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Geoengineering – Sonnenschirm gegen die Erderwärmung

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Manipulation von Wetter und Klima

Geoengineering – Die Planetary Sunshade Foundation hat einen Sonnenschirm konzipiert, um die Erderwärmung zu reduzieren. Die Sonne gehört zu den Haupteinflussfaktoren der Erderwärmung, zunehmende Sonnenwinde und Sonnenstürme in den letzten Jahrzehnten tragen laut Wissenschaftlern maßgeblich zur Erderwärmung bei. Aus diesem Grund arbeiten Forschende daran, wie sie das Sonnenlicht reduzieren können.

Geoengineering – Sonnenschutz gegen die Erderwärmung

Um die Klimaerwärmung aufzuhalten, haben unterschiedliche Wissenschaftler an Konzepten zur Abschirmung der Sonne gearbeitet.

Bill Gates unterstützt z.B. ein Projekt der Harvard Universität. Inspiriert durch die Vulkanausbrüche, wollen die Forscher Kalziumkarbonat in die Stratosphäre ausbringen, um damit die Sonnenstrahlung zurück zu reflektieren.

Die Forscher um Wake Smith der Universität Yale wollen Nanopartikel mit militärischen Tankflugzeugen über den Polkappen verteilen. 175.000 Flüge sollen Schwefeldioxid im Frühling und im Sommer ausbringen. 13 Millionen Tonnen Schwefeldioxid müssten pro Jahr so ausgebracht werden, um die Erde um 2° Celsius abzukühlen.

Das Technology Institute Massachusetts will ultradünne Space Bubbles aus durchsichtigem Material zwischen Sonne und Erde im Weltraum platzieren, die das Licht der Sonne streuen sollen. Diese könnten aus Silikon oder graphenverstärkten ionischen Flüssigkeiten bestehen. Das soll die Erdtemperatur um 1,8° Celsius senken.

Obwohl viele Wissenschaftler vor Geoengineering warnen, will die Planetary Sunshade Foundation einen Sonnenschirm in der Größe von 1 Millionen Quadratkilometer herstellen.

Geoengineering – Sonnenschirm gegen die Erderwärmung

Solarsegel zur Energiegewinnung

Der Sonnenschirm der Planetary Sunshade Foundation soll aus einem Solarsegel bestehen, das dann in den Weltraum transportiert werden soll; alternativ könnte es auch direkt im Weltraum gebaut werden.

Der Vorteil sei, dass das Solarsegel nicht nur das Sonnenlicht abschirme, sondern zusätzlich Energie für den Weltraum und die Erde liefern könnte. Fraglich ist, wie realistisch ein Solarsegel dieser Größe ist, 1 Millionen Quadratkilometer soll es betragen.

Vom Regenmacher zur Klimamanipulation

Geschichte des Geoengineerings

Der Wunsch das Wetter zu beeinflussen, ist so alt wie die Menschheit, wie Regentänze und Wettermacher zeigen.

Die Ideen der Wettermacher in der Geschichte reichen vom Spannen von Stoffplanen, aufstellen von Metallschildern über Elektrizitätsexperimente bis hin zur Verwendung von Chemikalien.

Die US-Regierung finanzierte 1891 General Robert St. George Dyrenforth für Versuche mit Explosionsstoffen in Flugdrachen und Ballons.

Hatfield entwickelte eine Formel mit 20 Chemikalien, die Schwefelsäure, Zink und Wasser enthalten haben soll. Damit will er 1916 San Diego, das unter einer langen Dürre litt, zu Regen verholfen haben. Er verdampfte auf einem Turm stundenlang seine Chemikalien. 3 Wochen später regnete es so stark, dass die Straßen und Häuser unter Wasser standen.

Geoengineering in der Wissenschaft

Erste ernstzunehmende wissenschaftliche Versuche zur Wettermanipulation unternahm der Niederländer August Veraart, der Wolken mit Trockeneis impfte. Morgens geimpfte Wolken sollen Sonnenschein versprochen haben und mittags geimpfte Regen.

