Aus Lupinen lässt sich ein Kuchen backen Die Melodie als Text Ein

Stuttgarter Zeitung Nr. 83
WISSENSCHAFT TECHNIK UMWELT
Donnerstag, 9. April 2009
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Die Melodie
als Text
Wie der Kopf Musik verarbeitet
Hat die Musik etwas mit der Sprache zu
tun? Einige Hirnforscher meinen, Anhaltspunkte dafür gefunden zu haben. Sie
glauben, dass Melodien vom Gehirn ähnlich verarbeitet werden wie Texte – als
seien sie die Sprache der Gefühle.
Von Ima Trempler
Fu Long, der Pandajunge im Wiener Zoo, ist seit seiner Geburt im August 2007 (Bild rechts) unter Aufsicht von Biologen. Sie wollen seinen Tagesrhythmus entschlüsseln.
Fotos
dpa, AP
Ein kranker Panda kann seinen Tag nicht organisieren
Bei Stress und Leiden gerät die „innere Uhr“ der Bären aus dem Takt – Biologen erforschen, wie sich das vermeiden lässt
Weltweit leben nur noch wenige Pandas,
in Europa sind es sechs. Einer davon, der
knapp zweijährige Fu Long, ist im Wiener
Zoo zu Hause. Um die Lebensbedingungen der Pandas langfristig zu verbessern,
erforscht die Zoologin Martina Pertl die
„innere Uhr“ des jungen Tieres.
Von Antje Schmid, Wien
Fu Long, was auf Deutsch so viel bedeutet
wie „glücklicher Drache“, sitzt im Tiergarten
Schönbrunn mit seiner Mutter im Pandabärengehege und kaut genüsslich an einem
ordentlichen Stück seiner Lieblingsnahrung,
dem Bambus. Ob das über die Grenzen der
Alpenrepublik bekannte Pandababy hier sein
Leben verbringen darf, ist noch nicht klar.
Denn Fu Long gehört China, weil seine beiden Eltern eine Leihgabe der Volksrepublik
sind: die Mutter Yang Yang und der Vater
Long Hui, der im Gehege nebenan sitzt und
ebenfalls am Bambus kaut. Im August, wenn
Fu Long zwei wird und damit das Erwachsenenalter der Pandabären erreicht, entscheidet sich, ob er zurück nach China geht oder
noch weiter in Schönbrunn verweilt.
Fu Long ist nicht nur deswegen populär,
weil er seit 20 Jahren das erste Pandababy
ist, das in einem europäischen Zoo das Licht
der Welt erblickt hat. Auch die noch junge
Wissenschaft der Chronobiologie (chronos bedeutet auf Griechisch Zeit), in der die Rhyth-
FUNDSTÜCKE
Der Duft der Feinde
Wenn mehrere Millionen Individuen
zusammenleben, geht das nicht ohne
Kontrolle. Bei Menschen funktioniert
das mit Ausweisen, bei Ameisen mit
Düften. Fehlt Tieren der entsprechende „Stallgeruch“, werden sie als
Feinde angesehen. Ein Forscherteam,
zu dem auch der Konstanzer Wissenschaftler Giovanni Galizia gehört, haben jetzt den Duft von Rossameisen
in seine Bestandteile zerlegt. Interessantes Ergebnis: die Feinderkennung
hängt von einer ganz bestimmten Duftkomponente ab. War diese vorhanden,
reagierten die Ameisen aggressiv, griffen also den vermeintlichen Feind an.
Fehlte sie, passierte nichts – die beschnüffelte Ameise war also offenbar
ein Freund. Umgekehrt reagierte die
„Fremdameise“, welcher die betreffende Duftkomponente fehlte, auf die
kontrollierende Ameise aggressiv –
weil diese ja den zusätzlichen Feindduftbestandteil am Körper trug. („Proceedings of the Royal Society“)
Einer der kleinsten Frösche der Welt: NoFoto dpa
blella pygmaea aus Peru
Ein Winzling aus dem Regenwald
Bisher hatte man ihn nur quaken hören, jetzt haben ihn deutsche und
amerikanische Forscher als leibhaftigen Frosch gefunden: Noblella pygmaea. Mit gerade einmal 11,4 Millimeter Körperlänge gehört dieser im Südosten Perus entdeckte Minifrosch zu
den kleinsten Wirbeltieren der Welt.
Seine Heimat sind die Nebelwälder,
Buschlandschaften und Weideländer
zwischen 3000 und 3200 Meter Höhe.
Wasser brauchen die Fröschchen
nicht: Die Weibchen legen ihre beiden
Eier ins feuchte Laub oder unter Moose
und schützen sie dann vor Insekten.
