Laserlicht in der Halbleiterfalle

Licht für einen nennenswerten Zeitraum zu speichern ist eine schwierige Aufgabe, da sich Lichtwellen immer weiter ausbreiten. So benötigt man etwa 300 Meter Glasfaserkabel, um ein optisches Signal um eine Mikrosekunde zu verzögern. Achim Wixforth von der Ludwig-Maximilians-Universität in München und seinen Kollegen ist es nun gelungen, Photonen für bis zu 35 Mikrosekunden zu speichern. Die Photonen werden dabei nicht direkt, sondern in Form von Elektron-Loch-Paaren aufbewahrt. Zunächst werden diese Paare durch Einstrahlung von Licht auf ein spezielles Halbleiterbauteil erzeugt. Löcher stellen dabei die Bereiche dar, in denen ein Photon ein Elektron herausgeschlagen hat, und können als Träger positiver Ladung angesehen werden. Normalerweise würden Elektronen und Löcher sehr schnell innerhalb ihrer natürlichen Lebenszeit rekombinieren und dabei das Photon wieder freisetzen. Durch spezielle ineinandergreifende Elektrodengatter (Bild) lassen sich die Leitungseigenschaften des Halbleiters jedoch so verändern, daß Elektronen und Löcher räumlich getrennt werden, bevor sie sich wieder vereinigen können. Sie sammeln sich dann jeweils innerhalb sogenannter Quantentöpfe in ihrem energetischen Minimum und lassen sich dort für vergleichsweise lange Zeit speichern. Sobald die Spannung an den Elektroden entfernt wird, können sich die Ladungsträger wieder frei bewegen. Treffen sie dann zusammen, rekombinieren sie, und das vorher eingestrahlte Photon wird in einem Lichtblitz wieder freigesetzt. Wixforth ist optimistisch, daß auch Speicherzeiten von bis zu einer Millisekunde erreicht werden könnten. Dies wäre ein weiterer wichtiger Schritt in Richtung eines optischen Computers. (Science, Bd. 283, S. 1292)

Leuchtende Saugnäpfe

Biolumineszenz ist ein häufiges Phänomen bei Tiefseeorganismen. Bisher ließ sich jedoch kein Einblick in die evolutionäre Geschichte leuchtender Organe erhalten, weil keinerlei fossile Zeugnisse von ihnen existieren. Deswegen sind lumineszierende Gewebe, die Spuren früherer Funktionen aufweisen, von besonderem Interesse. Wissenschaftler der Harbor Branch Oceanographic Institution in Florida haben nun bei einem Oktopus (Stauroteuthis syrtensis) leuchtende Organe entdeckt, die sich sehr wahrscheinlich aus Saugnäpfen entwickelt haben. Ihre Morphologie entspricht größtenteils der von typischen Oktopodensaugnäpfen; lediglich die Muskulatur ist stark reduziert und durch lichtproduzierende Zellen (Photocyten) ersetzt. Die maximale Wellenlänge des emittierten blau-grünen Lichts liegt bei etwa 470 Nanometern, was fast genau derjenigen Wellenlänge entspricht, die sich am besten im Wasser ausbreitet: 475 Nanometer. S. syrtensis verwendet die modifizierten Saugnäpfe sehr wahrscheinlich zur Kommunikation und zum Anlocken von Beute. (Nature, Bd. 398, S. 113)

Neolithische „Gentechnik“

Die ersten jungsteinzeitlichen Bauern haben einen Zeitraum von nur wenigen Jahrhunderten benötigt, um Kulturmais zu züchten. Das ermittelten John Doebley und seine Kollegen von der Universität von Minnesota in St. Paul durch genetischen Vergleich zwischen Mais und seinem natürlichen Vorgänger, dem mexikanischen Wildgras Teosinte. Zwar unterscheiden sich diese beiden Pflanzen äußerlich sehr deutlich voneinander – insbesondere trägt die Teosinte dort, wo beim Kulturmais achselständige Kolben sitzen, Seitenzweige mit männlichen Rispen –, die genetischen Unterschiede betreffen jedoch hauptsächlich fünf Bereiche in der Erbsubstanz. Eine dieser Regionen codiert für ein Gen namens teosinte branched1 (tb1), das bei Mais für die Verkürzung der Zweige und die Ausbildung von Kolben sorgt. Überraschenderweise wies nur die Steuerregion von tb1 eine geringe genetische Vielfalt auf – war also von der Züchtung stark beeinflußt. Dagegen existierte für den proteincodierenden Teil beim Mais eine ähnlich große Anzahl von Genvarianten wie bei der Teosinte. Die Wissenschaftler führen dies auf eine hohe Rekombinationsrate beim Mais zurück. Aus Schätzwerten darüber läßt sich schließen, wie lange der Züchtungsprozeß ungefähr gedauert hat – nach Doebley und seinem Team einige hundert Jahre, wesentlich weniger als bisher angenommen. (Nature, Bd. 398, S. 236)

Der große Einschlag

Der Mond besitzt im Vergleich zur Erde einen relativ kleinen Kern. Das unterstreichen Analysen neuer Daten der NASA-Mondsonde Lunar Prospector. Nach gravimetrischen Messungen liegt der Radius des Mondkerns zwischen 220 und 450 Kilometern. Unabhängig davon vorgenommene magnetische Messungen stehen im Einklang mit diesem Resultat und liefern einen Wert zwischen 300 und 425 Kilometern. Das berichteten Wissenschaftler um Alan Binder, den Forschungsleiter der Lunar Prospector-Mission, auf der 30. Lunar and Planetary Science Conference in Houston (Texas). Die Daten stützen die Theorie, daß Materie beim Aufprall eines etwa marsgroßen Körpers aus der Erde herausgerissen wurde und später den Mond bildete. Ähnlichkeiten in der mineralischen Zusammensetzung deuteten bereits darauf hin, daß Mond und Erde einen gemeinsamen Ursprung haben müssen. Der im Verhältnis zur Erde wesentlich kleinere Eisenkern läßt darauf schließen, daß der große Knall nach der Ausbildung des Erdkerns stattgefunden hat.