Professionalisiert hat das Wolkenimpfen allerdings ein amerikanischer Konzern, General Electrics. General Electrics führte hierzu Versuche in einer Tiefkühltruhe durch. Der erste Versuch beim Impfen von Wolken mit Trockeneis löste Schneefall aus. Weitere Versuche fanden mit Bleijodid, Antimon und Silberjodid statt. Das Silberjodid war am besten geeignet und wurde fortan zur Wettermanipulation verwendet.

Aufgrund des hohen Bedarfs für die Agrarwirtschaft und den Tourismus pp. wurden in den USA zahlreiche Firmen zur Wettermanipulation mit Silberjodid gegründet .

Silberjodid wird bis heute verwendet, z.B. in Schwaben und in Rheinland-Pfalz zur Hagelabwehr, in China zum Abregnen lassen der Wolken vor Volksfesten, um an diesen gutes Wetter zu haben oder zur Schneeherstellung in Skigebieten.

Das Impfen von Wolken hat allerdings abgesehen von der Umweltschädlichkeit weitere Nachteile: Es kann zu Unwettern führen. In den USA kam es zu zahlreichen Schadensersatzklagen durch verursachte Unwetter, die man dem Wolkenimpfen zuschrieb.

Geoengineering als Waffe

Wettermanipulation als Teil der Kriegsführung

Zwischen 1947 und 1952 nutzte die US-Luftwaffe im Projekt Cirrus Trockeneis und Silberjodid über New York, Puerto Rico, dem Atlantischen Ozean und New Mexiko, um Hurrikane abzuschwächen.

In den 50ern wurden weitere extreme Wettermanipulationen über Deutschland und Grönland mit Atombomben und Wasserstoffbomben getestet. Kleine taktische Raketen wurden in die Wolken geschossen, um Kondensstreifen zu unterdrücken. Die Sowjetunion zog nach mit ähnlichen Versuchsreihen.

Zwischen 1966 und 1972 wurde die Wettermanipulation erstmals, offiziell bestätigt, zur Kriegsführung im Vietnamkrieg eingesetzt. Im Rahmen der Operation Popeye impften die US-Streitkräfte die Wolken mit Silberjodid und verlängerten so den Monsunregen um 30 Tage, das sollte die Bewegung von Soldaten und den Transport von Ressourcen verhindern.

Auf Druck der Öffentlichkeit beschlossen die Vereinten Nationen 1978 Wettermanipulationen nicht mehr als Kriegswaffe zuzulassen.

Diskussion

Geoengineering – Sonnenschutz gegen die Erderwärmung

Viele Wissenschaftler warnen vor dem Geoengineering, da die Folgen nicht abzusehen seien.

Wie sich eine Verdunkelung der Sonne z.B. auf Flora und Fauna auswirkt, ist unbekannt. Insbesondere Pflanzen, von denen Insekten, die Tierwelt und der Mensch abhängig sind, benötigen eine Mindestmenge an Licht, um zu wachsen (Schattenpflanzen), andere sogar volles Sonnenlicht. Menschen und Tiere brauchen die Sonne, um bestimmte Hormone und Spurenelemente zu bilden, wie z.B. Serotonin oder Vitamin D.

Die These, dass die Erderwärmung eine Gefahr darstellt, ist umstritten. Kritiker räumen ein, dass die Erde in den Warmzeiten mit mehr CO2, das laut Untersuchungen aus Erdkernbohrungen pp. der Temperatur folge und nicht umgekehrt, grüner war, in England wuchs Wein, Grönland war grün und auch unter den Gletschern wurden vereiste Baumstämme gefunden, die darauf hinweisen, dass auf hohen Bergen in Warmzeiten Bäume wachsen konnten. Die Menschheit hätte ebenfalls von den Warmzeiten profitiert und sich weiter entwickeln und Hungersnöte hinter sich lassen können.

Sind vor diesem Hintergrund kostenaufwendige und riskante Experimente sinnvoll?

