Ist Fragen lebenswichtig?

Wie groß ist der Weltraum? Kommunizieren wir morgen nur noch digital? Wie funktioniert denken? Jeder von uns hat sich selbst schon einmal mit einer Frage beschäftigt, die alle angeht. Stellen Sie uns Ihre Frage - wir beantworten sie (wenn sie in unserem Forschungsgebiet liegt).

Frag Leibniz

Welche Forschungsfrage würden Sie einer Wissenschaftlerin oder einem Wissenschaftler gerne stellen? Jetzt mitmachen und 8 x 2 Tickets für unsere Forschungsmuseen gewinnen.

Diese Forschungsfragen haben Sie uns bereits gestellt:

Was genau ist menschliches Bewusstsein?

Bewusstsein ist ein komplexes Phänomen und dementsprechend gibt es vielfältige Konzepte aus verschiedenen Fachgebieten, beispielsweise der Philosophie, der Medizin und der Psychologie, die sich mit dem Thema beschäftigt haben. Man kann grob qualitative von quantitativen Bewusstseinsveränderungen unterscheiden.

Quantitative Bewusstseinsveränderungen umfassen Zustände von vollständiger Wachheit bis zum Tiefschlaf, oder in pathologischen Fällen von abnormer Schläfrigkeit bis zum Koma, die mit einer graduellen Verminderung des Bewusstseins verbunden sind. Qualitativ ist das Bewusstsein dadurch charakterisiert, dass wir uns selbst von der Umwelt abgrenzen können, d.h. wir sind uns bewusst, welche Wahrnehmungen auf Vorgängen in der Umwelt beruhen und welche ausschließlich von unserem Gehirn generiert werden. Man spricht hier von sekundärem Bewusstsein. Beim sogenannten primären Bewusstsein gelingt diese Unterscheidung nicht, das ist beispielsweise bei Trugwahrnehmungen/Halluzinationen der Fall, aber auch im Traumerleben, wo uns im allgemeinen Träume als real erscheinen, obwohl sie keine Entsprechung in der Außenwelt haben.

Die Antwort stammt von Michael Nitsche, Leiter des Forschungsbereichs Psychologie und Neurowissenschaften am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (ifADo).

Eine weitere Antwort stammt von Stefan Dürschmid vom Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN):

Bewusstsein ist eine Erfahrung, die ich mache: „wie ist es“, wenn ich etwas wahrnehme, wenn ich Schmerz aushalte oder wenn ich über eine Erfahrung nachdenke.

So vielfältig wie Erlebnisse sein können, so vielfältig sind auch die Theorien, was Bewusstsein eigentlich ist, gerade weil es so schwer zu erfassen ist. Im Alltag nehmen wir Dinge bewusst wahr, andere aber nicht. Das heißt aber wiederum nicht, dass nur weil etwas unserem Bewusstsein entgeht, wir kein Bewusstsein haben. Spirituelle Praktiken suchen zum Beispiel eine Art von Bewusstsein, in dem wir uns auf lebendige Art wahrnehmen, ohne durch Wahrnehmung von äußeren Reizen gestört zu werden. Nur: Demnach können komatöse Patienten auch Bewusstsein haben? Je besser wir also die Hirnprozesse verstehen, die mit Bewusstsein zusammenhängen, umso besser werden wir Koma-Patienten helfen können.

Allgemein betrachtet werden unter Bewusstsein neuronale Prozesse verstanden, die es ermöglichen, mit der Umwelt effizient zu interagieren d.h. dass wir Ereignissen eine Bedeutung zuschreiben und Schlüsse aus unvollständigen Informationen ziehen können. In dem Sinne ist Bewusstsein etwas, das aus den Merkmalen des Gehirns entsteht. Moderne neurowissenschaftliche Theorien gehen davon aus, dass Bewusstsein darauf basiert, dass große Netzwerke im Gehirn, deren Teilbereiche ganz unterschiedliche Informationen verarbeiten, wie die Bereiche der Hirnrinde und der Thalamus – das „Tor zum Bewusstsein“ – synchron feuern und dadurch die Informationen maximal integriert werden. Vermutlich ist Bewusstsein kein nur dem Menschen eigenes Attribut – zumindest hoch entwickelte Säugetiere verfügen auch darüber.

 

Warum werde ich ausgerechnet im Urlaub krank (und nicht in den stressigen Arbeitstagen und -Wochen davor)?

