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Schonmal Seifenblasen beim Platzen zugeschaut?

Felix Bohne — Thu, 10 Jun 2010 09:08:20 +0000

Seifenblasen sind etwas tolles. Unsere kleine Tochter befindet diese fragilen Gebilde im Moment als so ziemlich das Faszinierendste, was in ihrer Welt exisiert. Und wie könnte man es ihr verdenken. Die in allen Regenbogenfarben schillernden Bubbles sehen einfach klasse aus. Doch wie steht es um die Wissenschaft rund um die Leichtgewichte? Die Frage, ob man die Dinger einfrieren kann,wurde bereits bei Kopfball beantwortet.

Eingefrorene Seifenblase (Kopfball)

Doch was genau passiert, wenn der hauchdünne, zum zerreissen gespannte, Film aus Wasser und Detergenzien, letztendlich nachgibt? Für das menschliche Auge ist dieser Prozess eindeutig zu schnell, als dass man Einzelheiten auflösen könnte. Genau deshalb haben sich einige Physiker am MIT, das ganze mal genauer angeschaut. Und diese Arbeit zeigt, dass man keine Teilchenbeschleunigermonstermaschine benötigt um “bahnbrechende” Ergebnisse im Fachmagazin “Nature” zu publizieren. Ein Strohhalm und etwas Seifenwasser ist da schon ausreichend.

Sie bliesen also ein paar Blasen durch einen Strohhalm und beobachteten den Platzprozess mit einer Hochgeschwindigkeitskamera. Sie beobachteten dabei, dass die Blasen beim Platzen einen Ring aus winzigen Tochteblasen produzierte (Video). Doch warum tut sie das?

Platzende Seifenblase (courtesy: Nature Magazine; James Bird et al.)

Die Wissenschaftler beobachteten, das die Seifenmembran beim Platzen in sich zusammenfaltet und eine Donut-förmige Ringstruktur ausbildet, die beim Auftreffen auf den Untergrund wiederum zerrissen wird und die winzigen Tochterblasen bildet. Und die Tochterblasen können denselben Vorgang widerholen (erinnert mich irgendwie an die unendlich kleiner werdenden Wiederholungen der Mandelbrot Strukturen!).

Die folgenden drei Jahre verbrachten die Wissenschaftler mit der Formulierung einer physikalischen Gesetzmässigkeit der platzenden Seifenblasenstruktur und stellten fest, dass der Prozess auf drei Variablen eingrenzbar ist: die Oberflächenspannung der Blase, die Massenträgheit der Flüssigkeit und der Druck des eingeschlossenen Gases. Diese Formel beschrieb nun die oben genannten Vorgänge beim Platzen der Seifenblase und zeigte zusätzlich, dass noch eine Variante mit zwei “Lufteinschlüssen” möglich ist, die noch mehr Tochterblasen generieren müsste und eine zweit Variante, ohne Lufteinschluss und damit auch ohne Tochterblasen.

Selbst praktische Anwendungen beherbergt diese Forschung. So sind Blasen zum Beispiel ein anhaltendes Problem bei der Fertigung von Glasprodukten, die die Stabilität des Produktes negativ beeinflussen können. Und auch in der Klimaforschung kommen Blasen vor: So sind Meerwasserblasen massgeblich an der Bildung Salzhaltiger Aerosole beteiligt, die wiederum für die Wolkenbildung wichtig sind. Es steckt also eine Menge Wissenschaft in der Seifenblase.

Bird, J., de Ruiter, R., Courbin, L., & Stone, H. (2010). Daughter bubble cascades produced by folding of ruptured thin films Nature, 465 (7299), 759-762 DOI: 10.1038/nature09069

Akupunktur – und irgendetwas tut sich doch!

Felix Bohne — Mon, 31 May 2010 10:02:49 +0000

Grundsätzlich würde ich mich als Skeptiker bezeichnen, was alternative Medizin angeht. Kürzlich las ich eine mathematische Abhandlung über einen “homöopathischen Urin-Selbstversuches mit einer C30 Potenz. Ich glaube es war in einer Diskussion bei Scienceblogs.de, bei der ein Kommentator berechnete, dass die oben genannte C30 Potenzierung des ursprünglichen Mililiters Urin in 30 Verdünnungsschritten von 1/100 in Wasser einer Gesamtverdünnung des ursprünglichen Mililiters Urin in mehreren Kubiklichtjahren Wasser entsprechen würde. Da musste ich doch ein wenig schmunzeln. Doch was ist mit Akupunktur? Ich kann mich an eine Studie erinnern, bei der eine Gruppe Probanden durch Pflaster hindurch akupunktiert wurde, und die andere, nur in die Pflaster gestochen wurden, und das Ergebnis keine Unterschiede lieferte. Doch es gibt eben auch Studien, die in bestimmten Bereichen, wie der Schmerztherapie, einen signifikanten Effekt zeigen. Und nun gibt es ein neues Paper, und zwar in “Nature Neuroscience”, was zumindest einen harschen “Peer Review” Prozess garantieren sollte, das einen signifikanten molekularen Effekt in einem Mausmodell zeigt! Also weiterhin Skeptiker oder vielleicht dich noch mal drüber nachdenken?