In der Vergangenheit wurden Wettermanipulationen zur Kriegsführung eingesetzt. Untersuchungen von Schnee können z.B. einen Hinweis auf Silberjodid liefern. Hybride Kriegsführungen können wie in Vietnam z.B. mit geimpften Wolken zu starken Unwettern in bestimmten Regionen des Feindeslandes führen, die auch die Zivilbevölkerung betreffen, deren Lebensraum unter Wasser gesetzt wird.

Ein Diskurs zu diesen Themen fehlt in der Öffentlichkeit, dadurch können sich die Menschen keine eigene Meinung zu Themen bilden, die sie selbst stark betreffen. Fragen wie Wie entsteht der Klimawandel oder welche Eingriffe in die Natur sollen erlaubt oder verboten werden, wie kann Geoengineering als Kriegswaffe erkannt werden, können die Bürger nicht stellen, es fehlen Informations- und Diskussionsangebote.

Weiterführende Quellen:

Handbuch des Geo-Engineering 2024 (#Anzeige)

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Forschung und Wissen: Sonnenschirm im Weltraum
Spektrum der Wissenschaft: Riskanter Eingriff ins Wetter
regenauer.press: Wetter als Waffe
Climate Salon: Space Bubbles zum Reflektieren der Sonne
Mare.de: Der Regenmacher
Apolut.net: Wettermanipulation gibt es schon lange

Neue Funktionen der CRISPR Cas9 Methode

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Neue Funktionen der Genschere CRISPR-Cas9 entdeckt

Die Genschere CRISPR-Cas9 sorgte für einen Durchbruch in der Gentherapie. Nun haben Forschende neue Funktionen der Genschere entdeckt. CRISPR-Cas9 war die erste Genschere, die ohne Schäden DNA zerschneiden und auch ersetzen konnte. Alte Genscheren schnitten zu ungenau, um sie gezielt einsetzen zu können. 2020 erhielten die Forscherinnen Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier, zwei Forscherinnen des Max-Planck-Instituts, dafür den Chemie-Nobelpreis.

Die Entdeckung

Jetzt haben Forschende der Universität Bonn und des Universitätsklinikums Bonn (UKB) zusammen mit der Partneruniversität St Andrews in Schottland und dem European Molecular Biology Laboratory in Hamburg neue Funktionen der CRISPR Cas9 Methode entdeckt.

Mit CRISPR Cas9 wehren Bakterien Phagen (Viren, die Bakterien befallen) ab. Wenn die Viren die Bakterien befallen, zwingen sie die Bakterien, die Viren zu vermehren. Als Abwehrmechanismus haben einige Bakterien deswegen die Genschere CRISPR entwickelt. Mit der Genschere finden und zerschneiden die Bakterien die Phagen und machen sie damit unschädlich. Die Bakterien integrieren die so enstandenen Bruchstücke der Viren in ihr Genom. Diese integrierten Bruchstücke dienen den Bakterien als Gedächtnis, sodass der nächste Angriff der Viren schnell erkannt und ausgeschaltet werden kann.

CRISPR sendet zusätzlich Signalmoleküle aus, um ein komplexes Angreifen zu ermöglichen. Die Forschenden haben nun entdeckt, dass diese Moleküle u.a. an ein Protein gebunden sind, namens CalpL, das einen enzymatischen Eiweißabbau durch Spaltung bewirkt. Die neu entdeckte Genschere zerschneidet das Protein CalpT, dabei sichert es ein drittes Eiweißmolekül, das den Stoffwechsel des Bakteriums auf Angriff umstellt, namens CalpS.
Welche Gene CalpS dabei anschaltet, wissen die Forschenden noch nicht. Sie hoffen aber, dass sich die Genschere durch die neue Entdeckung noch vielfältiger gestaltet.

Ähnlich wie die Virenabwehr des Bakteriums funktioniert auch das menschliche Immunsystem, wenn Viren die Zellen des Körpers befallen.

