Erhellend. Leibniz-Journal. Licht strahlt überall in unserem Leben 2/2015. Biophotonik. Umwelt Mut zur Dunkelheit. Forscherkarriere.

Transkript

1 2/2015 Umwelt Mut zur Dunkelheit Biophotonik Optische Bakterien-Killer Leibniz-Journal Byzanz Mystisches Leuchten Forscherkarriere Chance oder Ausbeutung? Das Magazin der Leibniz-Gemeinschaft Erhellend Licht strahlt überall in unserem Leben G 49121

2 Freier Wille braucht Freiwillige. Freiwillige.5 Die taz ist einzigartig in der deutschen Zeitungslandschaft: konzernunabhängig, getragen von der taz Genossenschaft und auf taz.de kostenlos zugänglich. Für alle. Diese Idee von Journalismus funktioniert aber nur, wenn viele an ihr teilhaben. Als AbonnentIn lesen Sie also nicht nur eine besondere Zeitung Sie werden ein Teil davon. Wochen taz für 10 Euro taz.de/5wochen Testen Sie die taz: T (030)

3 LEIBNIZ INHALT 40 SPEKTRUM Wissenschaftszeitverträge in der Diskussion 10 THEMENSCHWERPUNKT: LICHT Die Sonne ist Taktgeber und Energiequelle allen Lebens. Künstliches Licht kann diesen Takt stören, ist aber auch vielversprechendes Instrument in Medizin, Nahrungsmittelproduktion und Chemie. AUSSTELLUNGEN Willkommen im Anthropozän 46 4 KURZ & FORSCH 9 NUR SO EIN VORSCHLAG...von Leibniz-Präsident Matthias Kleiner 10 TITEL: LICHT 10 Astronomie: Das erste Licht im Universum 12 Ruhelos: Lichtermeer statt Sternenhimmel 15 Franz Hölker: Die Nacht mitdenken 16 Technik: Doping für Pflanzen 22 Porträt: Forscherin mit Tunnelblick auf Elektronen 25 Sonnenphysik: Unser Stern im Visier 26 Photochemie: Hell statt heiß 28 Archäologie: Mystik des Lichts 32 Energie: Förderwürdige Photovoltaik? 36 Biophotonik: Antibiotisches Licht 39 IMPRESSUM 40 SPEKTRUM 40 Streitgespräch: Forscherkarriere zwischen Ausbeutung und Chance 44 Wirtschaftswissenschaften: Mit Daten Geschichten erzählen 46 AUSSTELLUNGEN 48 LEIBNIZ LIFE 49 Leibniz-Liste 50 Verlosung 51 LEIBNIZ LEKTÜRE 52 LEIBNIZ LEUTE 2/2015 Fotos: Sven Döring/IPHT (Titel); EnergieAgentur.NRW; Oliver Lang (2); Daily Overview/Digital Globe Liebe Leserin, lieber Leser, Fiat lux! heißt es gleich zu Beginn der biblischen Schöpfungsgeschichte. Schon vor tausenden Jahren war den Menschen klar, welche zentrale Rolle das Licht für unser Leben spielt. In fast allen Religionen und Kulturen hat das Licht deshalb auch eine spirituelle Bedeutung. Heute wissen wir, dass Licht nicht nur die Quelle des biologischen Lebens ist, sondern auch alternative Energiequelle, zivilisatorische Errungenschaft oder medizinisches Hilfsmittel. Aber wir erkennen inzwischen auch, dass zu viel Licht zur falschen Zeit negative Auswirkungen auf Mensch und Umwelt hat. Alle diese Aspekte beleuchtet das Leibniz-Journal im Themenschwerpunkt im Internationalen Jahr des Lichts. ab Seite 10 Heiß diskutiert werden zurzeit die Arbeitsbedingungen von Nachwuchswissenschaftlerinnen und wissenschaftlern. Sind befristete Verträge Ausbeutung der jungen Forscher oder unverzichtbarer Teil einer wissenschaftlichen Karriere? Darüber sprechen ein Politiker, ein Institutsdirektor und Vertreter von Nachwuchswissenschaftlern. Seite 40 Dass Wissenschaft ins Licht der Scheinwerfer gehört, um nicht nur sichtbar zu werden, sondern sich auch wirksam in gesellschaftliche Entwicklungen einbringen zu können, dafür plädiert Leibniz-Präsident Matthias Kleiner in seiner Kolumne Nur so ein Vorschlag Seite 9 In diesem Sinne eine erhellende Lektüre! Christoph Herbort-von Loeper Redakteur 2/2015 3

4 Tiger im CT Das Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (IZW) hat Neuland betreten: Mit seinem im März erworbenen, weltweit modernsten Computertomographen (CT) in der veterinärmedizinischen Forschung kann das IZW nun bewegte Organe von Tigern, Pandas und Co. in bisher nicht erreichter Auflösung darstellen. Das CT erzeugt in einer Rotation um den tierischen Patienten 640 Schichtbilder und erfasst einen Bereich von 16 cm in nur 35 Millisekunden. Damit können neue wissenschaftliche Untersuchungsgebiete erschlossen werden. Finanziert wurde das Gerät durch ein neues Leasingmodell mit der Herstellerfirma Toshiba. Das Rätsel der Rapa Nui Was führte zum oft beschriebenen Kollaps der hoch entwickelten Gesellschaft auf der Osterinsel im Südostpazifik? Forscher des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenökologie in Bremen haben mit einem neuen mathematischen Modell herausgefunden, dass sich der Niedergang der Rapa Nui weitaus länger hinzog, als bisher angenommen. Damit testeten sie verschiedene Theorien über den zeitlichen Verlauf der Abholzung und der Bevölkerungsentwicklung erstmals anhand objektiver Daten. So datierten sie etwa die Rückstände des verschwundenen Palmenwaldes mit der Radiokarbonmethode. Die Ureinwohner der Insel scheinen demnach über lange Zeit in der Lage gewesen zu sein, sich an die zunehmende Verkleinerung des Waldes anzupassen und ihre Ressourcen gut zu bewirtschaften. Erst ein Zusammenspiel von Ausbeutung natürlicher Ressourcen, Dezimierung durch Krankheiten und Versklavung durch die Europäer kann den Niedergang der Rapa Nui erklären. Frontiers in Ecology and Evolution, DOI: /fevo Virtuelles Training Dass virtuelles Training für Polizisten messbaren Erfolg bringt, haben Psychologen des Leibniz-Instituts für Wissensmedien und Kollegen der Tübinger Universität herausgefunden. Polizisten, die brenzlige Situationen wie Banküberfälle oder Entführungen virtuell am Computer durchspielen, gelingt es demnach besser, ihr Wissen auf neue und unbekannte Situationen zu übertragen und sich in die Per- spektive der anderen Mitglieder des Teams hineinzuversetzen als den Kollegen, die mit Lehrvideos, Texten und Vorträgen auf den Ernstfall vorbereitet wurden. Damit sei virtuelles Training eine gute Möglichkeit, um Situationen, die enge Zusammenarbeit und Kommunikation im Team erfordern und unterschiedliche Perspektiven berücksichtigen müssen, einzuüben, so die Tübinger Forscher. Computers in Human Behavior Volume 43, February 2015 DOI = Digital Object Identifier, ein eindeutiger und dauerhafter Identifikator für digitale Objekte, vor allem für Online-Artikel von wissenschaftlichen Fachzeitschriften verwendet 4 2/2015

