem Fleisch, Fisch, Leber und Herz vor. Menschen wie Hunde können L-Carnitin bei ausreichender Versorgung mit den nötigen Aminosäuren und verschiedenen Nährstoffen selbst herstellen. Hunde scheiden L-Carnitin jedoch vermehrt über die Niere aus, weshalb sie auf regelmässige Zufuhr angewiesen sind. Folgen eines Carnitin-Mangels sind schwere Herzerkrankungen.

Taurin: Taurin: Muss veganer Ernährung für Katzen und Hunde zwingend zugesetzt werden!Ein kleines organisches Molekül, das menschliche und Hundekörper aus schwefelhaltigen Aminosäuren herstellen können. Es unterstützt die Arbeit reizleitender Zellen (Nerven, Muskeln) – nicht zuletzt derer des Herzens. So fördert Taurin die Herzgesundheit und ist überdies ein starkes Antioxidans – es kann also Gewebe vor Stress bewahren, indem es reaktive (Abfall-)Verbindungen abfängt und unschädlich macht, ehe sie mit ihrer Umgebung ungewollte und nicht selten schädliche Reaktionen eingehen. Entsprechend seiner Aufgabe kommt Taurin vornehmlich in Muskelfleisch einschliesslich des Herzens vor, sodass eine vegane Ernährung ohne Nahrungsergänzungsmittel bei Hunden trotz eigener Herstellung zu einer Unterversorgung und damit zu Herzerkrankungen führen kann.

Zudem haben trächtige und säugende Hündinnen sowie heranwachsende Welpen ebenso erhöhte Nährstoffbedürfnisse wie menschliche Schwangere und Kinder, sodass ihre vegane Ernährung auch in gleicher Weise Schwierigkeiten macht.

Eine verantwortungsvolle vegane Ernährung für Hunde ist damit mit zusätzlichem Aufwand gegenüber der entsprechenden Ernährung von Menschen verbunden, geht ebenso wie letztere mit dem Einsatz von Nahrungsergänzungsmitteln und vermehrten (Tier-)arztbesuchen zur Überwachung der Nährstoffversorgung einher und erfordert auch vom menschlichen Veganer zusätzliches Wissen. Ob sich bei all dem Aufwand tatsächlich die vegane Ernährung oder vielmehr die vermehrte Zuwendung als solche förderlich auf die Gesundheit der Hunde auswirkt, ist dabei zweifelhaft.

Wesentlich einfacher ist für den allesfressenden Hund hingegen eine ovo-lacto-vegetarische Ernährung, bei welcher zwar auf Fleisch-, nicht aber auf Milch- und Eiprodukte verzichtet wird.

Was braucht die Hauskatze?

Katzen begleiten den Menschen auch schon, seit er sesshaft geworden ist. Allerdings waren sie bis vor Kurzem weniger beste Freunde als Nutztiere, deren Aufgabe es war, im Umfeld menschlicher Ansiedlungen Mäuse und andere ungeliebte Gäste zu jagen (und zu fressen) und somit fern zu halten. So hatten Hauskatzen bis in die jüngste Zeit keinen Anlass, ihre Verdauung einer Fütterung durch Menschen anzupassen. Sie sind daher echte Fleischfresser geblieben.

Somit entspricht eine vegane wie auch eine ovo-lacto-vegetarische Ernährung nicht der Natur der Katze. Dazu kommt, dass Katzen sich nicht wie Hunde durch Aushungern zu einer Nahrungsumstellung zwingen lassen – sie sterben lieber als ihre Futterprägung aufzugeben.

Nicht nur in meinen Augen entbehrt eine solche Katzen-Ernährung daher jeden Rest eines Sinns, sondern auch Fachtierärzte und andere Experten für Tierernährung stehen ihr ablehnend gegenüber.

Fazit

Vegane Ernährung ist für den Menschen möglich, aber kompliziert. Sie erfordert viel Wissen und noch mehr Aufwand, insbesondere wenn Heranwachsende damit versorgt werden sollen. Ein gedankenloses Weglassen “alles Tierischen” kann sogar gefährlich werden. Überdies lässt mich allein schon die Häufigkeit, mit welcher in der Liste der veganen Ersatznahrung “Nahrungsergänzungsmittel” – zuweilen gar als einzige Alternative – auftauchen, daran zweifeln, dass die vegane Ernährung des Menschen irgendwie “natürlich” sein kann.

Eine ganzheitlich vegane Lebensweise kann noch komplizierter werden – nicht zuletzt, wenn es um die Haltung von Haustieren geht:

Ein Haushund kann vegan ernährt werden, ohne dass dies “unnatürlicher” als beim Menschen wäre (es ist aber ebenso wenig “natürlicher”!) – das ist aber mindestens genauso kompliziert und aufwändig und erfordert Wissen über die menschliche Ernährung hinaus.

Eine Katze frisst hingegen von Natur aus Fleisch und braucht es auch. Eine vegane oder auch nur vegetarische Ernährung von Katzen kann daher (nicht nur) in meinen Augen nicht im Sinne der Tiere sein.

Aber ist es überhaupt “vegan”, Haustiere zu halten? Was meint ihr?

Schon im Vorfeld der Olympischen Sommerspiele in Brasilien legte sich ein gefürchteter, aber auch nur zu bekannter Schatten solcher Sport-Events über Rio: Der Skandal um staatlich organisiertes Doping in Russland, welcher um ein Haar zum Ausschluss sämtlicher russischer Teilnehmer geführt hätte. Die Diskussion um den Entscheid des IOCs zum Teil-Ausschluss hat hohe Wellen geschlagen – und gar nicht überraschend tauchen neue Meldungen über positive Doping-Proben von Athletinnen aus anderen Nationen auf.

Aber nicht nur im Leistungssport wird gedopt – nicht ums sonst liest sich die Dopingliste der Stiftung Antidoping Schweiz wie eine Beweismittel-Liste bei der Drogenfahndung. Denn auch im Breitensport und besonders im alltäglichen Leben scheint viel zu oft nicht mehr zu genügen, was ein Mensch von sich aus leisten kann. Also wird, wo immer möglich ist, am menschlichen Körper geschraubt und manipuliert…

Den oftmals massiven Gesundheitsgefahren, die das mit sich bringt, sind sich (zu) viele gar nicht bewusst. Diese Geschichte soll einen Einblick darin geben, wie verschiedene zum Doping verwendete Substanzen und Methoden auf den Körper wirken, und welche Gefahren sich daraus ergeben. Denn unsere Körperfunktionen sind so komplex und fein aufeinander abgestimmt, dass daran herum zu schrauben gar nicht gesund sein kann.

Die Schraubenzieher: Womit gedopt wird

Der Chemische Reporter hat eine schöne Kurzübersicht über die wichtigsten Dopingmittel zusammengestellt. Die Stoffe, die sich dort und auf der Dopingliste finden, sind nahezu alle als Medikamente zur Behandlung von Krankheiten entwickelt oder entdeckt worden – um eine Schraube, wenn sie locker ist – wieder anziehen zu können. Auf den gesunden Körper, der keiner “Reparatur” bedarf, wirken sie jedoch ebenso – sodass eine Leistungssteigerung erzielt werden kann. Aber wie bei einer zu fest angezogenen Schraube, die sich festbeisst, ist eine Verschlimmbesserung dabei geradezu abzusehen.

Never change a running system

Dieser Satz sollte jedem, der sich mit IT-Technik beschäftigt, geläufig sein – insbesondere wenn er oder sie beim “Optimieren” am Computer schon Erfahrung mit derlei Verschlimmbesserungen gemacht hat. Mehr noch als ein Computer ist jedoch der menschliche Körper ein hochkomplexes System aufeinander abgestimmter Prozesse, und dementsprechend sollte dieser Satz ebenso für unsere Gesundheit gelten. Denn wer daran schraubt, kann letztlich kaum überblicken, was er da tut (für diejenigen, die es trotzdem versuchen wollen, gibt es atemberaubende Karten unserer Stoffwechsel-Wege…).

Ich habe die gemäss Doping-Liste verbotenen Substanzen und Methoden nach Art der Einflussnahme auf den menschlichen Körper sortiert, was grob der Sortierung der “offiziellen” Doping-Liste entspricht. Denn aus der Art der Einflussnahme ergeben sich auch die Gefahren, die der Missbrauch der jeweiligen Substanz oder Methode mit sich bringt:

 

1. Hormon- und Stoffwechselmodulatoren

Hormone, jene “Botenstoffe”, die von körpereigenen Drüsen produziert und ausgeschüttet werden, um – oft in entfernten Körperregionen – Stoffwechselprozesse in Gang zu setzen, zu stoppen und zu regulieren, sind die Schrauben schlechthin – schliesslich ist das Steuern von Körperfunktionen ihre Hauptaufgabe. Die in der internationalen Dopingliste als “Hormon- und Stoffwechselmodulatoren” bezeichneten Substanzen sind keine Hormone im eigentlichen Sinne, aber sie verändern die Wirkung von Hormonen, indem sie die Bereitstellung bestimmter Hormone fördern oder hemmen oder mit den Bindestellen, an welchen Hormone ihre Botschaften weitergeben, wechselwirken und die jeweilige Botschaft beflügeln oder aufhalten.