Der Nachwuchs schlüpft nicht wie bei
Fröschen üblich als Kaulquappe aus
dem Ei, sondern gleich als landlebendes Fröschchen. („Copeia“)
Zz
men im Leben von Menschen und Tieren
erforscht werden, widmet sich ihm seit seiner Geburt. „Unser Ziel ist es herauszufinden,
wie lange es dauert, bis ein Pandabär eine
innere Uhr ausbildet“, erklärt die Zoologin
Martina Pertl, die darüber gerade ihre Dissertation an der Universität Wien schreibt. Das
Leben ist ein Zusammenspiel von unzähligen
Rhythmen, die sowohl das Verhalten als auch
die Physiologie aller Lebewesen bestimmen,
erläutert die Zoologin. Viele Verhaltensweisen würden nicht von außen gesteuert, etwa
durch den Tag-Nacht-Rhythmus, sondern
von innen heraus, aus einer inneren Uhr. Sie
ermögliche es Lebewesen, zum richtigen Zeitpunkt das Richtige zu tun.
Suche nach dem Tagesrhythmus
Zwei Jahre lang zeichnet Martina Pertl
mit einer fest installierten Videokamera jede
Bewegung des jungen Pandas auf, 24 Stunden am Tag. Besonderes Augenmerk gilt
dabei seinem Fress- und Schlafverhalten
ebenso wie der Kontakt zu seiner Mutter.
Pertl wertet diese Daten dann mittels eines
Chronoethogramms aus, das Aufschluss darüber geben soll, zu welchem Zeitpunkt Fu
Long beginnt, einen festen Lebensrhythmus
auszubilden. In einem Chronoethogramm (zusammengesetzt aus den Worten chronos und
ethos, was so viel bedeutet wie Charakter und
Verhalten) werden verschiedene Verhaltensweisen – wie etwa schlafen, trinken, essen –
mit unterschiedlichen Farben dargestellt. „Anhand des daraus erstellten Diagramms lässt
sich später erkennen, ob diese Verhaltensmuster in einem bestimmten Rhythmus auftreten“, erläutert Pertl die aufwendige Forschungsarbeit. Ziel sei es, herauszufinden, ob
Pandabären von Geburt an einem festen
Rhythmus folgen oder nicht. Außerdem untersucht die 25-jährige Wissenschaftlerin,
die in enger Kooperation mit dem Berliner
Institut für Zoo- und Wildtierforschung arbeitet, welche Einflüsse – beispielsweise das
Verhalten der Mutter oder das eines Tierpflegers – den jungen Panda beeinflussen.
Im August 2007, kurz nach der Geburt,
haben die Aufzeichnungen begonnen. Die
Datenflut ist bei der Auswertungsmethode
nur langsam zu bewältigen: Martina Pertl hat
bisher gerade mal den ersten Lebensmonat
von Fu Long analysiert. Das bisherige Ergebnis des Chronoethogramms: „Es ist noch kein
Rhythmus erkennbar“, sagt Pertl. „Vielmehr
handelt es sich um eine chaotische Phase, die
nach der Geburt von Tieren und auch Menschen ganz normal ist.“
Mit Unterstützung der Erkenntnisse aus
der Chronobiologie will man im Wiener Zoo
auf lange Sicht die Pflege- und Haltungsbedingungen von Tieren verbessern. „Die Disziplin
ist eine zuverlässige Methode, um Rückschlüsse auf das Wohlbefinden der Tiere zu
ziehen“, sagt Pertl. „Einem Panda sieht man
es nicht unbedingt an, ob er Stress hat oder
krank ist. Wenn wir mehr über ihre inneren
Rhythmen wissen, können wir leichter sehen, ob diese durcheinandergekommen
sind.“ Geraten aber zum Beispiel Schlaf- und
Wachrhythmus oder das Fressverhalten
durcheinander, kann man davon ausgehen,
dass die Tiere gestresst sind, und entsprechend schnell Gegenmaßnahmen ergreifen.
Darf Fu Long im Zoo bleiben?
In Europa leben zurzeit sechs Pandabären
in Zoos. Einer in Berlin, zwei in Madrid und
drei in Wien. Im August dieses Jahres werden
die chinesischen Behörden darüber entscheiden, ob der Zooliebling Fu Long zurück nach
China geht. Der zwischen Österreich und
China geschlossene Vertrag mit einer Laufzeit von zehn Jahren beinhaltet nicht nur den
Aufenthalt der Pandas in Wien, sondern auch
die Aus- und Weiterbildung chinesischer Zoologen in Österreich. In China liegt das größte
Pandaschutzgebiet der Welt, das Wolong-Naturreservat. Laut dem Tiergarten Schönbrunn
leben hier noch 150 Große Pandas in freier
Natur. Insgesamt 21 chinesische Pandabären
sind zu Forschungs- und Zuchtzwecken in
ausländischen Zoos.