5 LEIBNIZ KURZ & FORSCH Fotos: Ralf Günther/IZW; Frank Kehren/Flickr CC BY-NC-ND 2.0; TriCAT; Pixabay; Karin Kiefer/Universität des Saarlandes Migranten: Bessere Löhne in kultureller Vielfalt Das Rheinisch-Westfälische Institut für Wirtschaftsforschung in Essen hat mit Daten des Sozio - oekonomischen Panels errechnet, dass Migranten in Deutschland schlechter in den Arbeitsmarkt integriert sind, wenn sie mit vielen Menschen ihrer eigenen ethnischen Gruppe zusammenleben. Mit jedem zusätzlichen Prozentpunkt des Anteils der entsprechenden Ethnie in einem Wohnviertel nimmt der Bruttolohn des Einzelnen um fast drei Prozent ab. Auch die Beschäftigungswahrscheinlichkeit sinkt um durchschnittlich fünf Prozent. Leben Zuwanderer unterschiedlichen kulturellen PC-Einsatz im Unterricht nur gezielt sinnvoll Der Einsatz von Computern im Schulunterricht bewirkt im Durchschnitt keine besseren Ergebnisse der Schüler in Mathematik und Naturwissenschaften, so das Ergebnis einer neuen Studie des ifo Instituts Leibniz-Institut für Wirtschaftsforschung in München. Allerdings stiegen die Leistungen der untersuchten Schüler, wenn sie den PC zur Ideensuche oder Informationsbeschaffung nutzten. Wurde der Computer im Klassenzimmer jedoch zum Einüben Hintergrunds zusammen, sind hingegen keine Auswirkungen auf Beschäftigungsverhältnisse und Entlohnung zu beobachten. Die Ergebnisse geben Hinweise darauf, dass das Leben in Enklaven ein Grund dafür sein könnte, dass Einwanderer selbst bei gleichem Bildungshintergrund durchschnittlich weniger verdienen als Deutsche ohne Migrationshintergrund. Dieses Wissen sollte künftig auch bei der Gestaltung der Integrationspolitik berücksichtigt werden, fordern die Forscher. Ruhr Economic Papers #536, DOI: / des Erlernten verwandt, sanken die Leistungen. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Einsatz von Computern zu Übungszwecken Unterrichtszeit raubt, die etwa mit traditionellen Lehrmethoden effektiver genutzt worden wäre. Untersucht wurden die Mathematik- und Naturwissenschaftsleistungen von über Viert- und Achtklässlern aus über 50 Ländern im internationalen Schülerleistungstest TIMSS. CESifo Working Paper No Hoffnung für Hautkranke Der Leibniz-Forschungsverbund Wirkstoffe und Biotechnologie hat einen neuen Therapieansatz des Leibniz-Instituts für Molekulare Pharmakologie (FMP) für die seltene Hautkrankheit Ichthyose als Leibniz- Wirkstoff des Jahres 2015 ausgezeichnet. Die Wissenschaftler entwickelten eine Enzymersatztherapie, die es ermöglicht, den Betroffenen das Enzym TG1 zu verabreichen, dessen Mangel häufig Grund für die Krankheit ist. Dazu wurden am FMP Transportvehikel aus Liposomen hergestellt, die das Enzym über die Haut und durch die Zellmembran der Hautzellen befördern und das fehlende Enzym so im Zellinneren verfügbar macht. Menschen mit der sogenannten Fischschuppenkrankheit leiden unter extremer Verdickung der oberen Hautschicht und haben mit Entzündungen und starkem Wasserverlust zu kämpfen. Fasten gegen Diabetes Intervall-Fasten schützt dicke Mäuse vor Diabetes. Das haben Forscher des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung (DIfE) herausgefunden. Die Versuche der Wissenschaftler mit übergewichtigen Mäusen zeigten, dass der zeitweise Verzicht auf Nahrung den Energiestoffwechsel der Muskulatur anregt und die Menge schädlicher Leberfette reduziert. Diese begünstigen eine Insulinresistenz, die Vorstufe von Typ- 2-Diabetes. Die Wissenschaftler nehmen an, dass die durch das Fasten veränderte Eiweißzusammensetzung im Leberfett für diesen günstigen Effekt verantwortlich ist. Biochimica et Biophysica Acta, DOI: /j. bbalip Pflaster fürs Herz Forscher des Leibniz- Instituts für Neue Materialien in Saarbrücken (INM) haben mit Kollegen der Universität des Saarlandes ein Verfahren entwickelt, mit dem sie Herzmuskelzellen auf einer Nanooberfläche nachzüchten können. Dabei gelang es ihnen, die Zellen in die gewünschte Richtung wachsen zu lassen. Nur so können diese sich richtig zusammenziehen und wie gesunde Zellen Blut transportieren. Diese Oberfläche könnte als eine Art Pflaster genutzt werden, um angeborene Herzfehler bei Kindern zu korrigieren, aber auch, um Patienten nach einem Infarkt zu behandeln, bei denen einige körpereigene Herzmuskelzellen abgestorben oder nicht mehr voll einsatzfähig sind. Nanotechnology, DOI: / /25/49/ /2015 5

6 LEIBNIZ KURZ & FORSCH Biodiversitätsverlust: Klimawandel zweitrangig Der Verlust der Biodiversität in Fließgewässern wird stärker durch den Wandel der Landnutzung verursacht als durch den globalen Klimawandel. Das haben Untersuchungen des Forschungsinstituts Senckenberg in Gelnhausen, des Leibniz- Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlin mit chinesischen Kollegen ergeben. Demnach hat die veränderte Landnutzung, wie etwa die Rodung von Wäldern für die Landwirtschaft, die stärksten negativen Folgen auf die Artenvielfalt in Fließgewässern. Der Klimawandel ist eher zweitrangig. Dazu haben die Forscher die Fließgewässer eines gut Quadratkilometer großen Einzugsgebietes in Südchina untersucht und die Artenvielfalt dort in Verbindung mit dem Wandel der Landnutzung für die Zukunft modelliert. Die Ergebnisse der Studie legen nahe, dass die Schutzkonzepte für die in strömenden Gewässern lebenden Organismen angepasst werden sollten. Freshwater Biology, DOI: /fwb Neue Erkenntnisse zu Ebola in Zahlen 3,4 Milliarden Euro Schaden für Privatbürger entstehen in Deutschland pro Jahr durch Internetkriminalität wie Identitätsdiebstahl, Phishing, Onlinebetrug oder Angriffe mit Schadsoftware. Das hat das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung Berlin errechnet. Durchschnittlich fallen pro Jahr mehr als 42 Euro Schaden pro Kopf an. DIW Wochenbericht 12/2015 Mehr als neue Tierarten haben sechs Wissenschaftler der Abteilung Arthropoda (Gliedertiere) am Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig Leibniz- Institut für Biodiversität der Tiere in Bonn in den vergangenen zehn Jahren beschrieben. Die aus aller Welt stammenden Arten umfassen vor allem Maikäfer, Zitterspinnen, Tausendfüßer, Schwebfliegen und Spanner-Schmetterlinge. neue-arten-wissenschaftlichbeschrieben Das in Westafrika grassierende Ebola-Virus verändert sich langsamer als gedacht und auf eine Art, die auf künftige Impfstoffe vermutlich wenig Auswirkungen hat. Das haben Wissenschaftler des vom Bernhard-Nocht-Institut für Tropenmedizin in Hamburg koordinierten EU-Projekts EVIDENT herausgefunden. Die Forscher analysierten Proben von rund 180 Ebola-Patienten, die sie seit dem Ausbruch der bislang größten Ebola-Epidemie in Westafrika während des Einsatzes des European Mobile Laboratory Projects gesammelt haben (vgl. Leibniz-Journal 2/2014). In der Fachzeitschrift Nature präsentierten die Forscher zudem Ergebnisse von Berechnungen, nach denen die Epidemie im Dezember 2013 durch ein einmaliges Übertragen vom Tier auf den Menschen ausgelöst wurde. Nature, DOI: /nature14594 Digital Object Identifier (DOI) für Forschungsdatensätze aus Technik und Naturwissenschaften hat die Technische Informationsbibliothek in Hannover seit 2004 vergeben. Der millionste DOI-Name ging an einen portugiesischen Konferenzbeitrag zur Entstehung verschiedener Wirtschaftszweige im ländlichen Raum ( RG ). DOI-Namen sichern einen eindeutigen und dauerhaften Zugriff auf Forschungsdaten und ermöglichen ihre einfache Zitierbarkeit. dienstleistungen/doi-service/ Fotos: Matthias Gorka/UBA; EC/ECHO; Danil Roudenko/123rf.com 6 2/2015