Der Grund für diesen Effekt (der auch einen Namen hat: Leisure Sickness oder Freitzeitkrankheit) ist wahrscheinlich im Immunsystem zu suchen. Vor einem wichtigen Termin oder während stressiger Arbeitstage werden Stresshormone ausgeschüttet, die die Funktion des Immunsystems anregen können, um uns gesund zu erhalten. Im Urlaub, wenn der Stress auf einmal weg ist, hört diese Stimulation des Immunsystems plötzlich auf. Da das Immunsystem vorher auf Hochtouren gelaufen ist, ist es nun geschwächt. Daher können wir leichter an Infektionen erkranken. Was sich im Immunsystem aber genau verändert, weiß man leider noch nicht.

Am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo) untersuchen wir unter anderem den Einfluss von Stress als arbeitsphysiologisch relevanter Faktor auf unser Abwehrsystem. Im weiteren Kontext der oben genannten Frage kann eine Forschungsarbeit von uns aus dem Jahr 2017 von Interesse sein: Wir haben auf Basis von immunologischen Parametern (Entnahme von Blut- und Speichelproben) sowie standardisierten Befragungen untersucht, wie sich Prüfungsstress auf das Immunsystem von 20 Studierenden auswirkt (https://www.ifado.de/blog/2017/11/22/voll-im-pruefungsstress/ sowie https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0188108).

Die Antwort stammt von Carsten Watzl, Leiter der Forschungsabteilung „Immunologie“ am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (IfADo).

Welche Wirkungen sind davon zu erwarten, dass 10 Millionen Bürger*innen (laut Stiftung Digitale Chancen) vom digitalen Wandel ausgeschlossen sind?

Chatten, E-Mails versenden, Informationen auf Webseiten suchen, Online-Banking oder Online-Shopping? Für viele jüngere Menschen ist das selbstverständlich. Doch anderen Bevölkerungsgruppen droht mit der zunehmenden Digitalisierung der Ausschluss von zahlreichen Kommunikations-, Informations-, Unterhaltungs- und Transaktionsmöglichkeiten. Studienergebnisse zeigen, dass ältere Bevölkerungsschichten das Internet deutlich weniger nutzen. Auch ist eine Schere zwischen den Bildungsgraden erkennbar. Personen mit einem niedrigeren Bildungsstatus nutzen digitale Angebote deutlich seltener und auch Frauen nutzen das Internet weniger als Männer (D21 Digital Index 2017/2018).

Die Unterschiede in dem Zugang zu und der Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien, werden unter den Begriffen digitale Kluft („digital gap“) oder digitale Spaltung („digital divide“) diskutiert. Es wird davon ausgegangen, dass der Zugang zum Internet mit besseren gesellschaftlichen und wirtschaftlichen Chancen einhergeht. Immer mehr Lebensbereiche werden heutzutage digital gestaltet, sei es in der Wirtschaft und Berufswelt, in Bildung und Wissenschaft, in den Medien oder in Politik und Verwaltung. So beeinflusst die Digitalisierung die Art der Kommunikation, das Lernen und Arbeiten ebenso wie das Konsum- und Freizeitverhalten. Für die Kommunikation mit Freunden und Familie nutzen zwei Drittel der Deutschen soziale Medien. Dieses Beispiel zeigt, wie sich die neuen Kommunikationsformen unter anderem auf das soziale Miteinander auswirken. Der digitale Wandel wirkt sich aber nicht nur auf das soziale Miteinander aus, sondern auch auf das berufliche und politische Leben. So sind Menschen ohne Zugang zum Internet aus wichtigen Teilen der gesellschaftlichen Kommunikation ausgeschlossen. Auch wird argumentiert, dass Menschen mit dem Zugang sowie dem Wissen und der Fähigkeit, digitale Technologie zu nutzen, mehr Möglichkeiten haben, um beispielsweise berufliche Kontakte zu knüpfen oder Wissensressourcen abzurufen. Es wird auch davon ausgegangen, dass Minderheiten und Randgruppen wie beispielweise Migranten und Geflüchtete durch die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien einen besseren Zugang zu Informationen und Anbindung an die Gesellschaft finden können (Díaz Andrade und Doolin 2016).

Obwohl die Nutzung von Informations- und Kommunikationstechnologien viele neue Chancen mit sich bringt, können gleichzeitig auch negative Effekte auftreten. Daher sind Digitalkompetenzen wichtig, beispielsweise zur Einschätzung von Informationen im Internet, um kommerzielle oder falsche Inhalte zu identifizieren. Auch haben wissenschaftliche Studien vielfältige negative Auswirkungen bestätigt, die Internetnutzer empfinden können: von einem gesteigerten Neidempfinden bei der Nutzung von sozialen Medien bis hin zu psychischen Folgen, welche durch suchtähnliches Internet-Nutzungsverhalten hervorgerufen werden können (Krasnova et al. 2015).

Die Antwort stammt von Antonia Köster, Leiterin der Forschungsgruppe „Digitale Integration“ am Weizenbaum-Institut für die vernetzte Gesellschaft. Das Weizenbaum-Istitut wird koordiniert vom Wissenschaftszentrum Berlin für Sozialforschung (WZB), einem Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft.