Angespannt wirkt Fu Long an diesem
Vorfrühlingstag wahrlich nicht. Stresssymptome seien nicht erkennbar, versichert Martina Pertl. Der „glückliche Drache“ verschlingt lieber noch ein Stück Bambus und
zeigt sich ansonsten ungerührt – sollen die
Touristenmassen an Ostern nur kommen.
Aus Lupinen lässt sich ein Kuchen backen
Die prächtige Pflanze enthält so viel Eiweiß wie Soja – die Erträge sind aber noch nicht hoch genug
Die blau-violette Lupine führt dem Ackerboden Nährstoffe zu und bietet dem Menschen hochwertiges Eiweiß. Doch bis jetzt
lässt sich die Pflanze in Deutschland
kaum in großem Stil anbauen. Biologen
wollen eine bessere Variante züchten.
Von Roland Knauer
Knallblau mit einem deutlichen Stich ins
Violette strahlt so mancher Straßenrand in
Chile und Argentinien. Die dort so üppig
wachsenden Lupinen könnten in Zukunft helfen, den Eiweißbedarf der Europäer zu decken. Denn diese Pflanze liefert für die Ernährung des Menschen ähnlich hochwertige Proteine wie Soja oder Geflügel. Das Eiweiß der
Lupine könnte demnach in Eiscreme, Backwaren oder Nudeln das Sojaeiweiß ersetzen, das
dort bis jetzt den Geschmack verstärkt. Tatsächlich gibt es bereits ein Lupineneis, dessen Geschmacksverstärker allerdings aus einer europäischen Lupine stammt. Da die
Bauern mit den Erträgen dieser Zuchtform
nicht zufrieden sind, versuchen Peter Wehling und Karin Sonntag vom Institut für
Züchtungsforschung des Julius-Kühn-Instituts (JKI) in Groß Lüsewitz in der Nähe von
Rostock die europäische Sorte jetzt mit Hilfe
der Südamerikaner zu verbessern. Von ihren
Fortschritten berichten sie in der Fachzeitschrift „Plant Cell, Tissue and Organ Culture“.
Die europäische Lupine zu verbessern
erfordert in der Praxis modernste Techniken
der Züchtungsforschung, weil sie sich nicht
auf natürlichem Weg mit den südamerikanischen kreuzen lässt. Die europäische Sorte
wurde in den 1930er Jahren aus der Art
Lupinus angustifolius gezüchtet, die am Mittelmeer zu Hause ist. Wie alle anderen Wildformen wehrt sich auch Lupinus angustifolius mit Alkaloiden gegen das Gefressenwerden. Die Lupinen an den Straßenrändern sind
also sehr giftig. Gelegentlich wächst jedoch
eine Pflanze mit einer zufälligen Mutation in
ihrem Erbgut heran, die fast keine Alkaloide
produziert und daher auch nicht mehr bitter
schmeckt. Diese „Süßlupinen“ wurden in den
1930er Jahren weitergezüchtet – und bald
darauf gab es die ersten Felder mit den
blauvioletten Blüten.
Diese Pflanzen haben einige Vorteile. So
gehören Lupinen zu den Leguminosen, die
mit Hilfe von Bakterien den Stickstoff aus der
Luft in einen Nährstoff umwandeln, der nicht
nur von der Lupine verwendet werden kann,
sondern auch von anderen Pflanzen: Wird
auf einem leuchtenden Feld von Lupinen
anschließend Getreide angebaut, kann der
Bauer sich den Stickstoffkunstdünger sparen,
der bei steigenden Energiepreisen ebenfalls
teurer wird. Das ausgedehnte Wurzelwerk
der Lupine geht bis in 150 Zentimeter Tiefe
und holt so Wasser und Nährstoffe herauf,
an die andere Pflanzen nicht herankommen. Deshalb kommen Lupinen mit Trockenperioden besser zurecht und holen
auch noch Phosphate in die oberen Bodenschichten, die dort von nachfolgend angebauten Pflanzen genutzt werden können.