Zu den bekanntesten Substanzen dieser Art zählen:

  • Anabolika: darunter Anabole Steroide und b-2-Agonisten:”Anabole” Stoffe fördern den Aufbau von körpereigenem Gewebe. Anabole Steroide sind chemische Verwandte des männlichen Geschlechtshormons Testosteron, die fördernd auf den Aufbau von Proteinen und damit von Muskelmasse wirken. b-2-Agonisten haben eine vergleichbare Wirkung, entfalten diese aber fernab vom Geschlechtshormon-Haushalt.
  • Myostatininhibitoren:Das Protein Myostatin limitiert im gesunden Körper das Muskelwachstum – ein Stoff, der diese limitierende Wirkung hemmt, kann somit zu ungezügeltem Muskelwachstum führen.
  • Erythropoetin (“EPO”):Dieses Protein kann an sogenannte Vorläuferzellen im Knochenmark binden und diesen die Botschaft “entwickelt euch zu roten Blutzellen” übermitteln. Die so vermehrt gebildeten roten Blutzellen erhöhen die Sauerstoff-Transportkapazität und somit die Leistungsfähigkeit des Körpers.
  • Beta-Blocker: Hemmen die Wirkung der Stress-Hormone Adrenalin und Noradrenalin und vermindern damit Nervosität, Muskelzittern und weitere Stress-Symptome.
  • Glucocorticoide (“Cortison”): Beeinflussen den Zuckerstoffwechsel und hemmen Entzündungsreaktionen, die auch Folge körperlicher Belastung sein können.
  • Insulin: Das Hormon aus der Bauchspeicheldrüse senkt den Blutzuckerspiegel, indem es die Einlagerung von Glucose in das (Muskel-)Gewebe fördert, wo es im Wettkampf (wenn Leistung erforderlich ist) als Energielieferant auf Abruf bereit steht. Ausserdem wirkt Insulin auf den Aminosäure- und Fettstoffwechsel.
  • Meldonium: Ursprünglich als Herz-Medikament entwickelt hemmt Meldonium die körpereigene Herstellung von Carnitin, was eine Anreicherung von dessen Vorstufe g-Butyrobetain “GBB” zur Folge hat. GBB soll im Falle eines Herzkranz-Gefässverschlusses die Energieversorgung der abgeschnittenen Zellen verbessern – im gesunden Körper kann diese Fähigkeit der Leistungssteigerung dienen. Im Übrigen spielt auch Carnitin eine wichtige Rolle im Energiestoffwechsel und gilt als “Fatburner” schlechthin, der als (erlaubte) Nahrungsergänzung gerade im Ausdauersport ebenfalls beliebt ist.

 

Modulatoren, die Wachstum von Gewebe fördern, tun dies in der Regel nicht besonders zielgenau. Was also das Wachstum von gewünschten Muskeln oder Blutzellen fördern soll, fördert oft auch das Wachstum ganz anderer Dinge, wie von Gliedmassen (Akromegalie), inneren Organen (Herz und Leber) oder von Krebs-Tumoren – und das unumkehrbar.Für die anabolen Steroide kommt der Eingriff in den Geschlechts-Hormonhaushalt hinzu, der bei Männern zur Ausbildung weiblicher (Brustwachstum!), bei Frauen zur Ausbildung männlicher Merkmale (tiefe Stimme und mehr) und bei beiden Geschlechtern zu weiteren Folgen hormonellen Durcheinanders (Akne!), sowie zu Arterienverkalkung bis hin zum Herzinfarkt führen kann.

Wer Insulin zur Leistungssteigerung verwendet, riskiert einen Abfall des Blutzuckerspiegels, welcher zur Unterversorgung des Gehirns mit Energie mit Bewusstseinsverlust – und im schlimmsten Fall mit Todesfolge – führen kann. Ebenso geht nach hinten los, wenn Typ-1-Diabetiker, deren Körper selbst kein Insulin bereitstellen kann, zur Förderung der Fettverbrennung durch “Hungern” auf die Zufuhr des Hormons verzichten (in meinen Augen ist Insulinpurging auch eine Form von Alltags-Doping – aber zumindest vergleichbar gefährlich) .

In vielen Fällen bewirkt das Schrauben am Stoffwechsel zudem eine sogenannte “negative Rückkopplung”: Viele Stoffwechselprozesse sind so gestaltet, dass ein reichliches Vorhandensein des jeweiligen Produktes dessen Herstellung ausbremst, während ein Mangel sie ankurbelt. Wird ein Modulator nun von aussen zugeführt, stellt der Körper mitunter die Herstellung desselben oder eines entsprechenden Verwandten ein, was zur Entstehung einer Abhängigkeit beitragen kann.

Einen weiteren Beitrag zu einer Abhängigkeit von solchen Dopingmitteln “leisten” psychische Veränderungen, die mit dem Schrauben am Hormonhaushalt einher gehen und von Libido-Verlust über gesteigerte Aggressivität bis hin zu schweren Erkrankungen wie Depressionen erstrecken können.

 

2.Stimulanzien

Aufputschmittel aller Art sind (leider) in vielen Lebensbereichen Gang und Gäbe. Sie fördern die Bereitstellung von Energie, die für körperliche oder/und geistige Leistung verwendet werden kann, oder heben gar natürliche Grenzen der Energiebereitstellung (“Erschöpfung”) auf.

Das vielleicht bekannteste Stimulans – Koffein – ist so alltäglich, dass es nicht verboten ist. Zu dieser Stoffgruppe gehören jedoch auch bekannte Drogen, z.B. Amphetamine wie Ecstasy, Kokain und Medikamente wie Ephedrin und Methylphenidat, oder das hochgiftige Strychnin.

 

Unser Stoffwechsel ist mit “Sicherheitsmechanismen” ausgestattet, die verhindern, dass mehr Energie aus seinen Speichern bereitgestellt wird, als der Körper regenerieren könnte. Das macht sich bemerkbar, indem wir “müde” werden, wenn die so festgelegten Untergrenzen erreicht werden. Aufputschmittel hebeln diese Sicherheitsvorkehrungen aus, sodass die Energiespeicher mehr oder minder nach Belieben geleert werden können. Das ermöglicht eine höhere oder anhaltendere Leistungsfähigkeit – im Sport, im Arbeitsalltag oder auch beim “Partymachen” ebenso wie die vollständige Ausbeutung der körpereigenen Energiereserven bis zur tödlichen Erschöpfung.

Ein anhaltender Wach- oder gar Erregungszustand wird anfangs oft als positiv empfunden, zieht auf Dauer aber schwerwiegende psychische Beeinträchtigungen bis hin zur Abhängigkeit und eine erhebliche Belastung des Herz-Kreislauf-Systems nach sich.

 

3. Narkotika

Starke Schmerzmittel – im Wettkampf verboten sind solche aus der Gruppe der Opioide – vermindern oder unterbinden gar die Schmerzwahrnehmung, die mit starker körperlicher Belastung einhergehen kann. Und wenn der Kontakt mit dem Turngerät oder dem Gegner im Kampfsport, wie auch strapazierte Muskeln im Ausdauersport weniger weh tun, geht es um so akrobatischer, unbezwingbarer oder einfach andauernder zu und her. Zu den Opioiden zählen bekannte Medikamente wie Morphin und Codein, aber auch das als Droge verbreitete Heroin.

 

Auch das Empfinden von Schmerz ist ein Sicherheitsmechanismus unseres Körpers: Was wehtut, veranlasst uns zur sofortigen Änderung möglicherweise gefährlicher Umstände – ob durch reflexartiges Zurückweichen von einer Hitzequelle, Ausruhen bei schmerzenden Muskeln oder Ruhigstellen eines verletzten Körperteils. Die Einnahme von Opioiden vor einem Wettkampf hebelt die schützende Funktion von Schmerzen aus und vermindert überdies die geistige Aktivität, sodass eine Warnung vor drohender Erschöpfung oder folgenschwerer Verletzungen womöglich “ungehört” bleibt.

Davon abgesehen wird der “in Watte gepackte” Zustand nach Konsum von Opioiden, in welchem auch Ängste und Probleme verdrängt werden, zunächst als angenehm empfunden und schnell zur Gewöhnung. Dementsprechend schnell stellt sich eine starke Abhängigkeit von solchen Wirkstoffen ein, während der verstärkte Konsum mit schwerwiegenden psychischen Folgen, Apathie, Bewusstseinsstörungen und im Falle einer Überdosis zu Atemlähmung und Kreislaufschock führen kann.

 

4. Blutdoping

Eher eine Methode, denn eine Substanz: Durch Transfusion von eigenem oder Spenderblut oder Blutersatzstoffen soll das Gleiche erreicht werden wie durch die Zufuhr von EPO: Eine Erhöhung des Anteils roter Blutzellen im Blut, die dann um so mehr für körperliche Leistung notwendigen Sauerstoff transportieren können.

 

Ebenso wie beim Missbrauch von EPO zur vermehrten Neubildung von roten Blutzellen kann die Transfusion derselben die Fliesseigenschaften des Blutes zu Ungunsten des Anwenders verändern: Je mehr sperrige rote Zellen das Blut enthält, desto “dickflüssiger” ist es, und desto schwieriger gelangt es durch enge Blutgefässe hindurch: Es besteht die Gefahr der Entstehung von Thrombosen (Blutgerinnseln) oder Embolien (Blockade eines Blutgefässes durch einen Pfropf). Ein Hämatokrit (also Anteil der (roten) Blutzellen am Gesamtblutvolumen) von 60% und mehr gilt als ernsthaft gesundheitsgefährdend.

Darüber hinaus birgt Blutdoping alle Risiken, die auch mit anderen Transfusionen einher gehen: Infektionen durch unsachgemäss gehandhabte oder gelagerte Konserven oder durch Erreger wie HIV oder Hepatitis-Viren in Fremdblut.

 

5. Diuretika und andere Maskierungsmittel

Diuretika führen zu einer teilweise stark vermehrten Ausscheidung von Flüssigkeit über die Nieren. Das kann dienlich sein, um im Vorfeld von nach Gewichtsklassen eingeteilter Wettkämpfe kurzfristig an Gewicht zu verlieren und als leichter klassifiziert zu werden, oder um andere Substanzen, die nicht gefunden werden sollen, aus dem Körper zu schwemmen.

Eine andere Möglichkeit zur Maskierung stellt die Erhöhung des Blutvolumens durch Infusion von “Plasmaexpandern” – das sind Stoffe, die nicht durch die Blutgefässwände dringen können – was zur Folge hat, dass dem osmotischen Druck folgend Wasser aus dem umgebenden Gewebe in die Blutgefässe verlagert wird. Auf diese Weise kann der Erhöhung des Hämatokrits durch Blutdoping oder EPO oder den Folgen von Flüssigkeitsverlust beim Ausdauersport entgegengewirkt werden.