Die somit hauptsächlich aus eisenarmem Material bestehenden Trümmer bildeten eine Scheibe, aus der sich schließlich der Mond formte. Für diese Theorie spricht auch, daß sie die Rotationsgeschwindigkeit des Systems Erde-Mond am besten zu erklären vermag. (Science, Bd. 283, S. 1861)

Größtes assyrisches Privatarchiv entdeckt

Tübinger und Berliner Wissenschaftler um Wolfgang Röllig haben bei ihrer letzten Grabungskampagne in Nordost-Syrien das bisher größte in Keilschrift geschriebene Privatarchiv aus dem 7. Jahrhundert vor Christus gefunden. Die 550 Tontafeln des Archivs und weitere 40 Texte in aramäischer Sprache wurden in den ehemaligen Repräsentationsräumen eines palastartigen Gebäudes entdeckt. Schon seit 20 Jahren graben Wissenschaftler der Universität Tübingen und der Freien Universität Berlin am Unterlauf des Flusses Chabur. Dort befinden sich die Überreste der ehemaligen assyrischen Stadt Dur-Katlimnu (heute Tall Schech Hamad), die aus einem Zitadellenhügel und einer Unterstadt von rund 110 Hektar bestand. Der neue Fund konnte als Privatarchiv des Würdenträgers Schulmi-scharri identifiziert werden, der Geschäftsmann und Mitglied der Leibwache des Königs Assurbanipal (669–629 vor Christus) war. Die Keilschrifttexte dokumentieren größtenteils geschäftliche Transaktionen wie etwa den Kauf und Verkauf von Immobilien, Wirtschaftsgütern und Sklaven. Bei den aramäischen Schriftstücken handelt es sich um gesiegelte Kurzfassungen von Urkunden geschäftlicher Art, die wahrscheinlich auf Papyrus und Leder geschrieben worden waren.

Wann zerbricht Afrika?

Erstmals konnte ein quantitativer Nachweis dafür erbracht werden, daß der afrikanische Kontinent entlang des Ostafrikanischen Grabenbruchs auseinanderdriftet. Bislang stützten sich Vermutungen über eine solche tektonische Bewegung nur auf die seismische Aktivität einer ungefähr 4000 Kilometer langen Zone, die von Dschibuti bis nach Mosambik reicht. Die Geowissenschaftler Dezhi Chu und Richard G. Gordon von der Rice University in Houston (Texas) untersuchten die magnetischen Anomalien an 59 verschiedenen Stellen am Grund des Indischen Ozeans. Diese Anomalien werden dem austretenden Magma beim Erkalten durch das Erdmagnetfeld aufgeprägt, dessen Richtung sich in gewissen Zeitabständen umkehrt. Dabei bildet sich langfristig ein Streifenmuster am Meeresboden aus, dessen Datierung dazu dienen kann, die Geschwindigkeit der Plattenbewegung abzuschätzen. Die Untersuchungen der amerikanischen Wissenschaftler ergaben, daß die nubische und die somalische Platte nicht nur auseinanderdriften, sondern auch um einen gemeinsamen Angelpunkt rotieren. Dies erklärt, warum sich beide im Indischen Ozean, südlich des Drehpunktes, ineinanderschieben. Für Afrika liegt die errechnete Spaltungsrate bei etwa sechs Millimetern pro Jahr. Demnach könnte sich in etwa zehn Millionen Jahren in Ostafrika ein Meer von der Größe des Roten Meeres auftun. (Nature, Bd. 398, S. 64)

Ameisen als Giftspender

Mittelamerikanische Farbfrösche (im Bild: Dendrobates pumilio) bilden ihre hochgiftigen Sekrete anscheinend nicht selbst, sondern beziehen sie von Ameisen. Dies fanden Forscher aus Bethesda (Maryland) heraus. Die Frösche, die auch für ihre hochentwickelte Brutpflege bekannt sind, nehmen die Toxine mit der Nahrung auf und verändern sie chemisch nur leicht. Das ergab der Vergleich der von Fröschen gebildeten Gifte mit einem Alkaloid, das in Feuerameisen der Art Solenopsis azteca vorkommt. Die große Ähnlichkeit schließt eine zufällige Übereinstimmung aus, zumal das zu den Decahydrochinolinen zählende Gift von in Gefangenschaft lebenden Farbfröschen nicht mehr abgesondert wird. Indianer verwenden die Sekrete der Farbfrösche für die Jagd. (Chemical and Engineering News, 6/99, S. 9)


Aus: Spektrum der Wissenschaft 5 / 1999, Seite 32
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