Quellen:

  1. Initiative D21 e. V. (2018/2019) D21-Digital-Index: Jährliches Lagebild zur Digitalen Gesellschaft
  2. Antonio Diaz Andrade, Bill Doolin (2016) “Information and Communication Technology and the Social Inclusion of Refugees”, Management Information Systems Quarterly
  3. Krasnova, H., Widjaja, T., Buxmann, P., Wenninger, H., Benbasat, I. (2015) “Research Note – Why Following Friends Can Hurt You: An Exploratory Investigation of the Effects of Envy on Social Networking Sites among College-Age Users”, Information Systems Research
Wie beurteilen Sie die Rolle Chinas in Afrika?

Afrika wurde lange als „vergessener Kontinent“ bezeichnet. Das hat sich geändert. In den letzten zehn Jahren wuchsen die Volkswirtschaften Subsahara-Afrikas um durchschnittlich 5 Prozent pro Jahr. Als einer der wichtigsten Gründe für diese Wende im wirtschaftlichen Schicksal Afrikas wird der Aufstieg der Schwellenländer im Allgemeinen und Chinas im Besonderen angesehen. Andere bezeichnen China hingegen als einen „Schurken“, der eine gesunde, nachhaltige Entwicklung Afrikas bedroht. Was stimmt?

Um die Rolle Chinas abschließend zu bewerten, ist es noch zu früh. Ein Haupthindernis ist, dass die Datenlage schwierig ist. Die chinesische Regierung selbst stellt keine systematischen Informationen zu ihren Entwicklungsprojekten in Afrika zur Verfügung. Zusammen mit Kollegen am College of William & Mary, der Harvard-Universität und der Universität Heidelberg haben wir eine Datenbank zu chinesischen Entwicklungsprojekten in Afrika und darüber hinaus erstellt. Die Datenbank basiert auf frei verfügbaren offiziellen Berichten der Empfängerregierungen und chinesischen Auslandsvertretungen, wissenschaftlichen Untersuchungen und Medienberichten. Die Datenbank ist unter https://china.aiddata.org/ öffentlich zugänglich und wird stetig verbessert. Unseren Daten entsprechend erhielt Afrika 34 Prozent der offiziellen chinesischen Finanzströme an Entwicklungsländer, nämlich rund 118 Milliarden US-Dollar im Zeitraum von 2000 bis 2014. Hiervon entsprach ein gutes Drittel der OECD-Definition von Öffentlicher Entwicklungszusammenarbeit (ODA), war also Entwicklungshilfe im engeren Sinne.

Unsere Datenbank ermöglicht erste empirische Untersuchungen zu der Rolle Chinas in Afrika. Zunächst haben wir Chinas Vergabeentscheidungen untersucht. Basierend auf unseren ökonometrischen Schätzungen erscheint die Behauptung, Chinas ODA sei „Schurkenhilfe“, ungerechtfertigt. Unsere Studien finden keine Hinweise, dass die Vergabeentscheidungen primär von natürlichen Ressourcen getrieben wären und Autokratien bevorzugt würden. Auch zeigt sich in Bezug auf wirtschaftliche und politische Eigeninteressen kein signifikanter Unterschied zu den großen westlichen Geberländern wie den Vereinigten Staaten, Japan und den großen europäischen Gebern. Allerdings finden wir in gemeinsamen Studie mit Kollegen der Universität St. Gallen und Monash-Universität Belege, dass mehr chinesische Entwicklungsprojekte in Hauptstädten, reicheren Provinzen und den Geburtsregionen afrikanischer Staatenführer angesiedelt werden. Es scheint, dass die Staatenführer Chinas Entwicklungsprojekte für ihre persönlichen politischen Zwecke missbrauchen können.

Was die Auswirkungen auf Entwicklung in den Empfängerländern betrifft, so gibt es zunächst gute Nachrichten. Es zeigt sich ein zeitlich verzögerter Anstieg des Bruttoinlandsprodukts auf Länderebene. Eine Verdopplung chinesischer ODA führt zwei Jahre nach der Hilfszusage zu einem Anstieg des Wachstums von 0,4 Prozentpunkten. Auf Provinzebene lässt sich eine Zunahme von Nachtlicht in denjenigen Regionen erkennen, an die chinesische Gelder vergeben wurden. Sattelitenaufnahmen von Nachtlicht werden in der wirtschaftswissenschaftlichen Forschung oft als Maß für Entwicklung auf Regionalebene verwendet, da für Entwicklungsländer oft keine guten Daten der volkswirtschaftlichen Gesamtrechnung vorliegen.