 

Der schnelle Flüssigkeitsverlust, der durch Diuretika herbeigeführt werden kann, bringt den Wasser- und Salzhaushalt des Körpers durcheinander, mit allen Folgen einer Dehydrierung: Blutdruckabfall, Herzrhythmusstörungen, Kreislaufschock und die Risiken eines erhöhten Hämatokrits. Die Ausscheidung all der Flüssigkeit über die Nieren kann zudem diese Organe in Mitleidenschaft ziehen.

Plasmaexpander wirken dem zwar entgegen, entziehen das dazu nötige Wasser jedoch dem umliegenden Körpergewebe, sodass das Problem Flüssigkeitsmangel damit nicht behoben, sondern allenfalls verschoben wird.

 

6. Gen-Doping

Stoffwechsel-Modulatoren, die dem Körper von aussen zugeführt werden, sind verboten – solche, die der Körper selbst herstellt, logischerweise nicht. Was wäre also, wenn man den Körper anleiten könnte, die gewünschten Substanzen selbst herzustellen? Die Rezepte und Gebrauchsanweisungen für all unsere Stoffwechselschritte sind in unseren Genen hinterlegt – und die Gen-Technologie erlaubt uns mittlerweile, diese Rezeptsammlung zu editieren – beispielsweise ein Gen für ein leistungsförderndes Protein hinzuzufügen oder die Herstellungsrate für ein natürlich vorgesehenes Protein zu erhöhen oder zu senken. Als “Gentherapie” zur Korrektur von Defekten, die zu Erbkrankheiten führen, ist das eine tolle Sache – und zur permanenten Leistungssteigerung ohne Einnahme von Substanzen verlockend…

Das klingt im ersten Augenblick nach  Khan Noonien Singh und seinen genetisch aufgewerteten-Kollegen aus Star Trek – aber so weit ist man (zum Glück) noch nicht. Zum einen ist die vorgeburtliche Ausstattung von Menschen mit leistungsförderlichen Merkmalen (noch) nicht möglich, zum anderen steckt auch die Korrektur unseres Erbguts mittels “Gentherapie” noch in den Kinderschuhen, sodass sie mit Fehleranfälligkeit und begrenzten Erfolgschancen einher geht. Dennoch ist die Verlockung so gross, dass Gen-Doping dieser Art bereits seit einigen Jahren als verbotene Methode auf der Dopingliste steht.

Da die Gen-Therapie heutzutage noch nicht ausgereift und Gen-Doping illegal ist, sind die Risiken dieser Methode vielfältig. Sie reichen von verunreinigtem oder minderwertigem Material aus dem “Hinterhof-Labor”, mangelnder Betreuung, unerprobten Behandlungen über das Risiko von Unverträglichkeiten gegenüber den eingesetzten “Gen-Fähren” (zum Beispiel Viren, die genetisches Material in das Erbgut des Empfängers einfügen sollen) bis dahin, dass das Ergebnis der Veränderung nicht das Ewünschte, sondern vielmehr eine Beeinträchtigung ist. Denn eine einmal erfolgte “Gen-Therapie” ist mit heutigen Mitteln nicht rückgängig zu machen.

 

Fazit

Doping – das Schrauben am Stoffwechsel – gefährdet massiv und oft unwiderruflich die Gesundheit. Und nicht nur die von Spitzensportlern, sondern auch all die all jener, die im Breitensport wie beim Krafttraining oder im Berufs- oder Ausbildungsalltag darauf zurückgreifen. Darüber hinaus machen viele dieser Dopingmittel schnell abhängig und sind nicht umsonst als “Drogen” berüchtigt. Selbst “einmal ausprobieren” ist also häufig mit erheblichem Risiko verbunden.

Dass unsere Gesellschaft uns zunehmend Leistungen abverlangt, die derart jenseits der menschlichen Leistungsfähigkeit liegen, dass Doping-Mittel und -methoden immer weitere Verbreitung finden, gibt mehr sehr zu denken. Nicht zuletzt, weil auch ich in der Zeit um mein Abitur eine Substanz von der Doping-Liste aus medizinischen Gründen verordnet bekommen habe und mich heute verunsichert frage, ob meine Diagnose damals wirklich gerechtfertigt oder letztlich ein Produkt unserer Leistungsgesellschaft war.

Das Medikament nehme ich übrigens seit bald 10 Jahren nicht mehr und stelle mir heute mehr denn je die Frage: Was können wir – jede/r einzelne – gegen diese bedenkliche Höher-Schneller-Weiter-Tendenz in unserer Gesellschaft tun?

Ich habe in den letzten Jahren zwei Dinge gelernt:

  1. Setze bei dem, was du tust, auf deine eigenen Gaben und Leidenschaften (Stärken hat jeder – die Kunst ist, sich derer bewusst zu werden).
  2. Erkenne deine eigenen Leistungen als solche an. Und das gilt vor allem für die kleinen! Denn was für den Einen vielleicht selbstverständlich ist, kann für den anderen eine Leistung sein – und darf, nein sollte gefeiert werden.

 

Denn wer mit sich selbst zufrieden ist, ist bestens dafür gerüstet, unmenschliche Messlatten links liegen zu lassen und – hoffentlich – kollektiv die Bremse zu ziehen. Je mehr wir Mensch sein dürfen, desto leichter wird es uns fallen, Mensch zu sein – gesund und ohne Gift.

Und ihr? Habt ihr schon Erfahrung mit Doping – in welcher Form auch immer – gemacht? Wie steht ihr zur heutigen Leistungsgeselllschaft?

Rezension - Dietrich Mebs : Leben mit Gift

Geschichten aus Natur und Alltag gibt es nicht nur auf Keinsteins Kiste, sondern auch in zahllosen spannenden Büchern. Nachdem ich eine Quelle für Neuerscheinungen von Sachbüchern rund um Chemie und mehr aufgetan habe, möchte ich von Zeit zu Zeit ausgewählte Lektüre mich euch teilen.

Dieser Artikel enthält Links aus dem Amazon-Partnerprogramm (gekennzeichnet mit (*) ) – euch kosten sie nichts, mir bringen sie vielleicht etwas für meine Arbeit ein. Ich habe für diese Rezension ein Rezensionsexemplar des Buches erhalten. Es besteht kein Interessenkonflikt hinsichtlich des Inhalts in diesem Beitrag und dessen Publikation.

Dietrich Mebs: “Leben mit Gift – Wie Tiere und Pflanzen damit zurechtkommen und was wir daraus lernen können”

Gerne regt Mensch sich darüber auf, dass die Menschheit mit menschengemachten Giften um sich wirft und die Natur wie auch die eigene Gesundheit gefährdet – und schwört gleichzeitig auf die Sanftheit und Verträglichkeit von Naturprodukten. Dass ein Grossteil der Pflanzen- und Tierwelt jedoch ein Arsenal entwickelt hat, welches jeden menschlichen “Giftmischer” wie einen blutigen Anfänger dastehen lässt, bedenken dabei nur wenige. Und zu diesen zählt der Biologe und Biochemiker Dietrich Mebs, dessen Buch, welches ganz im Sinne meines eigenen Leitsatzes – “Chemie ist überall – alles ist Chemie” steht, ich hier vorstellen möchte:

Schätzungsweise 100’000 Tierarten produzieren Gift oder entnehmen es der Umwelt, speichern es und setzen es in verschiedener Weise ein. Der richtige Umgang damit ist für Tiere und Pflanzen eine Überlebensfrage. Sie stehen untereinander in einem ständigen Wettbewerb, und wer das wirksamste Gift verwendet oder die beste Entgiftungstechnik beherrscht, ist eindeutig im Vorteil. Diese Strategien beschäftigen Forscher schon lange – und dennoch erleben sie immer wieder Überraschungen. Wie schnell und flexibel Organismen reagieren, um mit gefährlichen Substanzen fertigzuwerden, erweist sich oft als Nachteil für uns, etwa wenn sie Resistenzen entwickeln. Im Umgang mit Giften bleibt der Mensch ein Anfänger; es ist viel eindrucksvoller, was Pflanzen und Tiere bewerkstelligen, um damit zu leben.

 

Zum Inhalt des Buches

“Denkt immer daran, ein guter Naturforscher ist der, der sich rechtzeitig wundert”

zitiert Dietrich Mebs in der Einführung einen seiner Professoren. Und zum Wundern über die Tricks und Finessen der Natur ist dieses Buch gemacht.

Zu Beginn klärt Mebs jedoch erst einmal die wichtigsten Begriffe, unterscheidet “Gift” von “Toxin” und stellt  kurz vor, wie Wissenschaftler Gifttiere und -Pflanzen klassifizieren. Gut so, denn damit wissen nun alle, worüber im Folgenden gesprochen – besser geschrieben wird. Anschliessend gibt es eine kleine Übersicht über die wichtigsten Bestandteile von Giften – bei welchen es sich in der Regel um Stoffgemische handelt, während ein Toxin eine definierte chemische Substanz natürlichen Ursprungs ist.

Die Reise in die faszinierende Welt der giftigen Tiere beginnt in einem Korallenriff, in welchem Clownfische mit ihrer ganz eigenen Tarnkappen-Technologie in Symbiose mit giftigen Seeanemonen leben. Auch andere “heikle” Lebensgemeinschaften beruhen auf der erfolgreichen Tarnung eines Beteiligten, gerne auch kombiniert mit einer chemischen Appeasement-Strategie, um einen giftigen Hausherrn milde zu stimmen.

Die oft mit mildem Humor gewürzten Kapitelüberschriften führen den Leser weiter von stech- und bombardierfreudigen Insekten über die Blausäure-Experten unter den Schmetterlingen zu allzeit betrunkenen Fruchtfliegen. Hier beschreibt Mebs, was nun zunehmend von Interesse ist: Wie sich all diese Tiere vor ihrem eigenen – oftmals hochgefährlichen – Gift oder toxischen Bestandteilen ihrer Nahrung schützen.

