filou 3iird|cr ^rilling FORSCHUNG UND TECHNIK Mittwoch, S. Augutt 1981 Nr. 178 43

Ein Buch feiert Jubiläum Der Holzwurm ein Ueberlebenskünstler

So wurde In der Nacht vom 5. Oktober de) Jähret I5P1 In Nürnberg ein Nordlicht erlebt. Die für diese geographische Breite ungewöhnlicheErscheinung löste Angst und Schrecken aus und wurde eis Warnzeichen Gottes gedeutet.

Vor hundert Jahren publizierte der Schweizer Her-mann Fritz (1830 die Monographie «Das Po-larlicht», die auch heute noch zu den grundlegenden

Werken zählt. In diesen Wochen treffen die Geophy-

siker in Edinburg zu einer internationalen Tagung derInternationalen Assoziation für Geomagnetismus undAeronomie zusammen, wobei auch das Werk vonHermann Fritz gewürdigt werden soll.

Hermann Fritz war eigentlich kein «richtiger»Geophysiker. Er hatte an der früheren Polytechni-

schen Anstalt in Darmstadt Maschinenbau studiertund kam als Hilfslehrer an das Eidgenössische Poly-technikum, die heutige ETH Zürich. 1872 wurde erzum Titularprofessor ernannt und las Ober allgemeine

Maschinenlehre. Es ist bemerkenswert, dass Fritz ne-ben diesen Berufspflichten zur Geophysik gelangte.

Das hatte vor allem zwei Gründe: Einmal gab es dieGeophysik als selbständige Wissenschaft noch nicht;erst 1898 wurde der erste Lehrstuhl für Geophysik

und ein entsprechendes Geophysikalisches Institut ander Universität Göttingen mit Emil Wiechert besetztSo kam es, dass in dieser Zeit viele Wissenschafterentsprechend ihren Neigungen auch Forschungen zusolchen Disziplinen lieferten, die eigentlich nicht ihrausgewiesenes Gebiet waren. Hinzu kommt bei Fritzdie freundschaftliche Beziehung zum damaligen Di-rektor der Eidgenössischen Sternwarte in Zürich, demAstronomen Rudolf Wolf.

Nordlichter finden bereits in Berichten aus derAntike Erwähnung (Aristoteles, Plinius, Seneca). Sowird etwa berichtet, dass zur Zeit des römischen Kai-sers Tiberius sogar die Kohorten nach Ostia inMarsch gesetzt wurden, weil der Himmel in Flammenstand und man meinte, Ostia sei in Brand gesetzt wor-den. Aehnliches wird auch aus unseren Tagen berich-tet: Als in den Jahren 1957 in Mitteleuropa auf-fallende rote Nordlichter gesehen wurden, kam es im-mer wieder vor, dass die Feuerwehr alarmiert wurde.Im Mittelalter und zu Beginn der Neuzeit wurden dieNordlichter als «erschröckliche Wunderzeychen» be-trachtet, die kommendes Unheil oder gar unglückseli-ges persönliches Geschick ankündigten. Was Carl Gu-stav Jung zur Bemerkung veranlasste, bei diesen und

anderen absonderlichen Himmelsbildern handle es

sich um an den Himmel projizierte Aengste der Men-schen. Fortschritte in der Erkenntnis der Nordlichterwaren erst dem 19. Jahrhundert vorbehalten. 1741 hat-ten Celsius und Hiorter einen Zusammenhang zwi-schen dem Auftreten von Nordlichtern und unregel-mässigen Veränderungen im Magnetfeld bemerkt.1851 machte Sabine auf weitere Beziehungen zwi-schen Sonnenaktivität und Erdmagnetfeld aufmerk-sam. Indes: alles blieb Stückwerk, und selbst Alexan-der von Humboldt fand keine hinreichende Erklärung

für diese Naturerscheinung.

Zwei Forscher aus Zürich brachten die Nordlicht-forschung plötzlich weiter: Hermann Fritz und Ru-dolf Wolf. 1865 hatte Wolf eine einfache Formulie-rung gefunden, wie die täglichen Sonnenflecken stati-stisch erfasst werden können. Mit dieser sogenannten