7 LEIBNIZ KURZ & FORSCH Anzeige Schlafmützen Die kognitive Leistungsfähigkeit von Grundschülern hängt von der Qualität ihres Schlafes ab. Das belegen Befunde des Forschungsprojekts FLUX aus einer erstmals an Grundschulkindern angewandten Untersuchungsme thode. In der Studie des vom Deutschen Institut für Internationale Pädagogische For schung koordinierten Forschungszentrums IDeA erbrachten jene Kinder die besten Leistungen, die gut und so lange wie für sie üblich geschlafen hatten. Denn nicht nur zu wenig, sondern auch zuviel Schlaf kann sich negativ auf die Leistung der Schüler auswirken. Die Studie ergab jedoch auch, dass das Schlafverhalten der Kinder in der Regel von Nacht zu Nacht variiert und so Einfluss auf Leistungen nehmen kann. Diese Erkenntnisse stammen aus einer Untersuchung an 110 Grundschulkindern im Alter von acht bis elf Jahren, deren kognitive Leistung vier Wochen lang mehrmals täglich mittels spielerischer, eigens entwickelter Denkaufgaben ermittelt wurde. Zugleich beantworteten die Schüler Fragen zu relevanten Faktoren wie Stimmung, Motivation und Schlafverhalten. The Journal of Child Psychology and Psychiatry, DOI: /jcpp Weniger Sommerstürme, mehr Hitzewellen Die sinkende Zahl starker Sommerstürme in großen Teilen Europas, der USA und Russlands begünstigt die Dauer und die Intensität von Hitzewellen. Das haben Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung herausgefunden. Aufgrund der mangelnden Sturmaktivität wird im Sommer weniger feuchte und kühle Luft vom Ozean auf die Kontinente transportiert. Wärmeperioden halten länger an. Dass es zu weniger starken Stürmen kommt, hängt mit den steigenden Temperaturen in der Arktis zusammen: Durch die wärmere Luft verringert sich der Temperaturunterschied zwischen der kalten Polarregion und dem wärmeren Rest der Nordhalbkugel. Science (Express), DOI: / science Plasmazellen: vielfältiger als gedacht Wissenschaftler des Deutschen Rheuma- Forschungszentrums Berlin und der Charité haben erstmals eine erstaunliche Vielfalt unterschiedlich ausgereifter Plasmazellpopulationen im menschlichen Knochenmark festgestellt. Diese Erkenntnisse über bisher nicht bekannte Plasmazell- Untergruppen bilden die Grundlage für die Entwicklung innovativer Behandlungsansätze bei Autoimmunerkrankungen. Blood, DOI: / blood Kongress ohne Kompromiss Ihr perfekter Gastgeber: Berlin convention.visitberlin.de Ein perfekter Kongress ist mehr als perfekte Organisation. Mehr als perfekte Räumlichkeit. Mehr als perfekter Service. Zu einem perfekten Kongress gehört auch ein Gastgeber, der sich um den Rahmen kümmert. Berlin, die aufregendste Metropole in Europa, tut das. Ob Kultur, Sport oder Party, Berlin gibt sein Bestes. Als Gastgeber für einen Kongress ohne Kompromiss! convention.visitberlin.de Member of 2/2015 7

8 LEIBNIZ KURZ & FORSCH Rindervirus entdeckt Forscher des Heinrich-Pette-Instituts Leibniz-Institut für Experimentelle Virologie (HPI) in Hamburg haben ein bisher unbekanntes Virus bei Rindern identifiziert. Es ist dem Hepatitis C-Virus genetisch nah verwandt und kann wie dieses chronische Erkrankungen in der Leber auslösen. Gemeinsam mit Kollegen aus Hannover und Hamburg konnten sie den Erreger bei Rindern in Nord- und Süddeutschland finden. Ähnliche Hepaciviren wurden auch in Ghana nachgewiesen. Zur Identifikation des Virus diente den Wissenschaftlern die sogenannte Hochdurchsatz-Sequenzierung, die es ermöglicht, auch bislang unbekannte Infektionserreger durch den Nachweis ihres genetischen Fingerabdrucks aufzuspüren. Bislang gibt es keine Hinweise darauf, dass das Virus auf Menschen übertragbar ist. Nun wird seine Bedeutung für die Gesundheit von Menschen und Tieren erforscht. Journal of Virology, DOI: /JVI und DOI: /JVI Lebensdauer von Nanostrukturen steuern Wissenschaftlern des Leibniz-Instituts für Interaktive Materialien (DWI) ist es gelungen, ein nach außen abgeschlossenes System zu entwickeln, das die Lebensdauer von Nanostrukturen steuert. Mit nur einem Signal kann es den Aufbau von Nanostrukturen, ihre Lebensdauer und ihren Abbau zeitlich bestimmen. Dazu wird durch ein Startsignal eine Base in das wässrige System gegeben, sodass sein ph-wert steigt. Diese Änderung des ph- Werts mobilisiert einen Deaktivator, der den Abbau der Nanostrukturen veranlasst. Abhängig von der chemischen Beschaffenheit dieses Deaktivators kann der Prozess Minuten, Stunden oder auch Tage dauern. Solche Materialien, die sich ohne weiteres Signal selbst auflösen, können etwa als temporäre Datenspeicher oder auch in der Medizin zum Einsatz kommen zum Beispiel um den Blutfluss einer Vene für die Dauer einer Operation zu unterbrechen. Nano Letters, DOI: /nl Pflanzenimmunität Wie bekämpfen Pflanzen Krankheitserreger? Dieser Frage sind Forscher des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie in Halle (IPB) gemeinsam mit Münchener Kollegen auf den Grund gegangen. Sie fanden heraus, dass alle Vertreter der Kreuzblütengewächse ähnlich wie Menschen über einen Rezeptor verfügen, der schädliche Organismen anhand ihrer Oberflächenstruktur erkennt und die Abwehrreaktion der Pflanze initiiert. Die Versuche führten Wissenschaftler des Forschungszentrums Borstel Leibniz- Zentrum für Medizin und Biowissenschaften durch. Nature Immunology, DOI: / ni.3124 Mehr Wiederholer nach Gymnasialreform Seit der Einführung des achtjährigen Gymnasiums (G8) sind die Abiturienten jünger geworden jedoch nicht um 12 Monate, wie die um ein Jahr verkürzte Schulzeit vermuten ließe, sondern nur um 10,3 Monate. Der Grund ist: Mehr Schüler am Gymnasium wiederholen eine Klasse als vor der Reform, vor allem in der Oberstufe. Die Quote der Wiederholer stieg dabei um ein Fünftel von 15 Prozent vor der Reform auf 18 Prozent nach der Reform. Insgesamt hat sich die Zahl der Schüler, die das Gymnasium mit dem Abitur verlassen, allerdings nicht verändert. Zu diesem Ergebnis kommt das Deutsche Institut für Wirtschaftsforschung Berlin in einer multivarianten Analyse der Abiturjahrgänge 2002 bis 2013, die nicht nur allgemeine Ver änderungen der Untersuchungsgrößen, sondern auch den Einfluss anderer Bildungsreformen berücksichtigt. DIW Wochenbericht 18/2015 Fotos: suze/photocase; dpa 8 2/2015