Andere Tiere haben sich wiederum hochgradig auf den Umgang mit ihrer Lieblingsumgebung, oder -nahrung spezialisiert, indem sie den Kontakt mit deren Giften akribisch meiden. Und wer, wie die Doppelgänger des berühmten Monarch-Falters, kein eigenes Gift besitzt, aber Schutz sucht, bedient sich der Mimikry und bemüht sich um Ähnlichkeit mit seinem giftigen Pendant.

Giftige Lebewesen gibt es jedoch nicht nur in exotischen Ländern, sondern auch bei uns vor der Haustür, sodass es nicht verwundert, dass der erste vorgestellte Fressfeind, der Resistenzen gegenüber Giften seiner Beute entwickelt hat, ein Einheimischer ist: Der Igel, ein fleissiger Insektenfresser. Ganz ähnliche Resistenzen weisen auch einheimische Kröten-Jäger wie Marder und Ringelnattern auf. Doch auch rund um den Globus treten Resistenzen bei zahlreichen Jägern auf.

Zur Neutralisierung von aufgenommenen Giften greifen verschiedenste weniger resistente Arten bis hin zum Menschen auf Tonerde als Nahrungszusatz zurück. Wer sich allerdings auf eigentlich giftige Nahrung spezialisiert, dem bleibt wenig anderes übrig, als die Giftstoffe schnellstmöglich wieder auszuscheiden oder mit Hilfe von Enzymen abzubauen. Oder er überlässt die Entgiftung, wie viele Wiederkäuer und die Blattschneider-Ameisen, fleissigen Mikroorganismen, mit welchen sie in Symbiose leben.

Zum Ende dieses bunten Reigens verschiedener biochemischer Strategien zum Umgang mit allgegenwärtigen Giften sieht der Mensch als evolutionsgeschichtlich junge Art ziemlich alt aus. Doch haben auch wir einzigartige Möglichkeiten zum Leben mit Gift, zum Beispiel mit der ausgefeilten Zubereitung unserer Nahrungsmittel.

 

Mein Eindruck vom Buch

Dietrich Mebs gewährt in seinem Buch einen spannenden Einblick in das Wettrüsten in der Natur und gibt einen verständlichen Überblick über erstaunliche Kniffe und Strategien, die die Evolution hervorgebracht hat. Ein paar Grundkenntnisse in Biochemie – oder die Geduld, das ein oder andere Fachwort nachzuschlagen oder zu erinnern – können dabei nützlich sein, um die hier wohl kompakt aber nicht ohne Fachjargon geschilderten biochemischen Hintergründe nachzuvollziehen. “Speziell für Leser mit fachlichem Hintergrund” ist das Buch deshalb noch lange nicht, zumal sich in den letzten Kapiteln die Biochemie der Gift-Resistenzen in meinen Biochemiker-Augen stark wiederholt und wenig in die Tiefe geht (was aus didaktischer Sicht aber sicher seine Berechtigung hat).

Prof. Dr. Dietrich Mebs

Studiertie Biologie und Biochemie in Frankfurt am Main. Nach der Promotion war er zunächst wissenschaftlicher Assistent am Institut für Rechtsmedizin der Universität Frankfurt; 1979 habilitierte er im Fach Rechtsmedizin und wurde 1985 zum Honorarprofessor ernannt. Neben seiner forensischen Tätigkeit in der Toxikologie und Spurenanalytik sind seine Forschungsschwerpunkte die Biologie und Biochemie tierischer und pflanzlicher Gifte. Auf zahlreichen Reisen hat er Material für seine Forschungen gesammelt.

Anekdoten aus dem Forscher-Alltag des Wissenschaftlers und Sammlers Mebs lockern den Text jedoch stetig auf und zaubern auch dem lesenden Wissenschaftler (so zumindest mir) immer wieder ein Schmunzeln auf die Lippen. So ist sowohl für den Laien als auch für den fachlich versierteren Leser immer wieder für Kurzweil gesorgt.

Am Ende bleibt die Neugier – denn je weiter ich mit meiner Lektüre kam, desto deutlicher blieb der Eindruck, dass es zum “Leben mit Gift” in der Natur noch zahllose offene Fragen und eine Menge zu erforschen gibt. In sofern bin ich jetzt schon neugierig auf eine Neuauflage oder einen Nachfolgeband in ein paar Jahren.

Das im Schlusswort eingebrachte Argument für diese Forschung – den “Wissenserwerb um des Wissens willen” (welches ich durchaus zu schätzen weiss) – erscheint mir angesichts der dazu nötigen, möglicherweise stark belastenden Tierversuche, wie sie auch in diesem Buch Erwähnung finden, etwas schwach. Im Zuge des Umgangs mit Problematiken wie den ebenfalls erwähnten multiresistenten Krankheitskeimen könnte ich mir jedoch durchaus vorstellen, dass wir aus den Strategien der Natur auch praktisch Nutzbares lernen können. In sofern bin ich sehr gespannt, was es in den nächsten Jahren hier noch zu (be)wundern gibt.

 

Eckdaten rund ums Buch

(*)

Dietrich Mebs: Leben mit Gift: Wie Tiere und Pflanzen damit zurechtkommen und was wir daraus lernen können(*)

S.Hirzel-Verlag 2016
Broschiert, 160 Seiten, davon 16 Seiten mit Farbfotografien
ISBN 978-3-7776-2619-1   (E-Book 978-3-7776-2619-2)

 

Fazit

Dietrich Mebs gewährt in seinem Buch einen spannenden, unterhaltsamen Einblick sowohl in die Strategien der Natur, insbesondere von Tieren, im Umgang mit Gift als auch in das zuweilen abenteuerliche Leben des Gift-Forschers. Als Leserin mit fachlichem Hintergrund haben mich Oberflächlichkeit und sich wiederholende Elemente schlussendlich nicht vollends zufrieden gestellt. Doch eben deshalb macht die Lektüre Lust auf mehr – und mehr findet vor allem der fachlich versierte Leser im reich gefüllten Literaturverzeichnis am Ende des Bands.

Wer also einen lockeren Einstieg in das spannende Thema “Gift in der Natur – bzw. Tierwelt” sucht, dem sei dieser Band empfohlen.

Blogparade : Augen auf! Wo mich die Natur zum Staunen bringt

Bald ist es soweit: Am 14. Juni 2016 wird Keinsteins Kiste 1 Jahr alt! Und damit ist es nun an der Zeit für eure Geschichten: Erzählt vom 23.05. bis 04.09. 2016 in unserer Geburtstags-Blogparade, wo oder wann euch die Natur so richtig zum Staunen gebracht hat – oder euch immer wieder zum Staunen bringt!

Ja, richtig! Auf mehrfachen Wunsch und Anregung meiner Leser verlängere ich die Laufzeit dieser Blogparade bis zum 4. September 2016! Denn mancherorts beginnt schon die Ferienzeit – und Ferienzeit ist Zeit zum Entdecken und Staunen!

“Das fand ich ganz furchtbar!” “Das ist doch total schwer!” “Das Fach habe ich nie verstanden…” “Habe ich bei der ersten Möglichkeit abgewählt!”

So oder so ähnlich lauten gefühlte neun von zehn Reaktionen, wenn ich erzähle, dass ich Chemie studiert habe. Und ich kann mir vorstellen, dass es den anderen Disziplinen der Naturwissenschaft nicht sehr viel anders ergeht.

Dabei hält die Natur so viel Spannendes bereit, das es – für uns alle! – zu bestaunen gibt, das wir ergründen oder mit dem wir schlichtweg spielen können. Und solche Naturphänomene sind gar nicht so schwer zu verstehen, wie manch unglücklich verlaufener Chemie-, Physik- oder Biologieunterricht uns glauben machen mag.

Ob wir uns an buntem Licht oder dem Glanz von Gold erfreuen, in der Küche unerwarteten Energieformen wie der Schmelzwärme begegnen, ob wir Pflanzen beim Wachsen zusehen, am Nachthimmel Sterne zählen, ob wir an ferne Orte reisen und funkelnde Geysire beobachten oder atemberaubende Steinformationen finden, ob wir Strom aus Licht gewinnen, oder ob wir im Labor spannende Experimente machen – praktisch immer und überall können wir etwas zum Staunen finden.

Mit dieser Blogparade möchte ich euch alle zum gemeinsamen Staunen einladen – und zwar jede/n, ganz gleich, welchen Bezug ihr bislang zu den Naturwissenschaften habt. Verfasst einen Beitrag auf eurem Blog (falls ihr keinen habt: auf eurer Facebook-Seite oder eurer jeweiligen Lieblings-Plattform) und erzählt von eurer Begegnung mit einem spannenden Naturphänomen:

  • Wo hat mich die Natur zum Staunen gebracht oder bringt mich immer wieder zum Staunen? (Das kann ebenso draussen und unterwegs wie auch im Alltag oder im Labor geschehen…)
  • Welche Empfindungen löst/e diese Begegnung in mir aus?
  • Welche Bedeutung haben Beobachtungen von Naturphänomenen wie diesem in meinem Leben bzw. Alltag? Haben mich Naturwissenschaften schon immer interessiert, oder bin ich vielleicht erst durch diese Blogparade ans Staunen gekommen?
  • Wie lässt sich das bestaunte Phänomen erklären? (Dieser Vorschlag ist noch weniger ein Muss als alle anderen, aber auf Wunsch helfe ich hierbei gerne!)

 

Diese Fragen können euch als Hilfe zur Gestaltung eures Beitrags dienen, sind aber keine Vorschrift. Schreibt, zeichnet, malt, fotografiert oder filmt, was euch zum Staunen in den Sinn kommt, und postet einen Link zu eurem Beitrag bis zum 23.6.2016 in den Kommentaren. Ihr dürft das Bild zu diesem Beitrag gerne als Artikelbild verwenden oder in euer Artikelbild einfliessen lassen!