Sonnenflecken- Relativzahl konnte die Sonnenaktivitätleicht beschrieben und ihr jeweiliger Wandel erfasstwerden; es fand sich ein regelmässiger elfjährigerSonnenfleckenzyklus. Aufbauend auf einem von Wolferstellten und fast 6000 Nordlichter umfassenden Ver-zeichnis, veröffentlichte Fritz 1873 ein «Verzeichnisbeobachteter Polarlichter», das nahezu 10 000 Einzel-daten erfasste. Dabei teilte Fritz die Beobachtungen infünf Gruppen nach geographischen Längen und Brei-ten ein und bildete die Jahressummen.. Auf Grund die-ser Daten erkannte Fritz, dass ein Zusammenhang

zwischen dem Auftreten der Nordlichter und der Son-nenaktivität bestand: Jahre maximaler Sonnentätig-

keit waren ebenfalls Jahre -mit maximalen Nordlich-tern. Um die geographische Verteilung der Nordlich-ter zu erfassen, führte Fritz noch den Begriff Isochas-men ein, Ortskurven aller Punkte der Erdoberfläche,

für welche das Auftreten der Nordlichter gleich häufig

zu erwarten ist, und veröffentlichte 1874 eine Weltkar-te, welche die geographische Verbreitung der Nord-lichter zeigt. 1881 schliesslich legte er der Fachweltseine auch heute noch häufig im internationalenSchrifttum zitierte Monographie «Das Polarlicht»vor. In weiteren Beiträgen befasste sich Fritz mit derErforschung bestimmter meteorologischer Ereignisse

und der Sonnentätigkeit.mfried Schröder

Der Holzwurm ist besser als sein Ruf: Er ist einUeberlebenskünstler, ein gutes Beispiel dafür, mitwelcher Meisterschaft die Natur es fertigbringt, auchdie schwierigsten «ökologischen Nischen» zu besie-deln und selbst so wenig nahrhafte Stoffe wie Holz zueinem Lebensraum für Kerbtiere werden zu lassen.Das Auffinden von Holzwürmern verlangt allerdings

Geduld. Die Larven wachsen nur sehr langsam undbrauchen mehrere Jahre, um ihre Entwicklung zuvollenden. Doch selbst dann ist es schwierig, die nurwenige Millimeter grossen, zylindrischen Käfer aufdem Fensterrahmen zu entdecken, wohin sie vom Ta-geslicht angezogen werden. Der Holzwurm, der anMöbeln kleine runde Löcher mit herausrieselndemHolzmehl hinterlässt, ist ein Nagekäfer der Familie«Anoboiidae». Fälschlicherweise werden diese Tiereoft als «Klopf-» oder «Pochkäfer» bezeichnet, da sichMännchen und Weibchen angeblich durch Klopfsi-gnale verständigen sollen. Tatsächlich gibt es jedoch

nur eine einzige «klopfende» Nagekäferart: den vonden Engländern «death watch» bezeichneten Xeslo-bium rufovillosum. Die Weibchen aller anderen Nage-

käfer beherrschen das Morsealphabet nicht, sie lockenihre Partner mit einem Sexuallockduft an, den sie, mithochgehobenem Hinterleib «sterzend», ausströmenlassen.

Wie können die Larven vom Holz leben? Dessenwichtigste Aufgaben sind es, den Bäumen Festigkeit

zu verschaffen und das Wasser mit den darin gelösten

Salzen von den Wurzeln hinauf zur Baumkrone zu lei-ten. Die Leitungsrohre der Pflanzen, Tracheen undTracheiden, sind leere, abgestorbene Zellen, die unter-einander verbunden sind. Sie bestehen also nur ausZellwandmaterial. Festigungsgewebe sind dickwan-dige Einzelzellen, die durchaus leben können. Ein we-sentlicher Anteil des Holzes sind also die Baustoffeder Pflanzenzellwand, die Zellulose, die Hemizellulo-sen und das Lignin. Eiweiss tritt daneben stark zu-rück; in manchen Hölzern wird auch noch Stärke ge-speichert. Mit diesen Verbindungen müssen also dieHolzwürmer ihren Bedarf an Nährstoffen decken.Der Holzstoff, das Lignin, ist für sie unverdaulich;damit ist ein beachtlicher Anteil ihrer Nahrung einreiner Ballaststoff, der unverändert ausgeschieden

wird. Zellulose und Hemizellulosen können jedoch

von vielen Holzessern verdaut werden. Und da beimAufschluss dieser Verbindungen Zucker entsteht, istzumindest die Energieversorgung der Holzwürmer ge-

sichert Aber sie brauchen auch Eiweiss, Vitamine undMineralsalze zum Leben. Diese Verbindungen sindnur in lebenden Zellen vorhanden, und da solche imHolz spärlich sind, ist Eiweiss Mangelware. DieseVerbindung enthält Stickstoff, und damit geht der tie-rische Organismus sehr verschwenderisch um. Wasdavon beim Eiweissabbau anfällt, ist verloren undwird ausgeschieden; vom Menschen als Harnstoff,von den meisten Insekten als Harnsäure.