Kurze Geschichte der Genschere CRISPR-Cas9

Chemie-Nobelpreis 2020

Die Grundlagenforschung zur Genschere begann bereits 1989. In den 1990er Jahren verfolgte Francisco Mojica die ersten Spuren der Genschere, er entdeckte ungewöhnliche DNA-Muster in den Chromosen von Mikroben. Mojica entdeckte die CRISPR-Repeats und fand heraus, dass sie zum Stammbaum des Lebens gehören. Um die Jahrtausendwende bekommt CRISPR ihren offiziellen Namen.

Ruud Jansen entdeckte 2002, dass CRISPR und Cas zusammengehören.

10 Jahre dauerte es dann noch bis eine passgenaue Genschere gefunden wurde.

Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier erhielten schließlich 2020 den Chemie-Nobelpreis für ihre 2012 publizierte Arbeit zur Genschere CRISPR Cas9 mit der sie zielgenau DNA aufspüren, reparieren, aufschneiden und ersetzen können. CRISPR-Cas9 ist die Genschere des Bakteriums Streptokokkus, das mit der Genschere Viren abwehren kann.

Die Entdeckung gab der Genforschung neuen Aufschwung und Hoffnung, mit CRISPR Cas9 zu immunisieren, Krankheiten zu heilen und selbst Schöpfer zu sein.

So immunisierte der chinesische Wissenschaftler He Jiankui mit der Genschere zwei Mädchen gegen HIV, die 2018 geboren wurden.

Chancen und Gefahren der CRISPR Cas9 Methode

Grenzen der Forschung: Neue Funktionen der CRISPR Cas9 Methode

Mit CRISPR Cas9 fanden die Forscherinnen ein Werkzeug, Krankheiten zu heilen, die bis dahin unheilbar waren, wie z.B. die spinale Muskelatrophie, vorausgesetzt der Arzt weiß, welche Teile der DNA die Erkrankungen aufweisen, herausgeschnitten und ersetzt werden müssen.

Wissenschaftler gehen von einem Durchbruch in der Medizin aus, bislang unheilbare Krankheiten wollen sie mit CRISPR Cas9 beheben. Mit der Genschere sei alles möglich, bemerkte kürzlich auch Hendrik Streeck in einem Interview mit der Welt, Krankheiten heilen, aber auch die Augenfarbe bestimmen und vieles mehr sei möglich. An dieser Stelle spricht Streeck die Eugenik an, die mittels Genschere noch weitere Auswüchse annehmen könnte, als mit den Versuchen der Menschenzucht des letzten Jahrhunderts. Designerbabys aus dem Katalog wären möglich, Aussehen, Intelligenz und Charakter könnten frei ausgewählt werden, Erbkrankheiten, Behinderungen und Schwächen ausgemerzt.

Doch ist das so leicht und was ist ethisch vertretbar?

Die 2018 geborenen chinesischen Zwillinge, die mit der Genschere CRISPR Cas9 gegen das HI-Virus immunisiert wurden, mittels einer Mutation des CCR5-Gens, wurden zwar gegen HIV immunisiert, dafür stieg die Anfälligkeit für andere Erkrankungen vermutlich an.

Der chinesische Wissenschaftler He Jiankui hat das Gen CCR5 mittels Genschere funktionsunfähig gemacht, da ein von diesem Gen hergestelltes Protein als Haupteintrittsquelle von HIV in die Zellen gilt. Die Mutation des CCR-5-Gens ähnelt der natürlich auftretenden Mutation D32, die die Lebenserwartung laut Analyse von über 400.000 Datensätzen der britschen Gendatenbank senkt. So zeigten Menschen mit zwei Veränderungen an CCR5 eine deutlich niedrigere Lebenserwartung als Menschen ohne Mutation oder nur einer Mutation an CCR-5. Daraus schlussfolgerten die Forscher, dass auch die beiden Babys eine geringere Lebenserwartung haben könnten. Die Kinder seien durch die Manipulation am Erbgut zwar immun gegen HIV, aber anfälliger für andere Infektionskrankheiten. Die Lebenserwartung sei gesenkt. Die Studie erschien auf Nature.