Anschliessend wird es eine Zusammenfassung der Blogparade mit allen Links hier auf Keinsteins Kiste geben. Ich freue mich schon auf eine Menge bunter Beträge: Also los, auf zum Staunen!

Eure Kathi Keinstein

Hermetosphäre

Neulich stiess ich im Netz auf ein erstaunliches Bild: Ein Glasgefäss, vielleicht eine alte Vorratsflasche aus einer Apotheke, mit geschlossenem Deckel – und darin eine atemberaubende Miniaturausgabe eines Regenwaldes! Pflanzen in einem geschlossenen Glasgefäss? Können die, eingesperrt und getrennt vom Rest der Welt, darin überhaupt überleben? Man hört ja nur allzu oft von schaurigen Formen der Tier-“Haltung” unter ähnlichen Bedingungen…

Zu jenem Bild gehörte glücklicherweise ein Link. Und der führte mich auf die Website von Ulf Soltau, seines Zeichens Diplom-Biologe, welcher dort zeigt: Ja, sie können! Und das ganz ohne Pflanzenquälerei!

Solch ein ungewöhnliches, an Fantasien von einer Mission zum Mars erinnerndes Pflanzgefäss trägt zudem einen Namen, der einer Science-Fiction-Welt wahrlich angemessen klingt: Hermetosphäre.

Die Beschreibung “hermetisch abgeschlossen” ist euch sicher geläufig – er leitet sich von Hermes Trismegistos, dem Urvater der Alchemie, ab und trifft auf das Innere einer Hermetosphäre tatsächlich so weit wie möglich zu. “Sphäre” leitet sich vom griechischen Wort für “Kugel” her, steht hier jedoch eher für “Gefäss” (auch wenn Ulf Soltau bewiesen hat, dass Hermetosphären auch kugelrund sein können). Dem Namen nach leben diese Pflanzen also tatsächlich in einem fest geschlossenen Gefäss – sind also weder Wind noch Wetter, und nicht einmal der Giesskanne ausgesetzt.

Und das funktioniert – über Jahre hinweg: Eine wirklich alte Hermetosphäre fand den Weg in die Daily Mail – ihr Besitzer hat seine begrünte Flasche über 40 Jahre lang nicht mehr geöffnet!

Aber wie genau kann das funktionieren? Was unterscheidet die Pflanzenwelt im Glas von der, die wir gewöhnt sind? Und wie könnt ihr euch eine eigene Hermetosphäre anlegen?

 

Stoffe auf der Erde werden im Kreis herumgereicht

 

Im Grunde genommen ist der Flaschen-Urwald gar nicht so ungewöhnlich. Schliesslich ist die Erde selbst eine gewaltige Hermetosphäre (zumindest annähernd), die von der Gravitation zusammengehalten durch die isolierende Leere des Weltalls kreist. Die Stoffe, aus welchen die Erde – einschliesslich des Lebens an ihrer Oberfläche – besteht, kreisen ebenfalls: Keine Verbindung, kein Molekül auf der Erde ist wirklich beständig. Vielmehr werden die Atome darin stets von einer Daseinsform an die nächste weiter gereicht. Und nach der letzten Station folgt wieder die erste.

Der Kohlenstoffkreislauf

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Einer der wichtigsten dieser Kreisläufe für das Leben ist der des Kohlenstoffs. Sämtliche organischen Verbindungen enthalten Kohlenstoff, und aus organischen Verbindungen bestehen alle Lebewesen. Der meiste Kohlenstoff ist jedoch in der Erdkruste gebunden – in Form von Kalk (CaCO3) und anderen Carbonaten. Besonders Kalk ist aber in geringen Mengen wasserlöslich und kann von fliessendem Wasser und etwas Geduld aus dem Gestein gewaschen werden (Verwitterung): Steter Tropfen höhlt eben den Stein.

Wenn Calciumcarbonat in Wasser gelöst wird, entsteht Kohlensäure, deren Moleküle nicht stabil sind:

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Aus der Kohlensäure entsteht Kohlenstoffdioxid, welches im Zuge der Verdunstung von Gewässern in die Atmosphäre gelangen kann (die besteht in Bodennähe zu 0,03% aus Kohlenstoffdioxid). Beide Reaktionen sind ohne weiteres umkehrbar (und damit Teile von chemischen Gleichgewichten), sodass Kohlenstoffdioxid in Regenwasser gelöst zum Erdboden zurückgelangen und neuen Kalk – neues Gestein – bilden kann (Sedimentation).

Noch spannender als dieser anorganische Kohlenstoffkreislauf ist der organische Kreislauf, der mit dem Anorganischen in Verbindung steht, aber Lebewesen mit ins Spiel bringt. Am Anfang dieses Kreislaufs stehen solche Lebewesen, die aus anorganischen Kohlenstoff-Verbindungen organische Verbindungen herstellen können. Die Biologen nennen sie Produzenten (P) – dazu gehören vornehmlich die Pflanzen, Algen und einige Bakterien. Und zwar die Grünen unter ihnen. Die betreiben nämlich Photosynthese.

In den Chloroplasten, jenen Zellbestandteilen, die die Pflanzen grün erscheinen lassen, können Pflanzen Kohlenstoffdioxid aus der Luft und Wasser zu Glucose (Traubenzucker)  und anderen Kohlenhydraten umbauen:

Diese Reaktion erfordert Energie, die das Licht liefert, welches auf die Grünpflanzen mit ihren Chloroplasten fällt. Bei der Synthese von Glucose mit Hilfe von Licht wird diese Energie in den Glucose-Molekülen zwischengespeichert. Wenn nun andere Lebewesen (Konsumenten, K) die Pflanze mitsamt der Glucose fressen, können ihre Zellen die Glucose zerlegen und die darin gespeicherte Energie nutzbar machen:

Den dazu nötigen Sauerstoff (welchen Pflanzen an die Luft abgeben) atmen diese Lebewesen ein, das Kohlenstoffdioxid atmen sie aus, sodass es von Pflanzen wieder zu Glucose verarbeitet werden kann.

Wenn Pflanzen jedoch absterben, bevor sie gefressen werden, gibt es eine Reihe von Lebewesen – Pilze, einige “niedere” Tiere und viele Kleinstlebewesen (Mikroorganismen) – welche die Überreste abgestorbener Pflanzen (und Tiere) vollständig in anorganische Kohlenstoffverbindungen zerlegen – die Biologen nennen sie deshalb Zersetzer oder “Destruenten” (D).

Zu den anorganischen Kohlenstoffverbindungen zählen das Kohlenstoffdioxid, die Kohlensäure und ihre Salze, die Carbonate. In Form von Kohlenstoffdioxid findet der Kohlenstoff so zur Photosynthese in Pflanzen zurück – der Kreislauf schliesst sich.

 

Der Stickstoffkreislauf

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Ebenso wichtig für Lebewesen wie Kohlenstoff ist auch das Element Stickstoff, welches Bestandteil vieler Biomoleküle, zum Beispiel von Aminosäuren, Proteine, DNA und anderer ist. Die Erdatmosphäre besteht zu rund 78% aus Stickstoff in N2-Molekülen. Die beiden Stickstoff-Atome darin sind jedoch über eine Dreifachbindung sehr fest aneinander gebunden, sodass sie für die meisten Lebewesen nicht nutzbar sind.

Zum Glück haben sich einige Bakterienarten auf die Zerlegung von Stickstoffmolekülen unter grossem Energieaufwand (Stickstofffixierung) spezialisiert. Sie leben in Symbiose mit vielen Pflanzen und stellen aus Luft-Stickstoff Ammoniak her:

Pflanzen können Stickstoff aus Ammonium-Ionen (NH4+), die in Gegenwart von Wasser oder anderen Säuren aus Ammoniak entstehen, direkt in eine vorhandene Aminosäure einbauen “assimilieren” und anschliessend neue Aminosäuren daraus herstellen:

Da die Pflanzen aber, um Ammonium in ihre Wurzeln aufzunehmen, für jedes NH4+ ein H+-Ion abgeben müssen und damit Gefahr laufen “ihren” Boden zu versäuern, bevorzugen sie häufig Stickstoff in Form von Nitrat-Ionen (NO3), die sie in Wasser gelöst ohne Zutun “trinken” können. Die Nitrat-Ionen liefern verschiedene Bakterienarten, die Ammoniak oxidieren können:

Einmal aufgenommen werden die Nitrat-Ionen in den Pflanzen wieder zu Ammoniak bzw. Ammonium-Ionen reduziert und zur Herstellung von Aminosäuren verwendet. Und die werden gebraucht, damit eine Pflanze neue Proteine herstellen und wachsen kann. Deshalb verwenden Gärtner, die nicht darauf warten mögen, dass all die Bakterien im Boden ihre Arbeit tun, Nitrate oder Ammoniumverbindungen als Dünger.

Aus den organischen Bestandteilen absterbender Pflanzen kann schliesslich von den Destruenten unter den Lebewesen Ammoniak abgespalten werden (Ammonifikation), der seinen Weg zurück in den organischen Stickstoffkreislauf findet. Andere Mikroorganismen können hingegen Nitrat-Ionen bis zum elementaren Stickstoff (N2) reduzieren (Denitrifikation), der zurück in die Luft gelangt.

 

Wie ein Stoffkreislauf ins Wohnzimmer kommt

Solche Stoffkreisläufe im Grossen finden auch im Kleinen – in der Hermetosphäre statt! Die Pflanzen entnehmen ihrer Umgebung die Stoffe, die sie zum Leben brauchen, und geben sie früher oder später an ihre Umgebung zurück. Und da zwischen dem Inneren des Glases und der Aussenwelt kein Stoffaustausch stattfindet, geht letztlich nichts verloren. Einzig Energie muss solch einem System regelmässig zugeführt werden um der Thermodynamik gerecht zu werden. Und diese Energie gelangt hauptsächlich in Form von Licht ins Glas.