9 LEIBNIZ KOLUMNE Liebe Leserinnen, liebe Leser, Foto: Christoph Herbort-von Loeper an einer Universitätsbibliothek im Norden unseres Landes leuchtet in Neonschrift der schöne Satz von André Gide: Manche leuchten, wenn man sie liest. Was leuchtet hier? Sind es die Bücher? Die Buchstaben selbst? Oder sind die Inhalte gemeint, die den Lesern entgegenleuchten aus den Seiten und inzwischen natürlich auch häufig von Bildschirmen? Leuchtet, was da leuchtet, wirklich nur, wenn man es liest? Oder leuchtet es in aller Heimlichkeit auch ungelesen? Es verbirgt sich die alte seltsame Frage dahinter, ob ein Geräusch ein Geräusch bleibt, obgleich niemand es hört. Und wie steht es mit der Wissenschaft? Ist Wissenschaft nur dann Wissenschaft, wenn sie wahrgenommen wird? Aufmerksamkeit und Zuwendung erhält materiell und ideell? Sich ihrerseits zuwendet und kümmert? Wissenschaft und insbesondere Grundlagenforschung sind zweckfrei und müssen es sein. Ihre Ergebnisse und Erkenntnisse müssen auch weder gelesen noch angewendet werden, um Ergebnisse und Erkenntnisse zu sein. Aber sie brauchen den (wissenschaftlichen) Diskurs schon allein für ihre stete Weiterentwicklung und um neue Fragen zu beantworten ebenso wie Fragen neu zu beantworten. Wissenschaft und Forschung sind in der Welt, sie sind ein Teil davon. Daher können Wissenschaft und Forschung auch ganz zwanglos vom gesellschaftlichen Diskurs profitieren, der ihnen Aufgaben stellt und gleichermaßen zur Überprüfung wie auch zur Anregung dienen kann. Wissenschaftliche Erkenntnisse in Buchstaben, Formeln oder Methoden leuchten unbeirrt und mit Reichweite, so dass sie stets wahrgenommen werden können, auch wenn sie es nicht müssen. Wissenschaft und Forschung dürfen aber doch ein bisschen mehr sein als das, was wir gern mit sichtbar bezeichnen. Es schadet nicht, wenn sie Aufsehen erregen, spannend sind, Neues wissen, Informationen Licht an, Vorhang auf, Bühne frei hier kommt die Wissenschaft! vermitteln, in den Dialog treten. Wissenschaft und Forschung dürfen sich einmischen, sie dürfen glänzen und leuchten. Es ist ein bisschen wie auf der Bühne. Alles kann eine Bühne sein, ein Raum, die Welt wenn nur ein Mensch hindurch geht, und ein anderer ihm dabei zusieht. So beschreibt der Theaterregisseur Peter Brook die Minimalsituation des Theaters in seinem Buch Der leere Raum. Mehr als eine Handlung und die Wahrnehmung dieser Handlung braucht es gar nicht. Oder doch? Die sogenannten Bretter, die die Welt bedeuten sind für die Interaktion gemacht. Auf diese Bretter großer Bühnen gehören große Stücke, die ein großes Ensemble gemeinsam spielt und nur gemeinsam spielen kann. Die großen Stücke der Wissenschaft gehören, ganz im Geiste des Themas dieses Leibniz-Journals, ins Licht der Scheinwerfer. Die großen Stücke der Wissenschaft bei uns in der Leibniz-Gemeinschaft sind das etwa die Leibniz-Forschungsverbünde, in denen interdisziplinär zu übergreifenden Themen wie Biodiversität, Bildungspotentialen, Energiewende, Medizintechnik und anderen mehr geforscht wird gehören in ein großes Theater. Wohin denn sonst? Dort ist der Raum für vielfältige und vielfältig talentierte Akteure, für Erprobung, für unterschiedliche Formate, für den großen Auftritt und eine klare Position, für kundige Expertinnen und Experten auf ihren Gebieten, die sie zusammenführen in eine große Gemeinschaftsleistung. Heute also mehr ein Plädoyer als nur so ein Vorschlag : Licht an, Vorhang auf, Bühne frei hier kommt die Wissenschaft! matthias kleiner, präsident der leibniz-gemeinschaft 2/2015 9

10 LEIBNIZ KRIEG BIODIVERSITÄT UND KONFLIKTE Aufnahme des Zentrums der Milchstraße von den Sternbildern des Schützen bis zum Skorpion. Rechts der bunte Antares- und Rho Ophiuchi- Nebelkomplex, links das schwarze Band der Milchstraße. Foto: ESO/S. Guisard 10 2/2015

11 LEIBNIZ KRIEG LEIBNIZ UND KONFLIKTE KRIEG Das erste Licht im Universum Licht bietet der Astronomie ein einzigartiges Fenster ins Universum. Mit modernen Großteleskopen können sie Milliarden von Jahren zurück bis in die Frühzeit des Kosmos blicken, als die ersten Sterne entstanden. Selbst das Erbe bereits erloschener Sterne lässt sich auch heute noch als chemischer Fingerabdruck im Licht der ältesten Sterne unserer Milchstraße nachweisen. Ein Team von Wissenschaftlern am Leibniz- Institut für Astrophysik Potsdam (AIP) arbeitet auf diesem Gebiet der Galaktischen Archäologie. Es wertet die Daten groß angelegter Beobachtungskampagnen aus und entschlüsselt sie. Das Licht der Sterne verrät die Entwicklungsgeschichte unserer Milchstraße und anderer Galaxien im Weltall. Spuren ganzer Galaxienbewegungen sind bis heute in der Milchstraße nachweisbar: Abweichende Bewegungen einzelner Sternströme können anhand ihres Farbprofils entschlüsselt werden. Sie zeugen von lange vergangenen Kollisionen unserer Galaxie mit kleineren, benachbarten Zwerggalaxien. Erst vor wenigen Jahren entdeckten die Astronomen einen neuen Sternstrom in der Milchstraße, bei dem es sich um die Überreste einer Galaxie handelt, die vor 700 Millionen Jahren von der Schwerkraft der Milchstraße auseinandergerissen wurde. Dafür ermittelten die Forscher die Geschwindigkeiten von Sternen aus dem vom AIP geleiteten internationalen RAVE-Survey. Solche Kollisionen können die ganze Milchstraße aus dem Takt bringen. So stellte sich kürzlich heraus, dass sich unsere Galaxie nicht nur in permanenter Rotation befindet, sondern auch nach Norden und Süden aus der galaktischen Scheibe herausflattert wie eine Fahne im Wind. Auch hierfür könnte der Durchgang kleinerer Galaxien in unserer kosmischen Vergangenheit ein Grund sein. aip