Die Ergebnisse zeigten auf jeden Fall, dass das Mausmodell, auf die durch die Akupunktur ausgelöste Aktivierung der Nocirezeptoren, welche Signale von Verletzung oder potentieller Verletzung in der Haut perzipieren, mit einer Überproduktion von Adenosin reagierten. Adenosin ist als ATP an der Energieversorgung der Zelle beteiligt, reguliert den Schlafrythmus und den Herzschlag, besitzt aber auch eine Funktion als natürliches Schmerzmittel.

In diesem Experiment wurden den Mäusen Akupunturnadeln in einem etablierten Akupunturpunkt, dem Zusanli Punkt, am Knie gesetzt und während 30min alle 5 min vorsichtig gedreht (so macht man das wohl, wenn man dieser Heilprkatiken Herr ist!). Danch wurden mechanische oder temperaturinduzierte Schmerzreaktionen provoziert und die Reaktionen ausgemessen. Ausserdem wurde im Gewebe nahe der Akupunkturnadeln, die Konzentration von Adenosin gemessen.

Dabei zeigte sich, dass bei akupuntierten Mäusen die Reaktion auf die Stimulation viel geringer ausfiel, was auf einen schmerzlindernden Effekt der Akupunktur hinweist. Ausserdem wurde eine bis zu 24-fache Steigerung der extrazellulären Adenosin-Konzentrationen mittels HPLC ermittelt. Um diese Ergebnisse zu untermauern, benutzten die Forscher eine Adenosinrezeptor-Knock-Out-Maus, die dieses Signal nicht perzipieren kann, und der Effekt der Akupunktur wurde aufgehoben. Für einen weiteren Versuch bedienten sich die Wissenschaftler eines Leukämiemedikaments, dass den Abbau von Adenosin um ein Vielfaches verzögert, und damit wurde auch die schmerzlindernde Wirkung der Akupunktur verlängert.

Ich bin nun bestimmt kein Experte auf diesem Gebiet, doch die Studie macht mir persönlich einen soliden Eindruck und das Journal spricht bestimmt auch für sich.

Goldman, N., Chen, M., Fujita, T., Xu, Q., Peng, W., Liu, W., Jensen, T., Pei, Y., Wang, F., Han, X., Chen, J., Schnermann, J., Takano, T., Bekar, L., Tieu, K., & Nedergaard, M. (2010). Adenosine A1 receptors mediate local anti-nociceptive effects of acupuncture Nature Neuroscience DOI: 10.1038/nn.2562

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Zwangsstörungen können durch Knochenmarkstransplantation geheilt werden!

Felix Bohne — Fri, 28 May 2010 15:21:20 +0000

Zwangsstörungen (Zwangshandlungen) beschreiben ein Krankheitsbild, bei dem sich eine bestimmte Handlung, gegen den Willen des Betroffenen immer wieder aufzwängt und somit dessen “normalen” Lebenswandel stört. Einige Beispiele sind Wasch- oder Putzzwang, aber auch Kontrollzwang oder Kleptomanie zählen zu dieser Gruppe von Störungen. Bisher war man der Meinung, dass eine Entwicklungsstörung des Gehirns zu Grunde liegt und zu der Ausprägung dieser Krankheit beiträgt. Doch neue Studien weisen in eine andere Richtung. Forschern ist es an einem Tiermodell gelungen, die Zwangshandlungen und deren Auslöser einzugrenzen. Bei diesem Modell handelt es sich um eine Maus, die eine Mutation im Gen Hoxb8 trägt. Dieses Gen gehört zu einer Gruppe von Genen, die den Körperbauplan im sich entwickelnden Embryo definieren und an der Organisation von Organen und Geweben beteiligt sind. In diesen Mäusen kommt es aber auch zu einem gehäuften Entfernen von Körperbehaarung, was zu kahlen Stellen und Wunden führt. Dies ist durchaus mit einer Zwangshandlung vergleichbar.

Bei der Untersuchung der Tiere stellten die Forscher fest, dass das Hoxb8 Gen im Gehirn von Mikrogliazellen exprimiert wird. Diese spezialisierten Immunzellen patroullieren das Gehirn auf der Suche nach Zellabfällen und Pathogenen, doch mit Verhaltensstörungen wurden sie bisher noch nicht in Verbindung gebracht. Ausserdem zeigten die Mutantenmäuse eine Veringerung der Mikrogliazellen im Gehirn. Um dem Prozess auf den Grund zu gehen verfolgten sie den Ursprung der Mikrogliazellen ins Knochenmark zurück, den Entstehungsort aller Immunzellen und da kam ihnen die zündende Idee. Wie bei einem Leukämiepatienten, dessen entartete Immunzellen abgetötet und danach durch die Transplantation gesunder Zellen ersetzt werden,könnte man in diesem Fall denselben Therapieansatz anwenden. Gesagt getan, und das Ergebnis war Úberzeugend. Die Tiere wurden durch den Austausch ihrer mutierten Mikrogliazellen von ihrer Zwangshandlung befreit.

Ob sich daraus eine für den Menschen anwendbare Therapie ableiten lässt bleibt abzuwarten, aber eine vielversprechender Ansatz könnte es schon sein.

Chen, S., Tvrdik, P., Peden, E., Cho, S., Wu, S., Spangrude, G., & Capecchi, M. (2010). Hematopoietic Origin of Pathological Grooming in Hoxb8 Mutant Mice Cell, 141 (5), 775-785 DOI: 10.1016/j.cell.2010.03.055

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