Allerdings gibt es auch schlechte Nachrichten, wenn man die Nebenwirkungen chinesischer Entwicklungsprojekte in Afrika betrachtet. Eine kürzlich erschienene Studie eines Forschungsteams der Universitäten Göteborg und Oslo zeigt, dass in Umfragen von einer erhöhten Korruption in denjenigen Gebieten berichtet wird, in denen chinesische Entwicklungsprojekte implementiert wurden. Das gleiche Autorenteam findet, dass Chinas Entwicklungsprojekte Gewerkschaftsaktivitäten in ihrer geografischen Umgebung schwächen. Kollegen vom College of William & Mary zeigen in einer Studie, dass chinesische Entwicklungsprojekte in Forstschutzbereichen zu einer stärkeren Entwaldung führen können aber nicht müssen—je nachdem, ob eine entsprechende staatliche Regulierung dies verhindert. Es ist daher wichtig, dass sich Afrikas Regierungen mit guten Regulierungen im Arbeitsrecht und Umweltbereich gut aufstellen, um ungewollte Nebenwirkungen abzufedern und von den Wachstumsimpulsen chinesischer Entwicklungsprojekte zu profitieren.

Die Antwort stammt von Andreas Fuchs. Er gehört zum Forschungsbereich „Armutsminderung und Entwicklung“ des IfW Kiel und ist Inhaber der gemeinsamen Professur für Umwelt-, Klima- und Entwicklungsökonomik der Helmut-Schmidt-Universität Hamburg (HSU/UniBwH) und des Instituts für Weltwirtschaft (IfW Kiel).

Tabea Lakemann, Research Fellow am GIGA Institut für Afrika-Studien, beantwortet die Frage folgendermaßen: 

Das chinesische Engagement auf dem afrikanischen Kontinent wurde seit dem ersten China-Afrika-Gipfel im Jahr 2000 stetig intensiviert und ist thematisch und geografisch breit gefächert: Es reicht von umfangreichen Investitionen in Infrastruktur über Entwicklungshilfe-Maßnahmen und Privatinvestitionen bis hin zur Bereitstellung von Truppen für UN-Friedensmissionen in einigen afrikanischen Ländern. Diese vielen verschiedenen Aktivitäten lassen sich nicht pauschal positiv oder negativ bewerten.

Angenommen, uns interessiert Chinas Einfluss auf die wirtschaftliche Entwicklung afrikanischer Staaten: Das chinesische Engagement in Afrika ist in überwältigendem Maße von eigenen wirtschaftlichen Interessen getrieben. China ist inzwischen der wichtigste Handelspartner des Kontinents, Herkunftsland der meisten neu getätigten Direktinvestitionen und bei weitem der wichtigste Finanzgeber für Infrastrukturprojekte. Anders als beispielsweise westliche Geberländer oder die Weltbank bietet China Pakete von der Finanzierung durch staatliche Banken bis hin zum Bau der Infrastruktur durch private chinesische Firmen an. Für die chinesische Seite hat das den Vorteil, dass Überkapazitäten in der Bauindustrie nach Afrika „exportiert“ werden können, während Gewinne zurück nach China fließen. Gleichzeitig sichert sich China so vielerorts den Zugang zu Bodenschätzen sowie strategisch wichtigen Einrichtungen und Anlagen. Auch für afrikanische Volkswirtschaften hat das Arrangement durchaus seinen Reiz: Mit dem Bau von Straßen, Bahnlinien, Tiefseehäfen und Kraftwerken trägt China zum Abbau der enormen Infrastrukturdefizite bei, die vielerorts wirtschaftliche Entwicklung behindern. Es gibt jedoch auch berechtigte Gründe zur Skepsis. Oft kommen kaum afrikanische Arbeitskräfte zum Zuge, sodass wenig Wertschöpfung im jeweiligen Land verbleibt. Sehr problematisch sind auch die hohe Verschuldung afrikanischer Staaten gegenüber China und die Tatsache, dass Kredite oft aus den Gewinnen der Infrastrukturprojekte zurückgezahlt werden sollen. Fallen diese geringer aus als erwartet, gerät das afrikanische Land in Zahlungsschwierigkeiten. Anfang 2019 sind mehr als fünfzehn afrikanische Staaten zahlungsunfähig oder von der Zahlungsunfähigkeit bedroht – mehrere dieser Staaten stehen tief bei China in der Kreide. Insgesamt bedeutet Chinas Engagement also Entwicklungschancen für afrikanische Staaten, birgt aber auch umfangreiche Risiken. Wichtig für afrikanische Regierungen ist, dass sie Verhandlungsspielräume voll ausnutzen, um für sich die besten Konditionen auszuhandeln – und wenn nötig auch einmal Nein zu einem Projekt sagen.

 

Wieso träumt man und kann man Träume sichtbar machen?