Zudem enthalten Lupinen fast zur
Hälfte Eiweiße, von denen angenommen
wird, dass sie den Cholesterinspiegel im
Blut verbessern können. Bei so vielen
positiven Eigenschaften gibt es meist
eine Kehrseite der Medaille. So wächst
die Süßlupine nur auf Böden mit einem Säurewert unter 6,8 – gute Ackerböden haben in Deutschland aber
meist höhere Säurewerte. Daher
bleiben die Erträge niedrig, und
die Bauern verdienen wenig mit
der Lupine. Ein paar Biobauern pflanzen sie als Zwischenfrucht an und
verfüttern die hochwertigen Eiweiße anschließend an ihr Vieh.
2008 wurde die Süßlupine daher
nur auf 20 000 Hektar Fläche in
Deutschland angebaut. Das sind gerade einmal 0,1 Prozent der landwirtschaftlichen Nutzfläche.
Sorten mit besseren Erträgen
lassen sich aus den bisher verwendeten Süßlupinen kaum gewinnen, weil diese aus wenigen Ursprungspflanzen gezüchtet worden sind
und daher fast dasselbe
Erbgut besitzen. Neue
Sor-
ten aber lassen sich am besten züchten, wenn das Erbgut möglichst variabel ist und sich
so die besten Eigenschaften auslesen lassen. Zudem
besteht die Schwierigkeit, dass die
Süßlupine so weit
von den südamerikanischen Arten entfernt ist, dass eine Kreuzung auf natürlichem Weg nicht
mehr möglich ist. In solchen Fällen kann eine
Protoplastenfusion helfen, bei der die Forscher das Erbgut der beiden Arten im Labor
mischen. Sie kommen dabei ohne die Methoden der Gentechnik aus: Die JKI-Forscher
Peter Wehling und Karin Sonntag bauen
mit speziellen Enzymen die Zellwand von
Lupinus-angustifolius-Süßlupinen und von
der südamerikanischen Lupinus subcarnosus ab. Ohne die schützende Wand verlieren die Zellen zwar ihre Form, schwimmen aber ansonsten intakt in einer Nährlösung. Ein kurzer Stromstoß von einigen Millisekunden Dauer und einer Spannung von etwa tausend Volt reiht die
Zellen dann wie Perlen auf einer Kette
aneinander. Bei diesem engen Kontakt
verschmelzen einige wenige Nachbarn miteinander – nicht nur Zellen der gleichen Art, sondern auch
Zellen unterschiedlicher Arten. Aus
solchen artübergreifenden Fusionszellen müssen die Züchter dann
nur noch einen Spross ziehen.
Das klappt bei Kartoffelzellen
gut. „Lupinen sind allerdings sehr
widerspenstig“, sagt Wehling. Immerhin: aus einigen Hundert Fusionszellen schafften die JKI-Forscher es, drei Sprosse zu ziehen.
Diese Sprosse enthalten zwar von
den wilden südamerikanischen Vorfahren noch Alkaloide, aber sie besitzen auch deren variantenreiches
Erbgut. Und sie sollten sich mit
den etablierten Süßlupinen kreuzen lassen.
Aus solchen
Pflanzen eine Lupinensorte ohne
Alkaloide, aber mit
höheren Erträgen
und besserem
Wachstum
auf den Böden mit höheren Säurewerten
zu züchten ist im
Prinzip nur eine Frage der Zeit.
„Vorher aber müssen wir noch
ein Problem lösen“, sagt Wehling: Bisher konnten sie die
erhaltenen Sprosse noch
nicht dazu bewegen, auch
Wurzeln zu bilden. Peter
Wehling ist aber zuversichtlich,
auch
diese
Die Kerne einiger LuHürde auf dem Weg zur
pinen sind genießbar. Lupinennudel und dem LuFoto blick-winkel pinenkuchen zu meistern.
Für den Komponisten Felix Mendelssohn Bartholdy, dessen 200. Geburtstag in diesem
Jahr gefeiert wird, sagte eine Melodie mehr
als tausend Worte: „Das, was mir die Musik
ausspricht, die ich liebe, sind mir nicht zu
unbestimmte Gedanken, um sie in Worte zu
fassen, sondern zu bestimmte“, schrieb er an
einen Cousin seiner Frau. Diese These ist
nicht so abwegig, wie man meinen könnte.
Neurowissenschaftler haben in den vergangenen Jahren eine Reihe von Gemeinsamkeiten
von Sprache und Musik entdeckt.