12 LEIBNIZ LICHT Lichtermeer statt Sternenhimmel Nicht zu sehen, aber doch erkennbar. Lichter entlang des Nils erleuchten den Lauf des Flusses auch bei Nacht. 12 2/2015

13 LEIBNIZ LICHT Der Nachthimmel wird durch künstliches Licht immer heller. Die Lichtverschmutzung hat Auswirkungen auf Menschen, Tiere und die Astronomie. Leibniz-Forscher untersuchen, welche Folgen künstliches Licht hat und was man dagegen tun kann. Fotos: Earth Science and Remote Sensing Unit, NASA Johnson Space Center; thenemrel/flickr.com CC BY-NC-ND 2.0 Wer abends durch eine Großstadt läuft, sieht vor allem eines: Licht. Helle Bürotürme ragen in den Himmel, bunt erleuchtete Schaufenster präsentieren die Auslage, Sehenswürdigkeiten wer den mit Flutlicht angestrahlt. Dazu kommen Straßenlaternen und Autoscheinwerfer. Zu sehen ist ein glitzerndes Lichtermeer, das zum Sinnbild der Moderne geworden ist. Seit am 20. September 1882 in Berlin die ersten Straßenlaternen Deutschlands in Betrieb gingen, hat die öffentliche Beleuchtung einen Siegeszug angetreten. Elektrisches Licht symbolisierte Fortschritt und Wohlstand. Die glitzernden Lichter waren ein Versprechen: Alles schien möglich, der Mensch beherrschte die Natur und konnte die Nacht zum Tag machen. Licht mit Schatten Heute, 130 Jahre später, sieht alles etwas anders aus. Immer deutlicher erkennen Forscher, dass künstliches Licht auch negative Folgen hat. In den vergangenen zwanzig Jahren ist der Nachthimmel jedes Jahr um fünf Prozent heller geworden. Das hat Auswirkungen auf Tiere und Menschen. Wissenschaftler nennen das Phänomen Lichtverschmutzung oder Lichtsmog. Gemeint ist damit die künstliche Aufhellung des Nachthimmels, die eine Form der Umweltverschmutzung darstellt. Die ganze Evolution ist auf dem Tag-Nacht-Rhythmus aufgebaut, sagt Sibylle Schroer. Sie arbeitet als wissenschaftliche Koordinatorin am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in Berlin für das Projekt Verlust der Nacht. In dem Verbund haben sich Forscher aus sechs Leibniz-Instituten, drei universitären Instituten und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) zusammengeschlossen. Normalerweise haben wir nachts dunklere Bedingungen und tagsüber das Sonnenlicht, das eine immense Intensität hat. Dieser Unterschied zwischen Hell und Dunkel ist das Uhrwerk unseres Lebens. Doch durch künstliches Licht kann der natürliche, circadiane 24-Stunden-Rhythmus durcheinander geraten. Zu früh aus den Federn: Kunstlicht weckt Stadt-Amseln. Für Tiere hat das zum Teil fatale Folgen. Vögel, die in Städten leben, brüten inzwischen bis zu vier Wochen früher. Der künstlich aufgehellte Himmel simuliert ihnen schon im Winter, dass die Tage länger werden und es Zeit ist, die Sexualorgane zu entwickeln. Licht ist ein saisonaler Trigger, sagt Schroer. Nach der Temperatur ist es der wichtigste Faktor, der Lebewesen eine saisonale Veränderung anzeigt. Wenn dann nochmal ein Kälteeinbruch kommt und Insekten sterben, fehlt den Vögeln das Futter. Normalerweise ist das Futterangebot am größten, wenn der Bedarf an Futter für die Jungvögel am höchsten ist. Diese natürliche Synchronisation kann aus dem Gleichgewicht geraten. Ruhelose Vögel in der Stadt Auch der Tag-Nacht-Rhythmus der Vögel gerät durcheinander. Im Rahmen des Projekts Verlust der Nacht haben Forscher des UFZ beispielsweise herausgefunden, dass Amseln in der Stadt bis zu fünf Stunden früher aufwachen als auf dem Land. Schon vor Sonnenaufgang seien in der Stadt Balzrufe zu hören, sagt Sibylle Schroer. Das hat zur Folge, dass sich die natürliche Selektion verschiebt, ein Männchen, das unter Lichteinfluss lebt, für die Weibchen attraktiver wird. 2/

14 LEIBNIZ LICHT Die Folgen von künstlichem Licht sind vielfältig: Insekten sterben an Straßenlaternen, Fledermäuse verändern ihre Flugrouten, Fische werden durch Licht orientierungslos und bei ihren Wanderbewegungen aufgehalten. Am schlimmsten ist die zunehmende Helligkeit für nachtaktive Tiere, die ihre Sinne auf Dunkelheit geschärft haben. Betroffen sind dabei nicht nur Tiere, die in der Stadt leben. Das künstliche Licht, das in den Himmel abstrahlt, wird von den Wolken und anderen Molekülen der Atmosphäre reflektiert. Es bilden sich sogenannte Lichtdome (auf Englisch skyglows), die noch über 70 Kilometer von der Stadt entfernt zu sehen sind. In manchen Seen ist es so hell, dass Wasserflöhe, die den Schutz der Dunkelheit suchen, um Fressfeinde zu vermeiden, nicht mehr an die Oberfläche kommen, um in den oberen Schichten des Gewässers Algen zu fressen. Manche Tiere profitieren also vom Licht, während andere darunter leiden. Diese Auswirkungen zu erforschen, ist eine Langzeitaufgabe. Diese Arbeit wird derzeit durch das Bundesamt für Naturschutz gefördert. Wir stehen gerade erst am Anfang, erzählt Sibylle Schroer. Unsere Hypothese ist, dass es zu Artenverschiebungen kommt. Und unsere bisherigen Untersuchungen bestätigen das. Viele Verlierer, wenige Profiteure Die Verteilung der Arten gerät aus dem Gleichgewicht. Wenige Profiteure stehen dabei vielen Verlierern gegenüber. Wir versuchen herauszufinden, wer die Verlierer sind, sagt Schroer. Das ist wahnsinnig schwer, weil es diese Arten nur sehr selten gibt. Wahrscheinlich würden viele Arten, die auf der roten Liste stehen, durch das künstliche Licht zusätzlich gefährdet. Sie können eine solche Verschiebung nicht abfedern. Sie leiden stärker als andere unter fehlenden Regenerationsphasen und den Veränderungen ihrer ökologischen Nischen, sagt Schroer. So geht Biodiversität verloren. In Deutschland gibt es anders als etwa in Italien oder Slowenien noch kaum gesetzliche Regeln zum Lichtverbrauch. Im Projekt Verlust der Nacht, das von 2010 bis 2014 vom Bildungsministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der Berliner Senatsverwaltung für Wirtschaft, Technologie und Forschung gefördert wurde und nun als Verbund weiterbesteht, haben Wissenschaftler sich auch mit alternativen Beleuchtungskonzepten beschäftigt. Denn natürlich brauchen wir Licht, zum Beispiel für die Sicherheit im Straßenverkehr oder die Nachtarbeit im Krankenhaus. Wichtig ist, dass das Licht möglichst nicht in den Himmel abstrahlt, sondern von oben nach unten gerichtet ist und nach Möglichkeit an den Seiten abgeschirmt wird. Außerdem ließe sich der Einsatz von Licht reduzieren. In Paris müssen alle Geschäfte eine Stunde nach Ladenschluss die Beleuchtung abschalten. Straßenlaternen in wenig befahrenen Gebieten könnten etwa ab Mitternacht durch Bewegungsmelder aktiviert werden. Auch andere intelligente Lösungen sind denkbar. So könnte die öffentliche Beleuchtung herunter gedimmt werden, wenn Schnee liegt oder die Straßen nass vom Regen sind Lichthölle: Im Nebel der herbstlichen Inversionslage über Innsbruck und dem Inntal wird das Kunstlicht vielfach verstärkt und reflektiert. 14 2/2015