Die Gründe, warum wir träumen, sind leider immer noch nicht vollständig bekannt. Es gibt Hinweise darauf, dass während des Schlafs Gedächtnisinhalte verfestigt werden, wenn wir tagsüber etwas gelernt haben. Inwieweit hierfür jedoch Träume notwendig sind, ist nicht geklärt. Träume sind Erlebnisse, die im Gehirn generiert werden, insofern ist es bisher nicht möglich, sie – wie beispielsweise in einem Film – sichtbar zu machen. Wir wissen aber, dass in bestimmten Schlafphasen Träume besonders häufig auftreten und besonders bizarr sind. Diese Schlafphasen, es handelt sich hier um den „rapid eye movement“ oder REM-Schlaf, können wir durch Ableitung von Gehirnströmen erkennen.

Die Antwort stammt von Michael Nitsche, Leiter des Forschungsbereichs Psychologie und Neurowissenschaften am Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund (ifADo).

 

Was ist der Grund für das im Vergleich zur Lufttemperatur signifikant stärkere Ansteigen der Temperatur der Seen weltweit?

Die Oberflächentemperaturen flacher Seen folgen meist dem Trend der Lufttemperaturen. Im Zusammenhang mit der globalen Erwärmung sind die sommerlichen Oberflächentemperaturen von Seen seit 1985 um 0.34°C pro Jahrzehnt angestiegen (O’Reilly et al. 2015). Tiefe Seen, die im Winter normalerweise eisbedeckt sind, weisen sogar einen durchschnittlichen Erwärmungstrend von 0.72°C auf, wenn sie in Gebieten liegen, in denen neben den Lufttemperaturen auch die Sonneneinstrahlung ansteigt – also der Bewölkungsgrad abnimmt.

Das hat vor allem zwei Gründe: Erstens führt die Kombination aus kürzerer Eisbedeckung und klimatischen Veränderungen wie höherer Lufttemperatur und stärkerer Strahlung dazu, dass Seen zeitiger im Frühjahr eine thermische Schichtung ausprägen. Über viele Monate durchmischt sich dann ihre Wassersäule nicht mehr bis zu den kühleren Schichten am Grund des Gewässers, sodass sich das Oberflächenwasser stärker erwärmen kann als die vergleichbaren Lufttemperaturen. Zweitens sind Seen in der Lage, die Wärme der Sonnenstrahlung zu akkumulieren und zu speichern. Die Eis- und Schneedecke in den Wintermonaten wirkt dem entgegen, da sie einen Großteil der Strahlung reflektiert. Je kürzer also die Eisbedeckung andauert, desto schneller erwärmt sich ein See – eine Wechselwirkung ähnlich wie wir sie aktuell in der Arktis beobachten können. Eine gegenläufige Tendenz zeigt sich aber z.B. in Hochgebieten, wo durch die Klimaveränderungen die atmosphärische Transparenz abnimmt. Seen bekommen dort weniger Strahlungswärme und so steigt ihre Temperatur langsamer als die Lufttemperaturen.

In unserem Dossier „Seen im Klimawandel“ erklären wir übrigens, welchen Veränderungen Seen schon heute unterliegen und welche Szenarien wir voraussichtlich zu erwarten haben.

Die Antwort stammt von Rita Adrian, Abteilungsleiterin Ökosystemforschung am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB).

Wie kann man mehr NaWaRos (nachwachsende Rohstoffe) finden?

Die Natur bietet uns eine Vielzahl nachwachsender Rohstoffe. Die Frage ist, ob wir sie für unsere Bedürfnisse überhaupt nutzbar machen und wofür wir sie einsetzen können. Viele der nachwachsenden Rohstoffe gibt es nämlich nicht in ausreichender Menge, was deren ökonomische Verwendung unmöglich macht. Oder ihre einzelnen Inhaltsstoffe lassen sich nur mühsam voneinander abtrennen, wie z.B. bei natürlich vorkommenden Proteinen, die aus 20 verschiedenen Aminosäuren bestehen. Einige nachwachsende Rohstoffe – Stärke und Zucker, z.B. aus Mais, Zuckerrübe oder Zuckerrohr, sind unsere Nahrungsgrundlage. Deren Nutzung für andere Zwecke ist nicht tragbar. Algen werden häufig als nachwachsender Rohstoff mit viel Potential gehandelt. Allerdings wird für deren Anwendung extrem viel Wasser benötigt und viele der Methoden zur Nutzbarmachung sind unwirtschaftlich und letztlich nicht so ökologisch wie erhofft.