Um einen Kohlenstoff- bzw. Stickstoffkreislauf in einfachster Form im Kleinen zu betreiben, brauchen wir also:

  1. Luft, die Stickstoff und Sauerstoff, sowie ein wenig Kohlenstoffdioxid enthält
  2. Grünpflanzen als Produzenten, die aus anorganischem Material organische Verbindungen aufbauen können
  3. Bakterien und andere Klein- und Kleinststlebewesen, die organisches Material zu anorganischen Verbindungen abbauen und gegebenenfalls die Aufbereitung von Stickstoff übernehmen können
  4. Wasser als allgegenwärtiges Lösungsmittel und Rohstoff für die Photosynthese
  5. Licht als Energiequelle

Konsumenten stehen nicht auf der Liste. Die würden auch mehr Platz brauchen, als eine handliche Hermetosphäre zu bieten hat. Doch wer sorgt dann dafür, dass die Pflanzen nicht irgendwann das wenige CO2 in der Hermetosphären-Luft aufbrauchen und sie dafür mit Sauerstoff anreichern?

Die vorhandenen Kleinstlebewesen werden das kaum schaffen. Aber das müssen sie auch gar nicht. Pflanzen atmen nämlich ebenso wie alle anderen “aeroben” Lebewesen auch! Sie haben zwar keine Lungen, aber in Pflanzenzellen gibt es ebenso Mitochondrien, wie in den Zellen von Mensch und Tier. Diese kommen vor allem nachts zum Zuge, wenn keine Photosynthese stattfindet. Dann nämlich nehmen Pflanzen über ihre Oberfläche Sauerstoff auf, um damit in ihren Mitochondrien Glucose zu “verheizen” und Energie zu gewinnen.

So kann eine Hermetosphäre gut auf atmende Konsumenten verzichten, ohne dass die Luftzusammensetzung entgleist.

Das gilt übrigens auch für sogenannte fleischfressende Pflanzen (Carnivoren), die mit ausgeklügelten Fallen kleine Tiere festhalten und verdauen können. Diese tierische Nahrung dient den Carnivoren nämlich als zusätzliche, aber nicht als einzige Stickstoffquelle – sie können ihre Nährstoffe auch auf herkömmlichem Weg gewinnen.

 

Die Hermetosphäre zum Selbermachen

Eine Hermetosphäre lässt sich leicht selbst anlegen. Folgendes wird dafür benötigt:

Material

  • Ein fest verschliessbares Gefäss aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff: eine möglichst weite Öffnung macht Bepflanzung und Pflege einfach. Das Material sollte farblos sein, da farbige Gläser oder Kunststoffe für die Pflanzen wichtige Lichtbestandteile herausfiltern (mehr zu Licht und Farben)! Meine Hermetosphäre auf dem Artikelbild ist in einem ca. 2-Liter-Vorratsglas mit Dichtungsring angelegt.
  • Material für den Untergrund (“Substrat“), auf dem die Pflanzen wachsen können: Um zu gewährleisten, dass die Stroffkreisläufe funktionieren, ohne dass die Bodenzusammensetzung oder gar der pH-Wert zu stark verändert werden, sollte das Substrat möglichst unbeteiligt am Gesamtgeschehen bleiben. Das heisst vor allem: Es darf möglichst keinen Kalk enthalten! In meiner Hermetosphäre habe ich feinkörnigen Blähton (4 bis 8 mm, für Hydrokultur-Pflanzen, erhältlich im Baumarkt oder Gartencenter) verwendet. Erfahrene “Hermenauten” schwören auch auf Lavagranulat. Beide sind formbeständig und gut durchlässig für Luft und Wasser. Dünger gehört übrigens nicht in eine Hermetosphäre – die damit zusätzlich verfügbaren Stickstoff-Verbindungen würden nur dazu führen, dass die Pflanzen über ihr verfügbares Raumangebot hinaus wachsen würden!
  • Ein dünnes Stück Filz und zwei Magnete: Ein kleines Filz-Stück wird auf einen der Magnete geklebt und von innen an die Gefässwand gelegt. Der zweite Magnet wird von aussen angebracht, sodass er den ersten anzieht und festhält. Dieser “Scheibenwischer” kann am äusseren Magneten über die Gefässwand bewegt werden und die Innenseite reinigen, ohne dass das Glas geöffnet werden muss. Für mein Vorratsglas waren zwei “Supermagnete” (aus Neodym-Eisen-Bor (“NdFeB”), auch die gibt es im Baumarkt – sie sind etwas teurer als einfache Kühlschrankmagnete) nötig, da zwei Kühlschrankmagnete sich durch die dicke Glaswand nicht fest genug anziehen. Der kleine Durchmesser (ca. 5 mm) der Magnete erlaubt zudem, den Scheibenwischer um die Kanten des Gefässes herum zu schieben!
    Magnet-Scheibenwischer

    Magnet-Scheibenwischer von aussen

  • Geeignete Pflanzen: In einer Hermetosphäre herrscht ständig eine Luftfeuchtigkeit von praktisch 100% und es wird darin fast unweigerlich lauschig warm. Unter solch extremen Bedingungen fühlen sich vornehmlich tropische Pflanzen wohl. Im Fachhandel für Terrarienbedarf findet man solche, wie auch manchmal bei Verkaufs-Aktionen von botanischen Gärten. Ich habe im Gartencenter eine kleine Mosaikpflanze (Fittonia) und eine nur 10 bis 12 cm hohe Alocasia (dem Aussehen nach) entdeckt. Erstere steht auf Ulf Soltaus Liste möglicher Hermetosphären-Bewohner, letzterer bin ich (in der grossen Version) schon häufiger in feucht-warmen Gewächshäusern begegnet.
  • Zersetzer (Destruenten): Kleinstlebewesen gibt es in einer Hermetosphäre unweigerlich. Ohne sie würde die Welt in der Flasche auch nicht funktionieren, weshalb es wenig Anlass gibt, den Eintrag von Bakterien und anderen Winzlingen bei der Bepflanzung bewusst zu vermeiden. Um den Kleinsten die Arbeit zu erleichtern, können weisse Asseln oder tropische Springschwänze sehr hilfreich sein. Beide Arten sind nur wenige Millimeter gross und ernähren sich von abgestorbenen Pflanzenteilen und Schimmelpilzen! Man bekommt sie im Fachhandel für Terrarienbedarf, da sie als Putzkolonne für Tropen-Terrarien ebenso beliebt sind wie als Snack für zwischendurch für deren tierische Bewohner. Ich habe weisse Asseln im Netz bei einem Fachhändler für Amphibienhaltung bestellt. In der kalten Jahreszeit ist das jedoch riskant (tropische Tiere haben es nicht gerne kalt), sodass man die Tierchen dann besser direkt beim Händler abholt.
  • Dekoration: Zur Gestaltung von Hermetosphären können verschiedene, witterungsbeständige Materialien zum Einsatz kommen: nicht-kalkhaltige Steine (z.B. Basalt), trockenes, nicht moder-anfälliges Holz oder Xixam-Platten (Baumfarn-Material, im Terrarien-Fachhandel erhältlich) sind nur einige Beispiele. Aus Platzgründen habe ich zunächst auf weitere Dekoration verzichtet.
  • Nützliches Werkzeug: Eine lange Küchenpinzette kann das Bepflanzen tiefer Gefässe erheblich vereinfachen. Eine Ballbrause, wie Bonsai-Züchter sie verwenden, kann zur Reinigung von Glaswänden bzw. zur anfänglichen Bewässerung dienen.

 

Eine Hermetosphäre einrichten:

Die folgende Anleitung beschreibt, wie ich meine erste Hermetosphäre eingerichtet habe, angelehnt an die ausführliche Beschreibung von Ulf Soltau:

  1. Reinige das Glasgefäss aussen und innen gründlich und spüle es mit klarem Wasser aus.
  2. Gib das Substrat (z.B. den Blähton) in ein Küchensieb und spüle unter fliessendem Wasser den Staub ab. Fülle das Glasgefäss zu 10 – 20% in zwei Etappen mit dem (nassen) Substrat:
  3. Nachdem du zwei Drittel des Substrats eingefüllt hast, kannst du die Pflanzen mit der Pinzette oder geschickten Händen (bei grosser Gefässöffnung) platzieren. Da meine Pflanzen vom Gartencenter in Erde kamen, habe ich diese zuvor vorsichtig entfernt und die Wurzeln ebenso vorsichtig unter fliessendem Wasser abgespült. Mit dem letzten Drittel des Substrats bedecke die Wurzeln.
  4. Bodendecker und Moose legst du einfach auf das Substrat.
  5. Je nach Geschmack kannst du die Hermetosphäre mit Dekoration versehen.
  6. Wenn die Glaswände beim Bepflanzen verschmutzt worden sind, kannst du sie mit der Ballbrause abspülen. Wenn sich dabei zu viel Wasser im Gefäss sammelt, lasse es einige Tage offen stehen, bis das überflüssige Wasser verdunstet ist.
    Ulf Soltaus Faustregel: Die richtige Wassermenge ist erreicht, wenn das Substrat nass, aber kein Wasser am Gefässboden sichtbar ist!

    Da ich Substrat und Pflanzen nass eingebracht habe und die Wände sauber blieben, musste ich weder Wasser zugeben noch verdunsten lassen.

  7. Setze die Zersetzer ein: Ich habe einige weisse Asseln mitsamt etwas von ihrem Zucht-Substrat (in welchem sie geliefert wurden) auf einem langen Löffel gesammelt und auf dem Boden meiner Hermetosphäre platziert. Die Tierchen verkriechen sich zudem gerne unter Rindenstückchen, die dann mitsamt der Asseln in die Hermetosphäre gelegt werden können. Ich habe die Asseln übrigens problemlos erst einige Tage nach dem Einrichten der Bepflanzung eingesetzt.
  8. Wenn alles beisammen ist und der Wassergehalt stimmt, schliesse das Gefäss und stelle es an einem möglichst hellen Ort auf. Direkte Sonneneinstrahlung ist aber unbedingt zu vermeiden, da die Sonne die Hermetosphäre innerhalb weniger Minuten stark aufheizt!