15 LEIBNIZ LICHT und das Licht vom Boden her reflektiert wird. Außerdem kommt es auf die Art des Lichts an: Ein warm-weißes Licht ist besser als ein kalt-weißer Farbton. Nachtarbeit erhöht das Brustkrebs-Risiko. Risiko Nachtarbeit Denn Licht, insbesondere bläuliches Licht, hemmt die Herstellung des Hormons Melatonin, das Menschen und Säugetiere nachts produzieren. Melatonin übersetzt die Lichtverhältnisse in den Organismus des Menschen, sagt Barbara Griefahn, die als emeritierte Professorin für Chronobiologie am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung in Dortmund (IfADo) die Folgen von Nachtarbeit untersucht. Bei Lichteinfluss wird die Melatonin-Synthese abgebrochen. Über einen längeren Zeitraum hinweg könnte das krank machen. Melatonin hat einen onkostatischen Effekt, es hemmt das Tumorwachstum, sagt Griefahn. Wenn kein Melatonin produziert wird, entfällt diese schützende Wirkung. Menschen, die über lange Jahre nachts arbeiten, haben darum ein höheres Risiko, an hormonabhänigigen Krebsarten zu erkranken. Bei Frauen ist das vor allem Brustkrebs, bei Männern Prostatakrebs. Der französische Epidemiologe Pascal Guénel hat Krankenschwestern untersucht und kommt zu dem Ergebnis, dass Nachtarbeit bei Frauen das Brustkrebsrisiko um 30 Prozent erhöht vorausgesetzt, dass die Frauen mehr als vier Jahre lang Nachtschichten machen und zwischen Tagund Nachtarbeit wechseln. Bei den Frauen, die vor der ersten Schwangerschaft mit der Nachtarbeit angefangen hatten, war das Brustkrebsrisiko sogar um 50 Prozent höher als im Durchschnitt. Nachgewiesen ist ebenfalls, dass bei Nachtarbeit das Risiko für Herz-Kreislaufkrankheiten steigt. Auch andere Erkrankungen werden immer wieder im Zusammenhang mit Nachtarbeit genannt, etwa Stoffwechselkrankheiten, Diabetes, Essstörungen und Depressionen. Barbara Griefahn schränkt jedoch ein: Diese Krankheiten sind eher sekundäre Folgen. Leute, die Schlafstörungen haben, haben zum Beispiel mehr Hunger und Fotos: Christophmalin.com; picture alliance/bsip 2/

16 LEIBNIZ LICHT dunkel sind und die nötigen klimatischen Bedingungen mitbringen, dass sie sich für die profes sionelle Astronomie eignen. Die Atacama-Wüste in Chile gehört dazu; außerdem Gegenden in Namibia, Südafrika und auf Hawaii. Aber auch dort müsse man sich um zunehmende Helligkeit sorgen, sagt Axel Schwope, der am Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam die Arbeitsgruppe Röntgenastronomie leitet. In Mitteleuropa können grob geschätzt 50 Prozent der Menschen an ihrem Wohnort die Milchstraße nicht mehr sehen. Das ist ein enormer kulturhistorischer Verlust, sagt Axel Schwope. Sterne zu beobachten, ist ein elementares Naturerleben. Dabei werden wir uns bewusst, dass wir in einem größeren Zusammenhang leben. Diese Erkenntnismöglichkeit sollten wir uns nicht vermüllen. Loss_of_the_Night_App/ articles/loss-of-thenight-app.html werden öfter fettleibig. Unklar ist jedoch, ob all diese Krankheiten ausschließlich auf das künstliche Licht zurückzuführen sind oder auch auf den verschobenen Aktivitätsrhythmus. In jedem Fall rät Griefahn Schichtarbeitern, das Zimmer zum Schlafen abzudunkeln. Arbeitgeber sollten darauf achten, dass die Mitarbeiter nicht zu oft nachts arbeiten. Alle 14 Tage drei Nachtschichten am Stück möglichst nur ein paar Jahre lang, seien zum Beispiel eine vertretbare Lösung, sagt Barbara Griefahn. Nachtarbeit ist in einigen Bereichen nötig, aber wir sollten sie soweit wie möglich reduzieren. App für Bürgerforscher Erst in den letzten Jahren ist das Thema Lichtverschmutzung zumindest ansatzweise ins Bewusstsein der Öffentlichkeit gelangt viel später als andere Formen der Umweltverschmutzung haben interessierte Bürger eine Dark Sky-Initiative gegründet, die Daten erhebt und mit Ausstellungen auf das Thema aufmerksam machen will. Leibniz-Forscher haben im Rahmen des Verlust der Nacht - Projekts eine gleichnamige App entwickelt. Mit ihr kann man die Nachthelligkeit bestimmen und so als citizen scientist dazu beitragen, die Lichtverschmutzung weltweit zu messen. Und in Deutschland gibt es inzwischen drei sogenannte Sternenparks, Gebiete, deren Dunkelheit geschützt wird. Astronomen haben die Folgen des künstlichen Lichts als Erste bemerkt. Schon 1913 dreißig Jahre nach der ersten Straßenlaterne war in Berlin der Nachthimmel so hell, dass die Sternwarte nach Potsdam- Babelsberg umziehen musste. Heute gibt es auf der Welt nur wenige Gegenden, die so mounia meiborg Die Wolken über Innsbruck reflektieren und verstärken dadurch die Lichter der Stadt. Ein Einkaufszentrum erleuchtet die Martinswand auch um Mitternacht. Foto: Christophmalin.com 16 2/2015