Neuartiger Impfstoff gegen Maul- und Klauenseuche(ad) Ein Produkt der Technik der Genchirurgie ist

der Impfstoff gegen Maul- und Klauenseuche, dervon Wissenschaftern des amerikanischen Landwirt-schaftsministeriums und der Firma Genentech (SanFrancisco) entwickelt wurde. Von der Seuche, einerViruserkrankung, werden jährlich Millionen Tierevor allem Rinder, Schweine, Ziegen und Schafe inzahlreichen Ländern befallen. Erfolgreiche Behand-lungsverfahren gibt es bis heute nicht. Die Krankheitist sehr ansteckend, infizierte Tiere müssen getötetwerden. Ein wirksamer, sicherer und billiger Impf-stoff würde den Bauern helfen, viele Kosten zu spa-ren ; gleichzeitig würde er erheblich zur Steigerung desFleisch- und Eiweissangebots für die menschliche Er-nährung beitragen. Nur vier der grossen Viehzuchtge-biete der Erde Nord- und Mittelamerika, Austra-lien und Neuseeland sind frei von Maul- undKlauenseuche. In den Vereinigten Staaten kam es zum

Karieshemmungdurch fluoriertes Kochsalz

nxf. Im Jahre 1955 begann man in der Schweizerstmals den I -Kilo-Kochsalzpaketen 90 mg Fluorbeizufügen. Es war dies ein typischer helvetischerKompromiss: man tut zwar etwas grundsätzlich Rich-tiges, doch um die Gegner zu besänftigen, wird diebetreffende Massnahme so weit abgeschwächt, dasssie wirkungslos wird. Die erwähnte Dosierung istnämlich viel zu niedrig für eine wirksame Karieshem-mung. Nur die Kantone Waadt und Clarus waren bis-her so vernünftig, den Fluorgehalt der 1-Kilo-Paketeund der Grosspackungen für Bäckereien, Kantinenund Restaurants auf 250 mg Fluorid pro Kilo Salz zuerhöhen. Das Resultat lässt sich sehen: in acht Glar-ner Gemeinden sank die Zahl der sog. DMF-Zähne(kariös, gefüllt oder extrahiert) nach vier Jahren Salz-fluoridierung (250 ppm Fluorid seit 1975) bei Schul-kindern um rund 25 Prozent. Der durchschnittlicheFluorgehalt im Urin stieg von 0,3 ppm auf 0,7 ppm.Im Kanton Waadt ging der Kariesbefall nach achtJahren fluoriertem Salz (250 ppm Fluorid seit 1970) injenen Gemeinden und Altersklassen zurück, die beider Einfahrung der Salzfluoridierung noch viel Kariesaufwiesen. Nur in zwei Altersgruppen mit schon ur-sprünglich niedrigem Befallsniveau (dank frühererEinnahme von Fluortabletten) ergab sich kein weite-res Absinken.

letztenmal im Jahr 1929 zu einer Epidemie. Dagegen

werden aus anderen Regionen, kürzlich aus einerReihe europäischer Länder, immer wieder Massener-krankungen gemeldet.

Das neue Vakzin ist billiger herzustellen und siche-rer a\s der bisher verwendete Impfstoff. Es dürfte sichum die erste Produktion eines wirksamen Impfstoffsgegen eine Krankheit von Tier oder Mensch nachVerfahren der Genchirurgie handeln. Im Fall desneuen Vakzins handelt es sich um die mikrobiologi-sche Synthese, d. h. die gezielte Produktion bestimm-ter Stoffe mittels Bakterien, eines harmlosen Proteins,welches bei dem damit geimpften Organismus Ab-wehrreaktionen gegen das krankheitsverursachendeVirus hervorruft Auf einer Pressekonferenz berichte-ten Jerry}. Callis, Direktor des dem US-Landwirt-schaftsministerium unterstehenden Tierseuchenzen-trums auf Plum Island (New York), und HowardBachrach, Leiter der Forschungsabteilung auf PlumIsland, über den Weg, der zur Gewinnung des neuenVakzins eingeschlagen wurde. Demnach isolierte dieWissenschaftergruppe zunächst das Virusprotein, dasAbwehrreaktionen gegen den Erreger hervorruft undso gegen die Krankheit schützt. Es trägt die Bezeich-nung VP-3. Durch genchirurgische Veränderung desDNS-Moleküls von Escherichia-Coli-Bakterien undEinbringen der VP-3-Substanz in die Bakterienzellewurden die Voraussetzungen geschaffen, dass dieBakterien-DNS bei der Zellvermehrung millionenfachjenes Protein produzierten, das die Schlüsselsubstanzdes Impfstoffs bildet

Der bisherige Impfstoff, der jährlich in MilliardenDosen Anwendung findet, wird aus den kompletten,inaktivierten Viren gewonnen. Die Inaktivierung istjedoch ein sehr heikler Prozess und gelingt nicht im-mer vollständig. In einem solchen Fall kann dieKrankheit sogar durch den Impfstoff ausgelöst wer-den. Wohl wurden durch das bisher verwendete Vak-zin Millionen von Tieren vor der Seuche geschützt.