Hermetosphäre ganz

Pflege einer Hermetosphäre

Die kleine Welt in der Hermetosphäre ist erhält sich weitestgehend selbst: Wasser und Nährstoffe werden in geschlossenen Kreisläufen herumgereicht. Die Bevölkerung mit Zersetzern passt sich dabei der Gefässgrösse und dem Nahrungsangebot an.

Es ist jedoch nicht ungewöhnlich, dass gleich am Anfang einzelne Blätter absterben. Diese kammst du dann mit der Pinzette entfernen, um eine Belastung durch organischen Abfall gering zu halten.

Eine Hermetosphäre muss daher weder gegossen noch gefüttert oder gar gedüngt werden. Da sich jedoch unweigerlich Kondenswasser an den Glaswänden niederschlagen wird (vornehmlich an den kühleren, oft einem Fenster zugewandten Seiten), solltest du das Gefäss regelmässig drehen. So bekommen die Pflanzen gleichmässig von allen Seiten Licht, und Algenbildung an immer feuchten Wänden kann vorgebeugt werden. Zusätzlich kannst du die Wände jederzeit mit dem Magnet-Scheibenwischer reinigen.

Darüber hinaus kannst du deine Stoffkreisläufe im Glas nun einfach bestaunen und die Entwicklung der Hermetosphäre beobachten. Einzig etwa einmal im Jahr solltest du den Wassergehalt zu überprüfen und gegebenenfalls nachfüllen. Denn Wassermoleküle sind so winzig, dass sie früher oder später durch jede noch so kleine Ritze entweichen können.

 

Fazit

Meine Pflanzen fühlen sich nach 5 Tagen in der Hermetosphäre noch sichtlich wohl. Ich hoffe nun sehr, dass mir die Alocasia (die ich eigentlich sehr viel grösser kenne) nicht über den Kopf wachsen wird (sollte sie dank begrenztem Stickstoff-Vorrat eigentlich nicht können). Falls doch, werde ich mich irgendwann nach einem grösseren Glas umsehen müssen…

Die weissen Asseln zeigen sich seit dem Einsetzen nicht mehr. Das ist jedoch kein Wunder, sind sie doch nur im Dunkeln richtig aktiv. Es scheint mir aber, sie machen an einigen angeschlagenen Blatträndern der Fittonia durchaus ihren Job.

Ich bin nun sehr gespannt, wie diese Welt im Glas sich entwickeln wird. Wenn es Neues gibt, werde ich hier ein “Update” hinterlassen. Und ich bin sicher, dass diese erste Hermetosphäre nicht meine Einzige bleiben wird!

Und habt ihr auch schon einmal eine Hermetosphäre angelegt? Oder habt ihr es vor? Welche Erfahrungen habt ihr gemacht?

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

Diese Geschichte füllt das Türchen Nr. 21 im Blog-Adventskalender im meinbloggerforum.de!

Morgen kommt der Weihnachtsmann….Okay. Eigentlich ist es erst in 3 Tagen soweit. Aber mir ist der Weihnachtsmann letzte Woche schon über den Weg gelaufen…in ungewöhnlich kleiner Gestalt:

Kinesin animiert

Da spaziert doch tatsächlich ein Molekül(!) in aller Ruhe einen mikroskopischen Schlauch entlang – und schleppt einen Riesensack voller Geschenke hinter sich her! Und die Diskussionen, worum es sich bei diesem Weihnachtsmann a miniature wirklich handelt, schlagen im weltweiten Netz hohe Wellen.

In mir hat der Anblick (und ich konnte mich kaum mehr davon losreissen) vor allem wachgerufen, weshalb ich im Laufe meiner Studienzeit der Biochemie verfallen bin: Die vielfältigen und zuweilen schier unglaublichen Funktionsmöglichkeiten von Biomolekülen sind einfach atemberaubend. Beflügelt von solchen Erinnerungen war dieser kleine Weihnachtsmann nach einem eingehenden Blick ins Biochemie-Buch [1] auch schnell identifiziert:

 

Die Identität des molekularen Weihnachtsmanns

Bei dem spazierenden lachsfarbenen Gebilde handelt es sich um ein sogenanntes Motorprotein namens Kinesin, also eine lange Kette aneinander gebundener Aminosäuren, die zu einer ganz bestimmten Form zusammengelegt, -gezwirbelt und -geknäuelt ist – etwa wie ein Luftballon-Tier, das aus einem schlauchförmigen Ballon geknotet wird. Streng genommen besteht das Kinesin sogar aus zwei solcher Ketten, die miteinander verdrillt sind (wenn man den langen, aufrechten Schaft genau ansieht, kann man die zwei Stränge einer Doppelspirale erkennen).

Ein Kinesin-Molekül ist natürlich nicht lachsfarben. Vielmehr zeigt die Animation ein Modell, das sich bestmöglich von seinem grünen Hintergrund abheben soll. Die Gestalter der Animation haben die Farben also bewusst komplementär gewählt…und dabei zufällig eine weihnachtliche Ader bewiesen.

Die hellgrüne “Strasse”, die das Kinesin entlangschreitet, ist ein Mikrotubulus, eine aus zahllosen Exemplaren des Proteins Tubulin zusammengesetzte molekulare Röhre. Die einzelnen rundlichen Tubuline, die sich wie Pflastersteine aneinanderreihen, sind in der Animation gut zu erkennen. Das Kinesin und seine Mikrotubulus-Strasse sind so geschaffen, dass dieses Motor-Protein nur vom Zellinneren in Richtung Zell-Aussenhaut laufen kann.

Nur so kann sich Kinesin nämlich als anständiger Weihnachtsmann betätigen: Es transportiert seinen Sack voller Geschenke, die in den Organellen im Zellinneren hergestellt worden sind, stets zur äusseren Zellmembran, wo sie hinausgeschafft und auf ihre weitere Reise zu ihren hoch erfreuten Empfängern geschickt werden können.

Der Geschenke-Sack wird in dieser Animation als grosse Kugel aus wogenden, dunkelgrünen Stoppeln dargestellt. Es handelt sich um eine geschlossene Blase (die Zellbiologen sagen Vesikel) aus Zellmembran, die sich ihrerseits aus unzähligen Molekülen, den Membranlipiden, zusammensetzt. Jedes dunkelgrüne Härchen ist ein solches längliches Lipid-Molekül. Und wie es sich für eine anständige Zellmembran gehört, stecken zwischen all den Lipiden ab und zu lachsfarben dargestellte Membran-Proteine, die der Membran zur Durchlässigkeit für Nährstoffe und Signale verleihen.

Das eigentlich faszinierende an dieser Darstellung ist in meinen jedoch das ständige Wogen der Moleküle. Denn anders als all die starren Zeichnungen in Biologie- und Biochemie-Büchern vermuten lassen, ist eine Zellmembran alles andere als ein starres Gebilde. Stattdessen sind ihre Bausteine ständig in Bewegung, was die Bestandteile einer Zelle zu einer ziemlich dynamischen, geradezu fliessenden Gemeinschaft macht.

Dass der gewaltige, mit Molekülen vollgepackte Sack irgendwie hinter dem Kinesin her zu schweben scheint, ist all den Kleinstmolekülen in seiner Umgebung zu verdanken, die die Animation nicht zeigt. Die meisten dieser Kleinstmoleküle sind Wasser-Moleküle, dazu kommen Ionen und verschiedene allgegenwärtige Verbindungen, die den scheinbar leeren Raum im Bild vollkommen ausfüllen. Was immer sich in der Zelle bewegt, schwimmt praktisch durch ihr Innenleben. Und wer schon einmal im Schwimmbad war weiss, wie sehr der Auftrieb der Schwerkraft entgegenwirken kann.

 

Wie kann ein Molekül laufen?!

Der Spaziergang des Kinesins auf seinem Mikrotubulus wirkt wohl deshalb so geheimnisvoll, weil die Animation nicht zeigt, wie es seinen Treibstoff erhält. Denn jeder Motor, auch ein molekularer, braucht nunmal seinen Treibstoff, sonst bewegt sich gar nichts. Und der Treibstoff für laufende Moleküle ist chemische Energie, die in lebenden Zellen in dem energiereichen Molekül Adenosintriphosphat (kurz ATP) gespeichert und transportiert wird.

Jeder “Fuss” des Kinesins hat deshalb eine Bindestelle für ATP. Vor Beginn seiner Arbeit sind an diesen Bindungsstellen “entleerte” Versionen des ATPs, genannt Adenosindiphosphat (ADP) gebunden. Ein gebundenes ADP sorgt dafür, dass der Fuss eines frei schwimmenden Kinesin-Moleküls, sobald er in die Nähe eines Mikrotubulus’ gerät, locker daran haften bleibt – ähnlich wie ein Magnetstiefel, mit welchen Star-Trek-Helden bei Schwerelosigkeit über die Aussenhülle ihres Raumschiffes stapfen können. Sobald das geschieht, kann das ADP aus der Bindungsstelle entfernt und durch ein frisches, energiereiches ATP ersetzt werden.

Die Bindung des ATP sorgt für zwei Dinge: Zum Einen wird die Haftung des bereits platzierten Fusses am Mikrotubulus verstärkt. Zum Anderen geht mit dem Austausch von ADP gegen ATP eine Verschiebung der Position der einzelnen Molekülgruppen des Proteins einher. Dies ist möglich, weil einzelne Atomgruppen stets um chemische Bindungen herum gedreht werden können (wer schon einmal ein Molekülmodell zum Zusammenstecken in der Hand hatte: Die Drehbarkeit der Bauelemente um die Bindungsachsen ist in der Regel realistisch!).

