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Kurznachrichten Februar 2008


Mathematische "Chimären" helfen, Parkinson besser zu verstehen

In der Antike war die Chimäre ein Ungeheuer, welches das Land heimsuchte. Die mathematischen Chimären dagegen, die Jülicher Forscher und Ärzte untersuchen, könnten für die Bekämpfung von Krankheiten wie Parkinson wertvolle Erkenntnisse liefern. In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Physical Review Letters stellen Peter Tass vom Forschungszentrum Jülich und seine Mitarbeiter Oleh Omel'chenko und Yuri Maistrenko neue Gesetzmäßigkeiten raumzeitlicher Synchronisationsprozesse vor. Sie untersuchten mathematisch das Verhalten einer großen Zahl von gekoppelten Oszillatoren, also schwingenden Systemen wie zum Beispiel Pendeln oder auch Neuronen im Gehirn.

Die bisherige Lehrmeinung besagt, dass räumlich ausgedehnte Populationen von gekoppelten Oszillatoren entweder alle auf unterschiedliche komplexe Weise im Takt schwingen oder völlig aus dem Takt sind. Die Mischform dieser extremen Zustände, also dass einige Oszillatoren im Takt und andere aus dem Takt sind, wird Chimäre genannt und war nur als theoretischer, in der Natur nicht vorkommender Spezialfall angesehen worden. Die aktuelle Veröffentlichung zeigt dagegen, dass Chimären gerade in medizinisch relevanten Situationen der natürliche Zwischenzustand sind, quasi ein Zustand höherer Ordnung, der aus geordneten und ungeordneten räumlichen Bereichen besteht. "Für einige verbreitete Systeme mit verzögertem Feedback und realistischer Stimulation gibt es einen weiten Parameterbereich, in dem nur Chimären stabil sind", sagt Peter Tass, der in seiner Forschung mathematisch-physikalische Methoden für die Medizin nutzbar macht. Da die Parkinsonsche Krankheit eine fehlerhafte Synchronisation der neuronalen Oszillatoren im Hirn aufweist, könnten die vorliegen neuen Erkenntnisse langfristig auch die Behandlung von Parkinsonpatienten etwa mittels Hirnschrittmachern verbessern. "Aber auch fundamentale Fragen, wie die nach dem Mechanismus der Kommunikation von Nervenzellverbänden, werden hier berührt", so Tass.

Chimera states: the natural link between coherence and incoherence, Omel'chenko et al, PRL 100, 044105 (2008), doi:10.1103/PhysRevLett.100.044105


Selbstorganisation im Detail: Hüpfend ans Ziel

Mittels Videofluoreszenzmikroskopie an stäbchenförmigen Viren ist es Jülicher Forschern gelungen, neue Einblicke in Selbstorgani­sations­prozesse zu gewinnen. Wie sie gemeinsam mit Physikern der Universität Bordeaux im renommierten Fachmagazin Physical Review Letters berichten, verfolgten sie erstmals direkt die Bewe­gungen einzelner Stäbchen in einem selbstordnenden Schichtsystem aus lamellaren Schichten, einer so genannten Smektischen Phase. Jede Schicht dieses Systems besteht aus dicht an dicht gelagerten Stäbchen. Die Forscher beobachteten, dass die Stäbchen sich kaum innerhalb der jeweiligen Schichten bewegen, aber von Schicht zu Schicht hüpfen. Das ist erstaunlich, weil dies dem übergeordneten Ordnungsbestreben entgegenzulaufen scheint und die Überwindung einer Energiebarriere erfordert. Offensichtlich ist der entscheidende Faktor der zu Verfügung stehende Platz: Seitlich ist einfach keine Bewegung möglich. Die neuen Erkenntnisse könnten helfen, Ordnungs­prozesse in Zellmembranen oder Flüssigkristallen besser zu verstehen. Möglich wurden die Beobachtungen, weil die Forscher einzelne Stäbchen anfärbten und dadurch vor einem Hintergrund völlig identisch aussehender Stäbchen erkennen konnten. Als Stäb­chen verwendeten sie fd-Viren, die den Vorteil haben, von Natur aus eine gleichmäßige Form und Größe zu besitzen. Die Versuchs­anordnung bietet breite Einsatzmöglichkeiten für verschiedene physi­kalische und biologische Fragen.