Aber es verlangt sehr grosse Sorgfalt bei der Herstel-lung, ist teuer und macht dreimal pro Jahr Impfungenerforderlich. In den Laboratorien müssen die inakti-vierten Viren streng isoliert gehalten werden, um zuvermeiden, dass sie, falls die Inaktivierung doch nichtvollständig gelungen ist, eine Infektionsquelle fürTiere in der näheren Umgebung bilden. Für das neueVakzin wird dagegen nur ein kleiner Teil vom Virus,nä-nlich eines von vier wichtigen Proteinen der Virus-hülle, benötigt Dieses Protein Kann Immunitat bei

Bei der mikroskopischen Untersuchung des Darm-kanals einer Nagekäferlarve entdeckt man die kleinenHelfer, die es ihr ermöglichen, trotz dem ständigenStickstoffmangel Oberleben zu können. Diese Unter-suchung kann auch am Brotkäfer durchgeführt wer-den, einem Verwandten der Holzwürmer, der in Teig-waren, Sämereien und Drogen existiert. Am Anfangdes Mitteldarmes ist unter dem Mikroskop eine Er-weiterungzu entdecken, deren Zellen mit unzähligenHefepilzen angefüllt sind. Diese Mikroorganismensind in der Lage, aus Harnsäure Eiweiss aufzubauen;mit ihrer Hilfe sind die Larven also zu einem «Recy-cling» des Stickstoffes befähigt, den sie sonst aus-scheiden würden. Sie verdauen nämlich einen Teil derHefezellen und erhalten dadurch nicht nur zusätzli-ches Eiweiss, sondern auch Vitamine, die keineswegs

unwillkommen sind.Natürlich müssen diese P i l ze vererbt, an die Nach-

kommen weitergegeben werden. Die Weibchen habenan ihrem Legeapparat besondere Einrichtungen, mitderen Hilfe sie ein pilzhaltiges Sekret auf die Eischa-len schmieren, bevor sie die Eier ablegen. Wenn diejunge Larve sich durch die Eihülle nagt, nimmt sie diePilze auf. Diese besiedeln nun die Organe am Anfangdes Mitteldarmes, und die Symbiose ist wiederherge-

Wunder wirken können diese Pilzsymbionten

., ***. »

Der gemeine Nagekjfer auf einem von seinen Larven zerfressenenHolzstück.

nicht, und obwohl die «Holzwürmer» mit dem Stick-stoff haushälterischer umgehen als Insekten ohneSymbiose, wird ihr Eiweisshunger bei weitem nichtgestillt So brauchen die Nagekäfer oft viele Jahre zuihrer Entwicklung, und deshalb häufen .sich die«Wurmlöcher» entlang den verleimten Kanten, be-sonders der Stichkanten. Früher, als es noch keineKunststoffe gab, war Leim ein Eiweiss; wenig nahr-haft zwar, doch stickstoffhaltig.

Gerhard Jurzitza

Nachdruck aus «Forschung Mitteilungen der DFG»,2/81.

den Tieren herbeiführen, ist aber selbst nicht infektiös.Es erlaubt die mikrobiologische Massenproduktion

eine Zelle bringt eine Million oder mehr dieser Ei-weissmoleküle hervor. Ein darauf basierendes Vakzinist also wesentlich billiger als der bisher verwendeteImpfstoff herzustellen, und es braucht überdies nichtständig kühl gehalten zu werden.

Allerdings können die Wissenschafter noch nichtsdarüber aussagen, wie lange die Immunität der ge-impften Tiere anhält. Sie hoffen, schliesslich einenImpfstoff herstellen zu können, der permanenten

Schutz verleiht und überdies gegen alle sieben Virusty-

pen der Erreger von Maul- und Klauenseuche, ein-schliesslich der 65 Untertypen, wirksam ist. (Der neueImpfstoff schaltet nur einen der sieben Virus-Haupt-typen aus. Es gibt deshalb so viele, weil das Virus aus-serordentlich rasch mutiert und in immer neuen Va-rianten auftritt.) Die Wissenschafter hoffen, auch vonden anderen Virustypen das zur Erzielung von Immu-nität wirksame Protein isolieren zu können und es mitdem Vakzin zu kombinieren.