17 LEIBNIZ LICHT Die Nacht mitdenken Das Internationale Jahr des Lichts sollte ein Meilenstein für nachhaltige Beleuchtungssysteme sein. Lichtverschmutzung ist mittlerweile ein weltweites Problem: Natürliche Dunkelheit finden wir nur noch an abgelegenen Orten der Welt. Beleuchtete Nächte geben Menschen ein Gefühl der Sicherheit, symbolisieren Wohlstand und Modernität. Doch künstliches Licht hat auch seine Schattenseiten: Viele Tiergruppen, ja ganze Ökosysteme verändern sich durch die nächtliche Beleuchtung. Während Forschung und angewandter Landschaftsschutz bisher vor allem auf Taglandschaften ausgerichtet wurden, gelten Nachtlandschaften leider nur selten als eigenständiger Untersuchungsbereich und als spezifisches Schutzgut. Mehr und mehr zeigt sich jedoch, dass auch der Mensch die natürliche Dunkelheit braucht, um gesund zu bleiben. Licht zur falschen Zeit stört den Schlaf Wach Rhythmus und damit Wohlbefinden und Leistungsfähigkeit. Untersuchungen geben außerdem erste Hinweise auf Zusammenhänge zu typischen Zivilisationskrankheiten. Und nicht zuletzt hat der Verlust der Nacht kulturelle Auswirkungen: Wer die Milchstraße noch nie gesehen hat, wird zwar im Alltag der heutigen Städte kaum etwas vermissen, aber den Stadtmenschen wird der Sternenhimmel zunehmend fremd. Parallel zur weltweiten Lichtzunahme verändern sich somit unsere Referenzpunkte für Nacht und natürliche Dunkelheit. Was wiederum dazu führt, dass wir den Wandel kaum noch wahrnehmen ( Shifting Baseline Syndrom ). Künstliche Beleuchtung ist zudem für beträchtliche Kosten verantwortlich. Sie verursacht etwa 19 Prozent des weltweiten Stromverbrauchs und produziert jährlich Millionen Tonnen CO 2. Fast jede dritte Lampe in deutschen Straßen ist eine Quecksilberdampflampe. Diese werden ab 2015 laut der europäischen Ökodesign Richtlinie aufgrund ihrer geringen Effizienz nicht mehr im Handel angeboten und müssen in den kommenden Jahren ersetzt werden. Gleichzeitig drängen neue energieeffiziente Beleuchtungsprodukte wie LEDs auf den Markt, das aber ökologisch und gesundheitlich weitgehend unbewertet. Werden Beleuchtungssysteme aber neu installiert, geschieht das für eine Lebensdauer von 20 bis 30 Jahren. Fehler, die bei der Planung und in der Wahl der Technologie jetzt gemacht werden, lassen sich nur schwer und über lange Zeiträume korrigieren. Franz Hölker ist Projektleiter der Forschungsplattform Verlust der Nacht und Chair des Europäischen Netzwerks LoNNe (Loss of the Night Network). Der habilitierte Biologe arbeitet am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei in Berlin. Beleuchtung zu. In der Folge wird manch dunkle Gegend nachts heller erleuchtet, als es notwendig wäre. Um einen solchen Reboundeffekt zu vermeiden, müssen neben Sicherheitsaspekten und Energieeffizienz auch gesundheitliche und ökologische Aspekte Berücksichtigung finden und das Thema in seiner ganzen Breite in das Bewusstsein aller beteiligten Akteure gelangen. Soll Licht künftig intelligent und effizient eingesetzt werden, braucht es innovative Konzepte, die das Licht dorthin bringen, wo und wann es benötigt wird. Moderne Leuchtmittel, gezielte Licht lenkung, wissenschaftlich fundierte Richtlinien, maßgeschneiderte Farbspektren und Schwellenwerte für Beleuchtung sind auch Hausaufgaben für die Forschung, damit die Gesellschaft verantwortungsvoll und nachhaltig mit Licht umgehen kann. Das Internationale Jahr des Lichts 2015 der Vereinten Nationen ist ein guter Anlass, sich mit dem Thema Nachhaltigkeit in der Beleuchtung auseinanderzusetzen. So können wir nicht nur den Energieverbrauch senken, sondern langfristig auch die Lichtverschmutzung unserer Nachtlandschaften reduzieren. Foto: IGB Unsere Straßenbeleuchtung wird immer effizienter. Doch was zur Einsparung von Energie und zur Reduktion von Treibhausgasen führen soll, hat auch seine Achillesferse: Wird Licht kostengünstiger, nimmt oft das Ausmaß an franz hölker 2/

18 LEIBNIZ LICHT Melanie Wiesner platziert Pak Choi-Pflanzen und Kapuzinerkresse zur UV-Bestrahlung in einem Klimaschrank. Lichtdoping für Pflanzen Supergesundes Gemüse und sauberes Wasser für weit mehr Menschen als heute: Diese Visionen lassen sich vielleicht schon in ein paar Jahren mithilfe von UV-Strahlung realisieren. Daran forschen Pflanzenwissenschaftler und Optoelektroniker. 18 2/2015