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M.P. Lettinga and E. Grelet, "Self-Diffusion of Rodlike Viruses through Smectic Layers", Phys. Rev. Lett., 99, 197802, 1-4, (2007)


Wasserstoff - Klimaretter oder Ozonkiller?

Wasserstoff soll in Zukunft als Träger für die Energie aus regenerativen Quellen wie Sonne und Wind dienen. Ein Netz aus Wasserstofftankstellen könnte die bisherigen Zapfsäulen dann ersetzen. In der renommierten Fachzeitschrift Geophysical Research Letters schätzen Jülicher Forscher nun ab, welchen Einfluss der Wasserstoff auf die Ozonschicht haben könnte, der aus einem weit verzweigten Wasserstoffnetz durch Leckagen entweicht. Beispielsweise ist Wasserstoff eine Quelle für Wasserdampf, der über die Bildung von Stratosphärenwolken die Produktion von ozonvernichtenden Chemikalien ankurbelt.

Die ersten Ergebnisse, die in enger Zusammenarbeit der Jülicher Forschungsbereiche Energie und Umwelt entstanden sind, geben jedoch Entwarnung. Selbst wenn die Hälfte der heutigen fossilen Energieträger durch Wasserstoff ersetzt werden könnte und 10 Prozent des Gases entweichen würden, wäre der zusätzliche Ozonverlust geringer als vier Prozent. Mit realistischeren Annahmen ist der Schaden fast verschwindend. Hinzu kommt, dass die volle Schadwirkung nur im Beisein von FCKW eintritt. Dank des FCKW-Verbots wird dessen Konzentration jedoch bis 2050 stark reduziert. Was bleibt sind die positiven Effekte durch den Verzicht auf fossile Energieträger.

Sensitivity of Arctic ozone loss to stratospheric H2O, T. Feck et al., GEOPHYSICAL RESEARCH LETTERS, VOL. 35, L01803, doi:10.1029/2007GL031334, 2008

Ansprechpartner:
Martin Riese, 02461 61 2065, ICG-1, m.riese@fz-juelich.de
Thomas Feck, 02461 61 6553, IEF-PBZ, t.feck@fz-juelich.de

Zum Artikel im Internet


Aktuelle Termine:

Auf dieser Seite finden Sie aktuelle Konferenzen und Veranstaltungen im und mit dem Forschungszentrum Jülich, unter anderem:


Symposium zum Supercomputing

20. – 22. Februar, Forschungszentrum Jülich, 4. NIC-Symposium

Viele gute und interessante Forschungsprojekte wurden im vergangenen Jahr auf den Jülicher Supercomputern unter dem Dach des NIC (John von Neumann-Institut für Computing) simuliert: Proteinfaltung, Sternenentstehung oder Blutpumpen. Nun stellen die Forscher die erfolgreichsten Projekte in Vorträgen und Postern vor. Krönender Abschluss der Veranstaltung ist die


Feierliche Einweihung des Supercomputers JUGENE

22. Februar, 11:00 Uhr, Großer Hörsaal des Forschungszentrums.
Es werden Gäste aus Politik, Wirtschaft und Wissenschaft erwartet.

Mehr Informationen unter:


Messe: Jülicher Brennstoffzellen produktreif

19. – 21. Februar, Essen, Messe E-World, Halle 3 und CCE Ost

Brennstoffzellen können die Energieversorgung revolutionieren. Im Leistungsbereich um zwei Kilowatt setzt jetzt ein Hubwagen Maß­stäbe, den ein Entwicklungskonsortium unter der Federführung des Forschungszentrums Jülich zur Produktreife führt. Der eigens dafür konzipierte Antrieb mit Direktmethanol-Brennstoffzellen (DMFC) eignet sich ideal für diesen Nischenmarkt.



Pressekontakt

Kosta Schinarakis
Wissenschaftsjournalist, Unternehmenskommunikation
Forschungszentrum Jülich
Telefon: Tel. 02461 61-4771
E-Mail: k.schinarakis@fz-juelich.de


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