Adipositas: biologischeAnpassung oder Störung?

Ueberhöhtes Körpergewicht ist in den Industrie-staaten weit verbreitet. Die Häufigkeit von Ueberge-wichtigen beträgt 30 bis 50 Prozent der erwachsenenBevölkerung. Mit der Adipositas ist eine Reihe vonErkrankungen assoziiert. Dabei bestehen kausale Be-ziehungen insofern, als überhöhtes Körpergewichthäufig die Manifestation auslöst und anderseits derVerlauf bei bestimmten Erkrankungen allein durchNormalisierung des Körpergewichts deutlich verbessertwerden kann. Uebergewicht lässt sich auf ein einfa-ches Bilanzproblem beim Energiestoffwechsel zurück-führen: Uebersteigt die Energiezufuhr mit der Nah-rung die energetischen Ausgaben des Organismus,

dann tritt zwangsläufig Gewichtszunahme auf. Diesesimple Beziehung wird durch verschiedene Faktorenüberlagert und dadurch unübersichtlich. Schwierig

durchschaubar ist insbesondere das Wechselspiel ver-schiedener Stellgrössen auf der «Ausgabeseite». Indiesem Bereich wird seit einigen Jahren die Thermo-genese erneut diskutiert

Unter Thermogenese versteht man prinzipiell dieWärmebildung des Organismus aus verschiedenenQuellen und zu unterschiedlichen Zwecken. Auffälligist die alimentärbedingte Thermogenese, die auch alsspezifisch-dynamische Wirkung und im deutschenSprachgebiet sehr zutreffend als «Extrawärme» be-zeichnet wird. Als Arbeitshypothese wird häufig ange-nommen, dass der «schlechte Futterverwerter», dersich eine «Luxuskonsumption» erlauben kann, ohnedick zu werden, dadurch bevorzugt ist, dass er Ober-schüssige Nahrungsenergie als Wanne an seine Um-gebung abgibt Der Dicke hingegen soll nach dieserVorstellung deshalb übergewichtig sein, weil er mitder aufgenommenen Energie besonders ökonomischumgeht und Ueberschüsse nicht abgibt, sondern alsKörperfett für Notzeiten speichert Entwicklungsge-

schichtlich gesehen wäre dementsprechend der Ueber-gewichtige das Ergebnis sinnvoller Anpassung anNotsituationen, während der Schlanke als Folge dergestörten Oekonomie bei der Energietransformation

eine Art «Minusvariante» mit schlechten Ueberlebens-chancen darstellt. Heute ist die Beurteilung umge-kehrt, insbesondere im Hinblick auf Gesundheit, Lei-stungsfähigkeit und Lebenserwartung.

Es ist Gegenstand intensiver Ueberlegungen, obim Verlauf der zukünftigen Entwicklung eine emeuteAnpassung an die Bedingungen der zivilisatorisch-technischen Entwicklung erfolgt im Sinne einer biolo-gischen Beherrschung der Thermogenese. Hier ist derSpekulation breiter Raum geöffnet. Bekannt sind hin-gegen die biochemischen Mechanismen, die insgesamt

die Thermogenese verursachen: Es sind Kopplungund partielle Entkopplung der Atmungskettenphos-phorilierung, Umwegreaktionen im intermediärenStoffwechsel, Transportvorgänge und die Aufrechter-haltung von Potential und Konzentrationsunterschie-den. Bei diesen Vorgängen, die energieverbrauchendsind, wird im Sinne von Transformationsverlustenphysikalische Energie frei, die als Prozesswärme be-zeichnet werden kann. Es ist ein wesentliches Anlie-gen der Ernährungsphysiologie und der angewandtenErnährungswissenschaft, die Grössenordnungen ken-nenzulernen, die als Extrawärme in den verschiede-nen Bereichen auftreten. Als logischen Folgeschritt

wird man die Bedingungen auffinden wollen, die einedurchgreifende Beeinflussung der Produktion von«Prozesswärme» erlauben.

Nach einem Vortrag von D. HStzel am Symposium derISFE (Internationale Stiftung zur Förderung der Ernährungs-forschung und Ernährungsaufklärung) in Luzern (1981).

Verantwortlich für «Forschung und Technik»:Luden Trueb, Herbert Cerutti

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Neue Zürcher Zeitung vom 05.08.1981