Die Bereitstellung ausreichender Mengen von Energie- und Kraftstoffen aus nachwachsenden Rohstoffen ist aktuell nicht realistisch. Deswegen ist die Energiegewinnung aus Sonne, Wasser, Wind und geothermischen Quellen auch so wichtig. Unser Bedarf an Chemikalien allerdings kann durch nachwachsende Rohstoffe gedeckt werden. Bringt uns das weiter? Ja, denn Chemikalien bilden die Grundlage für viele Gebrauchsgegenstände unseres Alltages: so z.B. Medikamente, Reinigungs- & Waschmittel, Lacke & Farben, Kosmetik, Duftstoffe, Düngemittel für die Landwirtschaft und nicht zuletzt Kunststoffe.

Der bislang interessanteste nachwachsende Rohstoff für die Herstellung von Chemikalien ist Lignocellulose. Davon gibt es ausreichende Mengen, z.B. in Form von Holz, als Abfälle der Landwirtschaft oder der Papierindustrie. Genügend, um allen heutzutage existierenden Chemikalien als Rohstoff zu dienen.

Wie geht man also weiter vor? Aus Lignocellulose wird Cellulose abgetrennt und daraus Zucker hergestellt. Der Zucker dient dann entweder als Ausgangsstoff für die fermentative – also biochemische – Herstellung von Chemikalien oder für die Herstellung in katalytischen Prozessen. Zwar werden noch nicht alle heutzutage verwendeten Chemikalien auf diese Weise hergestellt, aber es werden täglich neue Verfahren publiziert da sehr viele Wissenschaftler auf diesem Gebiet arbeiten. Lignin, das nach der Abtrennung von Cellulose aus Lignocellulose überbleibt, kann noch nicht so effektiv genutzt werden. Aber auch auf diesem Gebiet arbeiten Forscher intensiv an Lösungen zur Nutzbarmachung für die Chemikalienherstellung.

Rohstoffe, die heute auch schon Verwendung finden, sind Fettsäuren, die man aus Fetten gewinnen kann und Terpene, die bei der Papierproduktion anfallen. Immer häufiger dienen auch Abfälle aus der Landwirtschaft und sogar der Fischerei – hier sei Chitin genannt – als Rohstoffe. Auch hier gibt es noch Potential.

Es ist natürlich nicht auszuschließen, dass es weitere, noch nicht bekannte nachwachsende Rohstoffe gibt. Es ist aber eher unwahrscheinlich, dass diese in ausreichenden Mengen vorhanden sind.

Die Antwort stammt von Johannes G. de Vries, Vorstandsmitglied und Bereichsleiter des Forschungsbereiches Katalyse mit erneuerbaren Rohstoffen am Leibniz-Institut für Katalyse e.V. Rostock (LIKAT).

 

Die Asthmatikerfrage: Enthält die Luft im Wald in unseren mittleren Breiten eigentlich im Winter weniger Sauerstoff als im Sommer?


Die gestellte Frage ist wissenschaftlich komplex und interessant.

Sauerstoff kam vor einigen tausend Millionen Jahren quasi als „Umweltgift“ in die Erdatmosphäre. Mit der Erhöhung der Gehalte an Sauerstoff dürfte sich das Leben auf der Erde dramatisch verändert haben. Somit klingt es auch sehr wahrscheinlich, dass jahreszeitliche Schwankungen an Sauerstoff messbar sein müssten. In unseren Breiten, mit dem Laubfall im Herbst und der blattlosen Zeit im Winter, klingt dies plausibel. Denn Pflanzen produzieren über die Photosynthese Biomasse und den Sauerstoff. Im Winter ruhen oder reduzieren sich diese Prozesse bei vielen Pflanzen, Algen und Bakterien. So konnte es auch nachgewiesen werden: Der Gehalt an Sauerstoff schwankt jahreszeitlich. Jahreszeitlichen Schwankungen sind messbar, allerdings physiologisch vernachlässigbar. Diese sind also nicht gesundheitlich relevant. Wäre dies anders, hätten wir Probleme auf einen Berg zu steigen, da in zunehmender Höhe der Sauerstoffgehalt dramatisch sinkt. Auf den höchsten Gipfeln der Erde beträgt dieser nur noch ein Drittel des Gehalts auf Meereshöhe.

Ausgangsstoff für die Photosynthese ist Kohlendioxid. Als „Klimagas“ besitzt CO2 eine hohe Aufmerksamkeit und Popularität. Allerdings sind die Gehalte in der uns umgebenden Luft im Vergleich zu Sauerstoff mit über 20 Prozent oder sogar Stickstoff mit knapp 80 Prozent extrem gering. Diese bewegen sich im Promillebereich. Somit lassen sich die hohen Sauerstoffgehalte in der Atmosphäre nicht allein durch biologische Soffkreisläufe erklären. Vielmehr profitieren wir und viele andere heute etablierte Lebensformen von einer über viele Millionen Jahre erfolgten Anreicherung des Sauerstoffs in der Atmosphäre. Auch dafür sind nicht ausschließlich biologische Faktoren wie Pflanzen, Algen und Blaualgen verantwortlich. Ein veränderter Vulkanismus und das Aufsteigen sauerstoffreicher Magmaschichten haben zur Anreicherung des einstigen „Umweltgifts“ geführt und damit zur Entstehung des Lebens, wie wir es kennen.