Immunreaktionen auf CRISPR Cas9 aus Streptokokkus

2018 erschien auf Nature Medicine bereits eine Pilot-Studie, dass Menschen auf das Eiweißmolekül Cas9 mit Abwehrreaktionen reagieren könnten, da es von dem Bakterium Streptokokkus stammt, das der menschliche Organismus als feindliches Eiweiß erkennt. Angina oder Scharlach sind z.B. Streptokokkeninfektionen, die der menschliche Körper natürlicherweise abwehrt.

Erste Untersuchungen deuteten darauf hin, das CRISPR Cas9 ungewollte Erbgutveränderungen auslöst und das Krebsrisiko erhöht.

Die Studie der Charité gab Hinweise darauf, dass ungewollte Immunreaktionen auf Cas9 ausgelöst werden. Im Laborversuch reagierte das Blut von 48 Frauen und Männern mit einer T-Zellen-Reaktion auf das Eiweißmolekül. T-Zellen sind sogenannte Killerzellen im menschlichen Körper, die ein Gedächtnis gegen ihnen bekannte Erreger entwickeln und angreifen, sobald ein bekannter Krankheitserreger auftritt. Diese T-Zellen reagierten nicht nur auf Cas9 aus Streptokokkus, sondern auch auf Eiweißmoleküle anderer Erreger.

Beim Einsatz der Genschere außerhalb des Körpers können die Immunreaktionen vorher geprüft werden, innerhalb des Körpers, was bei vielen Krankheiten nötig ist, kann der Einsatz gefährlich werden, hier wird nach zusätzlichen Methoden geforscht.

Ob neue Funktionen der CRISPR Cas9 Methode ein besseres Sicherheitsprofil ermöglichen, ist noch unbekannt.

Zu den medizinischen Risiken durch CRISPR Cas9, die eine Anwendung nur bei schwersten Leiden rechtfertigen könnten, kommen die ethischen Fragen. Wo sind die Grenzen der Forschung? Was darf Medizin, was nicht? Will der Mensch sich hier zum Gott erheben? Welche Sicherheiten erhält der Bürger?

An den illegalen Erbgutmanipulationen des chinesischen Wissenschaftlers He Jiankui und in der Coronakrise wurde schnell deutlich, wie leicht Menschenrechte, Verfassungen und Medizinrecht außer Kraft gesetzt werden können, wenn nur genug Geld und Macht im Spiel ist.

Weiterführende Literatur:

Generation Gen-Schere: Wie begegnen wir der gentechnologischen Revolution? (#Anzeige)

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Essgewohnheiten im Urin bestimmen

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Forschung: Ernährungsweise und Umweltgifte ermitteln

Im Urin können durch Massenspektrometrie Umweltgifte nachgewiesen werden. Das neue Forschungsprojekt will nun die Essgewohnheiten im Urin bestimmen.

Lebensmittelchemiker Hans-Ulrich Humpf untersucht mit seinem Team an der Westfälischen Wilhelms-Universität Münster, WWU, Lebensmittelgifte im Urin von Patienten, wie z.B. Schimmelpilze. Aber auch falsche Essgewohnheiten können zu Krankheiten führen. Der Chemiker will anhand von Blut- und Urinuntersuchungen mit Hilfe der Massenspektrometrie herausfinden wollen, wie sich Menschen ernähren und welchen Umweltgiften sie ausgesetzt sind.

So untersucht er in Simbabwe, im Gemeinschaftsprojekt unter Koordination der US-amerikanischen Cornell-Universität, die Ursachen von Entwicklungsstörungen bei Kindern, die Schimmelpilzen auf Mais zuzuordnen sein könnten, den die Mütter zu sich nehmen und der früh zugefüttert wird.

In Bangladesch werden Schimmelpilze auf Reis und Gewürzen untersucht.

Das neue Forschungsprojekt

Essgewohnheiten im Urin bestimmen

Lebensmittelrückstände lassen sich noch 10-24 Stunden nach dem Verzehr im Urin feststellen. Hans-Ulrich Humpf hat dafür ein Massenspektrometer, das fünfmal sensibler messen kann als übliche Geräte.