Lange Zeit nahmen Wissenschaftler an,
dass Sprache und Musik in unterschiedlichen
Gehirnregionen verarbeitet würden: die Sprache in der linken Gehirnhälfte, die Musik in
der rechten. Doch das ist möglicherweise
falsch, wie Forscher des Max-Planck-Instituts
für Kognitions- und Neurowissenschaften in
Leipzig glauben. Sie haben untersucht, wie
Akkorde und Melodien im Gehirn der Probanden verarbeitet werden. Die aufgedeckten
Muster glichen denen, die auch bei sprachlichen Fehlern festgestellt werden: Verstöße
gegen die Grammatik wurden ebenso wie
Abweichungen von einer Melodie sowohl im
klassischen Sprachzentrum, dem sogenannten Broca-Areal in der
linken
Hemisphäre,
als auch von Bereichen in der rechten Gehirnhälfte registriert.
In einem weiteren
Experiment
wiesen
die Forscher nach,
dass Musik dem Hörer
sogar Informationen
zu vermitteln scheint.
So verarbeitet das Ge- F. Mendelssohn Barhirn das Wort „Keller“ tholdy (1809–1847)
schneller, wenn dem
Probanden zuvor eine musikalische Passage
mit tiefen Tönen vorgespielt worden ist. Die
dunkle Melodie ruft im Hörer offenbar Assoziationen nach düsteren Orten hervor. Stefan
Koelsch, der an der Untersuchung beteiligt
war, schließt daraus, dass das Gehirn nicht
wirklich zwischen Musik und Sprache unterscheide: „Für das Gehirn ist Musik oft Sprache beziehungsweise Sprache Musik.“
Diese Ansicht stößt innerhalb der Wissenschaft auf Kritik. Eckart Altenmüller vom
Institut für Musikphysiologie und Musikermedizin in Hannover glaubt nicht an eine Hirnregion, die bei allen Menschen für die Musikverarbeitung zuständig ist. „Da unsere musikalischen Hörbiografien einmalig und die Emotionen beim Musikhören flüchtig und veränderbar sind, ist ein statisches Konzept der Musikverarbeitung an einem Ort im Gehirn nicht
angebracht“, sagt er. Altenmüller ist dennoch
davon überzeugt, dass Musik als „Sprache
der Gefühle“ der verbalen Kommunikation
vorausging und daher in aller Welt verstanden wird. Ein Beleg dafür entdeckten vor
kurzem Forscher des Leipziger Instituts: Die
Mitglieder vom Stamm der Mafa in Kamerun
erkennen den emotionalen Ausdruck von
Freude, Angst oder Trauer in Klavierstücken,
obwohl die Forscher die Ersten waren, die
ihnen westliche Musik vorspielten.
Die Frage, wie das Gehirn Sprache und
Musik verarbeitet, ist auch für die Medizin
von Interesse. Patienten, deren Broca-Areal
geschädigt ist, leiden oft unter schweren
Sprachstörungen. Trotzdem können sie Liedtexte singen, die offenbar in anderen Bereichen des Gehirns verarbeitet werden. Durch
die sogenannte Melodische Intonationstherapie, bei der die Patienten kurze Sätze oder
Wörter singen oder bestimmte Rhythmen
klopfen, werden diese Bereiche stimuliert.
Mediziner der Universität Harvard haben bei
einzelnen Patienten in 75 Sitzungen deutliche Verbesserungen erreicht.
FÜR SIE GESPIELT
Das Naturquiz für
das Osternest
Welche Eigenschaften hat die gelbe Iris,
um die Ankunft von Insekten zu erleichtern? Welche Taktiken setzen Termiten
ein, um ihre Kolonie gegen Feinde zu
verteidigen? Und wozu dient der lange
Schwanz des Fuchses? Die vier achtjährigen Spieler haben keine Ahnung, raten
aber begeistert mit. Jeder hat eine Handvoll Karten vor sich und sammelt möglichst viele Symbole einer Farbe. Die Regeln sind einfach, ähnlich dem gängigen
Quartett. Daher können sich die Kinder
beim neuen Kosmos-Spiel auf die Fragen
konzentrieren, die so spannend sind, dass
sich sogar sehr Lesefaule anstrengen, den
Text zu entziffern.
Die Antworten sind oft überraschend
und auch für Erwachsene interessant.
Kleine Erklärstücke, die man auch nach
der Hektik eines Spieles lesen kann, geben
zusätzliche Informationen zu den teilweise unglaublichen Fakten aus der Tierund Pflanzenwelt. Dieses Spiel ist eine
schöne Alternative zu den vielen Wissensbüchern, die es für Kinder gibt. Wer noch
schnell ein kleines Geschenk für das Osternest braucht, kommt damit bei naturbegeisterten Kindern sicherlich gut an.
vz
WWF Naturquiz, Kosmos. Für 2 bis 4
Spieler, ab 8 Jahren, 5,99 Euro.