Die Frage zu Sauerstoff und Kohlendioxid kann gut erweitert werden.

Ein noch junges Forschungsfeld ist z. B. die Analyse von Sekundärstoffwechselprozessen und Produkten. So hat sich auch bei Pflanzen die Metaboliten-Profilierung als Forschungsgebiet entwickelt. Man weiß, dass Pflanzen ähnlich wie Bakterien sehr komplexe und vor allem vielfältige Chemiefabriken darstellen. Sie synthetisieren eines der stärksten Nervengifte – Nikotin. Neben den für das eigene Überleben essentiellen Stoffwechselprodukten synthetisieren Pflanzenzellen somit auch eine immense Vielfalt an sekundären Inhaltsstoffen. Dazu zählen auch volatile, also flüchtige Stoffe. Diese übernehmen vielfältige Funktionen zum Schutz, zur Kommunikation und Signalübertragung einer Pflanzen oder von Pflanzen mit ihrer Umgebung. Einige dieser Stoffe haben auch auf unseren Körper eine physiologische Wirkung. Ohne in eine pseudowissenschaftliche Richtung abrutschen zu wollen – es gibt Hinweise, dass der Wald oder ein Waldspaziergang oder auch schon Waldluft auf Grund solcher von Pflanzen produzierten komplexen Stoffgemische eine gesundheitlich fördernde Wirkung besitzen. Was in der Vergangenheit auf Erfahrungswissen beruht hat, kann durch analytische Methoden auch faktisch nachgewiesen werden. Viele dieser volatilen Verbindungen sind in der Vegetationsperiode bedeutsam und unterliegen, da ihre Erzeugung für Pflanzen ressourcenaufwendig ist, jahreszeitlichen Schwankungen. So auch ihr Syntheseorte – das Blatt. Im Gegensatz zum Sauerstoffgehalt lässt sich auf Grund der spezifischeren Funktion solcher flüchtigen Verbindungen vermuten, dass kleinere Schwankungen in der Umgebung eine größere physiologische Wirkung entfalten können. Also nicht nur der Sauerstoffgehalt, sondern komplexe Stoffgemische sind spannende Forschungsfelder.

Ich hoffe, diese Gedanken helfen etwas weiter und wecken die Neugierde an Wissenschaft und der Pflanzenforschung.

Die Antwort stammt von Jens Freitag, Leiter der Geschäftsstelle des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK).

 

Lässt sich Plastik ersetzen? Wie weit ist die Forschung, einen umweltverträglichen Ersatzstoff für Plastik als Verpackungsmaterial zu entwickeln? Und: Wie können wir die Plastikflut eindämmen?

Es ist ein allgegenwärtiges Erbe. Tüten, die in der Atmosphäre schweben, Kanister und Bauteile, die in Meeresströmungen zirkulieren; hinzu kommt die schier unendliche Masse von Mikropartikeln in Böden, Flüssen, Trinkwasser. Wir überschwemmen unsere Erde mit Plastik. Die Folgen unseres Verhaltens auf die Umwelt können wir noch gar nicht abschätzen. Wir wissen nur: Dieses Erbe werden wir lange mit uns herumtragen. Denn Plastik ist ein beständiger Werkstoff. Bis seine Grundbausteine, die Polymere, zersetzt sind, können Jahrhunderte vergehen. Wir erforschen eine Alternative: Biopolymere. Anders als herkömmliche Polymere werden sie nicht aus Erdöl gewonnen, sondern von Pflanzen und Mikroorganismen synthetisiert. Viele Bakterienstämme nutzen Polymere als Depots für überschüssigen Kohlenstoff. Wenn sie später Energie benötigen, zerlegen Enzyme die Polymere wieder in ihre Einzelteile. Biopolymere werden also nicht nur biologisch gebildet, sie sind auch biologisch abbaubar.

Im Labor arbeiten wir mit genetisch veränderten Escherichia coli-Bakterien. Wir füttern sie mit Zucker und einem Alkohol, dessen Moleküle sich zu langen Ketten verbinden. Je länger eine Kette ist, desto fester wird das Polymer, kurze Ketten machen es biegsam. In der Natur variiert die Länge dieser Ketten ständig, aber mit unseren E. coli-Bakterien können wir sie genau definieren: Jede Charge entspricht der nächsten. Um die Biopolymere zu ernten, brechen wir die Bakterienzellen auf und reinigen sie. Am Ende haben wir winzige Plastikkügelchen, die man zu Folien, Verpackungen und anderen Dingen verarbeiten kann. Doch noch können Biopolymere auf dem Markt nicht mithalten, weil sie teurer als erdölbasierte Kunststoffe sind. Die Forschung sucht deshalb nach Mikroorganismen, die Polymere aus landwirtschaftlichen Abfällen herstellen können.