Im Fall des Kinesins besteht die Positionsverschiebung darin, dass das zunächst nach vorn abgespreizte Beinchen des Proteins, “neck linker” genannt, eng an den zugehörigen Fuss angelegt wird. Da der Fuss jedoch fest am Mikrotubulus verankert ist, zieht das Molekül nicht etwa den Fuss zurück, sondern das Molekül wird unweigerlich an den Fuss gezogen. Der zweite, immernoch mit ADP bestückte Fuss wird durch diese Bewegung nach vorn geschleudert und trifft dort, von seinem eigenen neck linker dirigiert, am Mikrotubulus Halt.

Während der zweite Fuss am Mikrotubulus Halt findet, wird das ATP am ersten Fuss gespalten, wobei ADP und ein Phosphat-Anion (das Anion der aus der anorganischen Chemie bekannten Phosporsäure, oft mit dem Kürzel Pa oder Pi (für “anorganisch” bzw. “inorganic”) bezeichnet) entstehen. Mit der Abgabe des Phosphat-Anions löst sich der erste Fuss samt ADP vom Mikrotubulus, während das ADP im zweiten Fuss gegen ATP ausgetauscht wird, welches dessen Bindung festigt und den nächsten Schritt antreibt.

Eine schematische Animation dieser Schrittfolge mitsamt dem dafür nötigen Treibstoff gibt es als Beiwerk zu einem grossen Lehrbuch über Zellbiologie [2]:

 

 

Die Koordination der beiden Haft-Füsse ist dabei präzise genug, dass ein Kinesin-Molekül im Mittel etwa 100 Schritte schafft, bevor beide Füsse einmal gleichzeitig die Bodenhaftung verlieren und das Protein samt seiner Last von seinem Mikrotubulus abdriften kann.

 

Wie schnell läuft dieser Weihnachtsmann?

Entsprechend seiner Dimensionen – der kleine Weihnachtsmann misst wie er da läuft etwa 50 Nanometer (Milliardstel Meter!) an Höhe [2] – beträgt die Schrittweite des Kinesins im Mittel rund 8 Nanometer[1]. Zum Vergleich: die Wellenlänge von sichtbarem Licht beträgt 390 bis 780 Nanometer, der Durchmesser eines Atoms in einem organischen Molekül wie diesem liegt in der Grössenordnung von 0,1 Nanometern.

Die Physik schreibt vor, dass man Dinge, die kleiner sind als die Wellenlänge des Lichts, auf herkömmliche Weise nicht sehen kann. Trotzdem können Wissenschaftler Kinesin und andere Proteine direkt beobachten. Dazu verwenden sie entweder ein Elektronenmikroskop (die Wellenlänge von Elektronen ist wesentlich kürzer als die des Lichts und kann somit wesentlich kleinere Dinge sichtbar machen!), wofür die Proteine allerdings “eingefroren” werden müssen, oder sie beobachten den Geschenke-Sack, der sehr viel grösser ist als der eigentliche molekulare Weihnachtsmann.

Mit der zweiten Methode kann man denn auch zuschauen, wie Membran-Säcke oder andere Lasten mit Hilfe von Kinesin einen Mikrotubulus entlang wandern. Eifrige Protokollanten haben dabei festgehalten, dass ein Kinesin-Molekül im Mittel rund 640 Nanometer in der Sekunde ablaufen kann – das entspricht einer Wellenlänge von orangem Licht oder über 6000 Atomen.

Allerdings ist der Schritt des molekularen Weihnachtsmannes längst nicht so stetig und erhaben wie in der Animation dargestellt. Vielmehr gleicht der Gang des Kinesins einem unsteten Schaufensterbummel: Immer wieder bleibt es für willkürliche Zeitspannen stehen oder gerät gar ins Hinken, wenn seine Füsse und “neck linker” nicht vollkommen symmetrisch gebaut sind. Wenn man die Strecke, die ein Kinesin-Molekül abläuft, also über der dafür benötigten Zeit in ein Diagramm einträgt, erhält man an Stelle einer schönen Gerade, wie die Animation sie vorgibt, einen treppenartigen Kurvenverlauf (in der englischen Ausgabe von Scienceblogs finden sich solche Original-Diagramme in einem detaillierten Beitrag zur Bewegungsgeschwindigkeit des Kinesins ).

Dieser unstete Gang rührt daher, dass für jeden Schritt ein ATP-Molekül mit einem Fuss des Kinesins reagieren muss. Und es obliegt allein der Wahrscheinlichkeitsrechnung, in welchen Zeitabständen eines der ATP-Moleküle, die frei in der Zelle herumschwimmen, direkt am Fuss vorbeikommt und reagieren kann. Wie bei allen chemischen Prozessen können deshalb selbst die fleissigsten Beobachter nur im Mittel angeben, wie schnell eine Reaktion wie der Gang des Kinesins abläuft.

 

Was für Geschenke bringt der molekulare Weihnachtsmann?

“Sieht so das Glück aus?” titelt die Süddeutsche Zeitung in ihrem Beitrag zur Animation, in dessen Rahmen der kleine Weihnachtsmann mir auf Facebook erstmals begegnet ist. Der Titel spielt auf Endorphine als möglichen Inhalt des Membran-Sacks an, also molekulare Wohlfühl-Boten, die als körpereigene Opioide auf das Nervensystem wirken. Und zumindest dieser Teil der ursprünglich auf Twitter verbreiteten Bildbeschreibung ist nicht falsch.

Endorphine sind nämlich sogenannte Neuropeptide, das heisst “Miniatur-Proteine”, deren Ketten nur wenige Dutzend Aminosäuren lang sind und als Signalstoffe an Rezeptoren von Nervenzellen binnen können. Solch kleine Peptide sind zu kurz, als dass sie direkt nach ihrer Herstellung direkt mit einem Adress-Schild “nach draussen” versehen werden könnten. Deshalb werden sie in der Zelle gemeinsam mit anderen Peptiden in einer gemeinsamen, längeren Kette hergestellt, adressiert und in Membran-Blasen verpackt.

Während der Kinesin-Weihnachtsmann seinen vollen Sack der Zell-Aussenmembran entgegenschleppt, können mit im Sack eingesperrte fleissige Weihnachtselfen-Enzyme die langen Protein-Ketten in Endorphine und andere kurze Peptide zerschneiden. Am Ziel angekommen wird der Membran-Sack schliesslich in die Zellmembran eingefügt, wobei der Inhalt ausserhalb der Zelle “ausgekippt” wird.

Es ist also durchaus möglich, dass der animierte molekulare Weihnachtsmann genau das tut, was ein anständiger Weihnachtsmann tun sollte: Geschenke bringen, die glücklich machen.

Ebenso gut könnte er andere Neurotransmitter oder Hormone durch seine Zelle schleppen, oder Bausteine, die zur Zellteilung benötigt werden, an ihren Bestimmungsort bringen – je nachdem, in welchen Zusammenhang man das Bild einfügt.

Warum handelt es sich tatsächlich um Kinesin?

In dem Animationsvideo, aus welchem das Bild des molekularen Weihnachtsmanns stammt, wird erläutert, dass es sich um ein Motor-Protein handelt, das sich an Mikrotubuli entlang bewegt.

Doch wo es einen Weihnachtsmann gibt, ist auch der Grinch nicht weit. Das gilt auch für das Innenleben menschlicher Zellen. Der zelluläre Grinch ist ebenfalls ein Motor-Protein. Er heisst Dynein und schleppt seine Geschenke-Säcke in die dem Kinesin entgegengesetzte Richtung die Mikrotubuli entlang: Vom Zelläusseren nach innen. Zu erkennen ist dieses Protein an seiner gedrungenen Gestalt ohne den langen “Schaft” des Kinesins.

Das in dem ursprünglichen Tweet, welcher zum Beitrag in der Süddeutschen Zeitung führte, erwähnte Myosin ist zwar besser als Muskelbestandteil und -motor bekannt, kommt in einer Variante aber auch zum Lastentransport zum Einsatz. Anders als Kinesin und Dynein bewegen sich diese Myosin-Moleküle jedoch an Aktin-Filamenten entlang, feinen Fasern aus dem Protein Aktin. Im Gegensatz zu Mikrotubuli mit einem Aussendurchmesser von 30 Nanometern sind Aktin-Filamente mit nur 5 Nanometern im Durchmesser wesentlich schmaler[1]. Dafür hat das Myosin-Molekül merklich grössere Füsse als Kinesin [2], sodass die Grössenverhältnisse in einer Animation von Myosin auf Aktin deutlich anders ausfallen müssten als beim gezeigten Kinesin auf einem Mikrotubulus, der tatsächlich etwa halb so dick scheint, wie unser Weihnachtsmann hoch ist.

Alle drei Motor-Proteine spielen tragende Rollen in einem Video aus dem Hoogenraad Lab der Universität Utrecht (in Englisch), in welchem ein Kinesin-Molekül namens “John” seinen molekularen Geschenkesack ganz im Sinne eines guten Modells durch die Strassen von Utrecht schleift. Auf seinem Weg treten auch der “Grinch” Dynein und Myosin-Moleküle in Erscheinung. Letztere sind für den Last-Transport auf Aktinfilamenten zuständig, die wie Seitengassen von Mikrotubuli abzweigen:

 

 

Zum guten Schluss gibt es den Weihnachtsmann noch einmal musikalisch und in grösserem Zusammenhang:

Lasst euch von den Wundern des Lebens verzaubern und denkt an die kleinen Weihnachtsmänner in euren Zellen, wenn ihr die kommenden Feiertage geniesst. Ohne ihre Geschenke würden wir uns längst nicht so wohl fühlen!

 

Und ist euch der molekulare Weihnachtsmann auch schon begegnet?

 

Literatur: 

[1] J.M. Berg, John L.Tymoczko, L.Stryer: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, Berlin 2003

[2] B.Alberts, A.Johnson, J.Lewis, M.Raff, K.Roberts, P.Walter: Molekularbiologie der Zelle. Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim 2004