Bisherige Verfahren zur Bestimmung der Nahrungsaufnahme

Ernährungswissenschaftler nutzen Ernährungstagebücher von Patienten, um den Verzehr ungesunder Lebensmittel, ungesunde Mengen an Lebensmitteln oder ungenügende Kombinationen der Lebensmittel, bzw. fehlende Vielfalt festzustellen. In diesen Tagebüchern schreibt der Patient alle Lebensmittel und Getränke auf, die er zu sich nimmt. Anhand des Tagebuchs kann der Ernährungsmediziner erkennen, worauf z.B. Übergewicht oder gehäufte Gichtanfälle zurückzuführen sind.

Die Untersuchungsmethode

Einige Hundert Biomarker für Lebensmittel sind inzwischen bekannt. Allerdings wurden sie nicht ausreichend auf ihre Tauglichkeit geprüft, hinzu kommt, dass sie teilweise mehreren Ernährungsgruppen zuzuordnen sind. Amelie Frank, Humpfs Doktorandin, sucht deswegen nach Biomarkern, die sich einzelnen Lebensmitteln konkret zuordnen lassen, etwa bestimmten Getreide- oder Gemüsesorten.

Sind die Biomarker der unterschiedlichen Lebensmittel einmal bekannt, so könnten sie mit Hilfe der Massenspektrometrie innerhalb von 10-24 Stunden nach dem Essen im Urin oder Blut nachgewiesen werden.

Nach Frank könne das Ernährungsfehler aufspüren bei Menschen, die beim Ernährungstagebuch unterschlagen werden oder die nicht in der Lage sind, ein Ernährungstagebuch zu führen.

Quelle: Christina Hoppenbrock, Unizeitung wissen

Diskussion

Mit Hilfe der Ermittlung von Biomarkern für die einzelnen Lebensmittel könnten diese Lebensmittel im Urin oder Blut mittels Massenspektrometrie nachgewiesen werden. Die derzeitigen Geräte können Lebensmittel innerhalb von 10-24 Stunden nach Verzehr nachweisen. Um die Ernährungsgewohnheiten von Patienten festzustellen, wären also tägliche Untersuchungen notwendig. Das übliche Ernährungstagebuch für Patienten von Fachärzten für Ernährungswissenschaft werden sie deswegen kaum ersetzen können.

Erschwerend käme in den Industrieländern hinzu, dass die Fülle an Lebensmitteln, inklusive der Produkte der Lebensmittelindustrie, einen sehr hohen Arbeitsaufwand beim Erfassen bedeutet.

Nutzbar wäre das Forschungsprojekt voraussichtlich zunächst in Nichtindustrieländern, die begrenzte Nahrungsmittel zur Verfügung haben.

Eine große Chance sehe ich aber in der Kombination Umweltgifte auf Lebensmitteln im Menschen festzustellen. Auch wenn z.B. Schimmelpilze durch die strengeren Lebensmittelkontrollen in den Industrieländern in der Regel nicht in höheren, schädlichen Mengen zu sich genommen werden, so könnte sich bei regelmäßigem Verzehr eines bestimmten Lebensmittel ein anderes Bild der Menge von Pilzen im Körper ergeben.

Auch dürfte das Projekt insofern für die Industrienationen von Bedeutung sein, wenn zusätzlich zu Keimen und Pilzen nach zugesetzten Giften gesucht wird. Insbesondere in den Industrienationen sind viele Grundahrungsmittel mit einer Vielzahl an Pestiziden, Herbiziden und chemischem Dünger versetzt, deren Auswirkungen beim Verzehr weitgehend unerforscht sind. Hinzu kommen Schwermetalle und Medikamentenrückstände selbst im Trinkwasser sowie die chemischen Zusätze der Nahrungsmittelindustrie.

Um den Zusammenhang zwischen Erkrankung und Giften in der Nahrung hinreichend zuordnen zu können, müssten aber zusätzlich wenigstens statistische Erhebungen erstellt werden.