Außerdem müsste die Politik klare Vorgaben machen: Alles, was in die Umwelt gelangen könnte, muss biologisch abbaubar sein. In einigen Bereichen setzen sich biologisch abbaubare Polymere schon heute durch. Für die Medizin werden sie zum Beispiel zu Fäden oder Netzen verarbeitet, die sich nach einer Weile selbst auflösen. Diese Netze stützen schwaches Körpergewebe, das sie umwächst und sich langsam festigen kann. Gleichzeitig beginnen die Zellen, die Biopolymere zu verdauen. Wenn die Verletzung verheilt ist, sind die Biopolymere verschwunden.  Nichts bleibt zurück.

Die Antwort stammt von Miriam Agler-Rosenbaum, Leiterin des „Biotechnikum“ am Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie – Hans-Knöll-Institut.

Eine weitere Antwort gibt Johannes G. de Vries, Vorstandsmitglied und Bereichsleiter des Forschungsbereiches Katalyse mit erneuerbaren Rohstoffen am Leibniz-Institut für Katalyse e.V. Rostock (LIKAT):

Müssen wir tatsächlich Plastik ersetzen oder ist nicht ein achtsamer Umgang damit viel besser? Fast täglich werden wir durch die Medien mit riesigen Plastikmüllbergen konfrontiert, mit ganzen Teppichen von Plastikabfällen, die im Meer treiben und sowohl Meerestiere als auch -pflanzen gefährden. Was treibt da eigentlich genau und wie ist es dorthin gelangt?

Schauen wir uns zunächst einmal an, was da so im Meer treibt: hauptsächlich Verpackungsmüll aus Polyethylen (PE) oder Polystyrol (PS) und Flaschen aus PE, Polypropylen (PP) und Polyethylenterephthalat (PET). Grundsätzlich muss man sich die Frage stellen, ob wirklich so viel Plastik verwendet werden muss. Klar ist, dass nur die Reduktion von Plastikverpackungen die Plastikflut eindämmen kann. Nicht jede Tomate oder Gurke muss verpackt werden. Aber ist auch der Ersatz von Plastik durch andere Materialien eine Lösung des Umweltproblems? Nehmen wir das Material Polyethylen (PE), es gibt da zwei Möglichkeiten:

  1. PE kann in vielen Fällen durch Papier ersetzt werden. Papier ist biologisch abbaubar, hat aber im Vergleich zu PE einen höheren CO2-Fußabdruck (ein Maß für Umweltschädlichkeit). Die Papierproduktion erfordert sehr viel Energie, Wasser und den Einsatz giftiger Chemikalien. Darüber hinaus muss pro Verpackung deutlich mehr Papier als PE verwendet werden, weil es leichter reißt. Letztlich verlieren wir auf der einen Seite, was wir auf der anderen gewinnen.
  2. Ähnliches gilt für Plastikflaschen aus PE, PP oder PET. Die können durch Glas ersetzt werden. Auch die Produktion von Glasflaschen hat einen höheren CO2-Fußabdruck als die von PE. Und man benötigt mehr Energie für den Transport, weil Glasflaschen deutlich schwerer sind.

Kommen wir abschließend auf die Frage zurück, wie der Plastikmüll ins Meer gelangt. Es gibt noch immer viele Länder, die keine Infrastruktur für die Müllentsorgung haben. Die Menschen dort haben schlichtweg keine andere Wahl, als ihre Abfälle zu vergraben, im Fluss oder im Meer zu entsorgen. Dort gilt es, gut funktionierende, lokale Müllentsorgungs- und Recyclingsysteme aufzubauen. Bis vor kurzem haben auch Schiffe ihre Abfälle ins Meer entsorgt. Das ändert sich aktuell zwar durch neue Gesetze, allerdings noch (zu) langsam. Und die vielleicht wichtigste Ursache: Die Achtlosigkeit und Verantwortungslosigkeit von vielen Menschen auch bei uns in Europa.

Und da wären wir wieder beim Anfang: Wir müssen Plastik nicht verdammen, aber achtsam damit umgehen. Das wichtigste ist, im eigenen Leben das richtige zu tun: Verpackungsmaterial so gut es geht zu vermeiden, u.a. mit wiederverwendbaren Taschen, und unseren Müll verantwortungsvoll zu entsorgen.

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