19 LEIBNIZ LICHT Seit Jahrtausenden kultiviert der Mensch Nutzpflanzen und wirkt mit verschiedenen Mitteln auf sie ein, um Erträge und Geschmack zu verbessern. Der neueste Trend des Pflanzen-Boostings ist es, die Inhaltsstoffe so zu beeinflussen, dass Gemüse noch gesünder wird. Diese Idee verfolgen in einer Kooperation das Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) und das Ferdinand-Braun- Institut, Leibniz-Institut für Höchstfrequenztechnik (FBH). Das Ziel: die Produktion nützlicher sekundärer Pflanzenstoffe in bestimmten Gewächsen anzukurbeln mithilfe gezielter UV-B-Strahlung bei bestimmter Wellenlänge. Die gemeinsame Arbeit mündet in Projektvorhaben, die künftig im Rahmen des vom Bundesforschungsministerium geförderten Konsortiums Advanced UV for Life bearbeitet werden sollen. Im Konsortium entwickeln unter Federführung des FBH insgesamt 31 Partner aus Forschung und Industrie sowohl Technologien als auch vielversprechende Einsatzfelder für Leuchtdioden, die ultraviolettes Licht emittieren kurz: UV-LEDs. Pflanzen stoffe für die Gesundheit die dunklen Pflanzenfarbstoffe Anthocyane) und Glucosinolate. Die Abbauprodukte von Glucosinolaten können verschiedenste biologische Wirkungen entfalten und sind in Gemüsen wie Radieschen und Kohl für den scharfen beziehungsweise bitteren Geschmack verantwortlich. Diesen Substanzen wird eine präventive Wirkung beispielsweise gegen Dickdarmkrebs zugeschrieben. Suche nach optimalen Wellenlängen Um genau solche Stoffe geht es in dem Projekt. Das Forscherteam will herausfinden, welche Wellenlängen und Bestrahlungszeiten optimal sind für deren Produktion, denn Pflanzen erzeugen unter UV-Beleuchtung bestimmter Wellenlänge vermehrt Sekundärmetabolite. Diese Strahlen sind auch in natürlichem Licht vorhanden, aber nur in geringer Dosis UV-Strahlung macht etwa acht Prozent des Sonnenlichts auf der Erde aus. Der UV-Bereich des Lichts erstreckt sich auf Wellenlängen von unter 230 bis 400 Nanometer. Um die Produktion sekundärer Pflanzenstoffe auszulösen, ist vor allem der Bereich der UV-B-Strahlung mit Wellenlängen zwischen 280 und 315 Nanometern interessant. Lampen, die UV-B-Strahlung einer bestimmten Wellenlänge abstrahlen, gab es bislang nicht. Das Spektrum von UV-Lampen, die bereits in der Pflanzenproduk tion eingesetzt werden, ist zu breit, zudem strahlen sie Wärme ab, die bei der Produktion sekundärer Pflanzenstoffe unerwünscht ist. Die benötigten Leuchtmittel liefert der Kooperationspartner im Projekt: FBH-Wissenschaftler Sven Einfeldt und sein Team haben ein spezielles Modul aus LEDs entwickelt, das Licht mit einer bestimmten Wellenlänge 311 Nanometer homogen über die gesamte bestrahlte Fläche emittiert. Mit diesem ersten Modul experimentierte das IGZ- Team um Melanie Wiesner und ihre Kollegin Susanne Neugart seit Ab August dieses Jahres arbeiten sie mit einem neuen Modul, das größer ist und mit dem mehr Pflanzen gleichzeitig bestrahlt werden können. Die optimale Dosis zu finden, ist dabei keine leichte Aufgabe, denn Pflan- FotoS: Christoph Herbort-von Loeper; FBH/schurian.com; FBH Mit Licht Pflanzenwachstum zu beeinflussen, ist ein Verfahren, das schon seit Langem angewendet wird Gewächshauskulturen wären ohne Kunstlicht nicht denkbar. Dabei geht es vor allem um das schnellere Wachstum von Pflanzen, damit sie in kürzerer Zeit höhere Erträge bringen, sagt Melanie Wiesner, die als Wissenschaftlerin am IGZ im Projekt mitarbeitet. Wir wollen die Pflanzen gezielt anregen, sekundäre Pflanzenstoffe zu produzieren, die für den Menschen gesundheitsfördernd sein können, erläutert sie. Solche chemischen Stoffe sogenannte pflanzliche Sekundärmetabolite sind Produkte des pflanzlichen Stoffwechsels, die aus Primärmetaboliten wie Zuckern gebildet werden. Etwa solcher Stoffe gibt es, zu ihnen gehören unter anderem phenolische Verbindungen (z.b. Jetzt im Einsatz: Prototyp eines neuen UV-Moduls 2/

20 LEIBNIZ LICHT Ein Modul mit UV-LEDs bestrahlt Wasser, das zur gleichmäßigen Desinfektion mit einem Rührer bewegt wird. zen reagieren sehr empfindlich: Zu viel UV-B-Strahlung kann bei der Pflanze Stress auslösen und sie im ungünstigsten Fall töten, eine zu geringe Dosis hat gar keinen Effekt, sagt Susanne Neugart. Versuche mit Kreuzblütlern und Pak Choi In der ersten Versuchsreihe experimentierten die Forscherinnen mit Arabidopsis, einer Pflanze aus der Familie der Kreuzblütler. Sie ist unsere liebste Modellpflanze für die Forschung, denn sie hat nur fünf Chromosomen, die vollständig durchsequen ziert sind wir können also genau nachvollziehen, welche Wellenlänge wie wirkt, sagt Wiesner. Daneben untersuchten die IGZ- Forscherinnen die Wirkung von UV-B-Strahlung auf Pak Choi, eine asiatische Kohlart, die zu der gleichen Pflanzenfamilie gehört wie Arabidopsis. Die Wissenschaftlerinnen kamen zu dem Ergebnis, dass beide Pflanzen ähnlich reagieren: Durch UV-B-Strahlung steigt die Produktion bestimmter Glucosinolate an. Nicht nur für Gemüseesser sind das gute Nachrichten: Glucosinolate nutzen auch den Pflanzen selbst, sie setzen diese beispielsweise zur Insektenabwehr ein. Damit ist UV-B-Bestrahlung auch attraktiv für Gemüseproduzenten, die Pestizide einsparen wollen, berichtet Wiesner. UV-B-Licht hat allerdings auch einen Nachteil. Wegen der Krebsgefahr, die von ihm ausgeht, dürfen Mitarbeiter während der Bestrahlung das Gewächshaus nicht betreten. Deswegen will das Forscherteam von FBH und IGZ Bestrahlungsdosen und Wellenlängen finden, bei denen es möglich ist, die Bestrahlungszeit so kurz wie möglich zu halten. Im Herbst beginnt eine weitere Stufe der Forschungsreihe: Das dritte Modul, das dann eingesetzt wird, deckt den Wellenlängenbereich um 290 Nanometer ab. Insbesondere interessiert uns, ob die Bestrahlungszeit zur Bildung der Sekundärmetabolite verkürzt werden kann also die Wirkung der kürzerwelligen UV-B Strahlung höher ist, sagt Neugart. Sauberes Wasser durch UV-B-Strahlung Einen ganz ähnlichen Ansatz in einem anderen Kontext verfolgt das FBH ebenfalls im Rahmen des Konsortiums Advanced UV for Live in zwei Kooperationen mit Industriepartnern. Es erforscht, wie sich speziell UV-LEDs bestimmter Wellenlängen zur Wasserdesinfektion nutzen lassen. UV-Licht aus Quecksilberdampflampen wird schon länger zur Wasserreinigung eingesetzt. Wir wollen eigene UV-LEDs herstellen, bei denen wir die Wellenlänge genau einstellen können, um sie zum Beispiel für eine effizientere Wasserdesinfektion einzusetzen, denn auch Mikroorganismen reagieren unterschiedlich auf verschiedene UV-Bereiche, berichtet Sven Einfeldt. Mit dem international agierenden Unternehmen Xylem, das Anlagen zur Wasserdesinfektion herstellt, entwickeln er und sein Team Lösungen zur UV-Desinfektion großer Wasserund Abwassermengen. Um kleine Mengen Wasser zu reinigen, zum Beispiel Trinkwasser in Gebieten ohne Stromversorgung, lassen sich schon heute wirksame Mini- Desinfektionsanlagen bauen. Sie haben Durchflussmengen von etwa einem Liter pro Minute; der benötigte Strom wird per Solarzelle erzeugt. Beim Bau solcher kleinen autarken Geräte kooperiert das FBH mit einem Unternehmen in Thüringen. Die am FBH gebauten Module sind von der breiten Anwendung noch weit entfernt sie sind schlicht zu teuer, eine UV-LED kostet auf dem Markt zurzeit 100 bis 200 US-Dollar. Doch Einfeldt erwartet eine Entwicklung analog zu weißen LEDs hin zur Massenproduktion auch wenn der Markt kleiner ist, da UV-LEDs nicht als Leuchtmittel einsetzbar sind. Einen großen Pluspunkt haben auch diese LEDs: die Lebensdauer. Man erwartet etwa Betriebsstunden, während beispielsweise Quecksilberdampf-Niederdrucklampen, die heute zur Wasserdesinfektion eingesetzt werden, nach wenigen Stunden schlappmachen. So könnte Wasserreinigung dank UV-LEDs viel effizienter werden und in Gegenden zum Einsatz kommen, wo sauberes Wasser bislang nicht bezahlbar war. wiebke peters 20 2/2015