MaxPlanckCinema DVD | Wissenschaft im Film – Vol. 3

Die dritte DVD zum MaxPlanckCinema veranschaulicht in bewährter Weise weitere Forschungsthemen.

Inhalt:
Biologie: Immunsystem; Evolution; Stammzellen; Pflanzenblüte; Gentechnische Methoden;Optogenetik
Physik / Chemie: Biomaterialien; Quantenphysik; Katalysatoren; Korrosion; Intelligente Systeme
Geographie: Klima

BIOLOGIE

1. Immunsystem

Max-Planck-Institut für Immunbiologie und Epigenetik, Freiburg

Schule für T-Zellen (Einstiegsfilm)

Das Neunauge ist ein Sonderfall unter den Wirbeltieren, denn es besitzt keine Thymusdrüse. Dort lernen die T-Zellen des Immunsystems normalerweise Krankheitserreger zu erkennen. Thomas Böhm möchte wissen, wie das Neunauge trotzdem mit Bakterien und Viren fertig wird. Mit diesem Wissen könnten eines Tages Immunerkrankungen besser behandelt werden.

Eignungstest im Thymus (Grundlagenfilm)

Der Mensch verfügt wie alle Wirbeltiere über ein adaptives Immunsystem, das sich an neue Krankheitserreger anpassen kann. Die T-Zellen des Immunsystems kontrollieren unentwegt, ob Körperzellen mit einem Erreger infiziert sind. In der Thymusdrüse werden sie auf diese Aufgabe vorbereitet.

2. Evolution

Max-Planck-Institut für Ornithologie, Seewiesen

Lohnende Seitensprünge (Einstiegsfilm)

Die Auswahl des richtigen Partners ist auch bei Blaumeisen von entscheidender Bedeutung. Wer bis zu 10 hungrige Küken satt bekommen muss, braucht gutes Teamwork. Aber muss man deshalb auch in treuer Partnerschaft leben? Und ist das wirklich die beste Strategie für den Fortpflanzungserfolg? Bart Kempenaers geht dieser Frage mit detektivischen Methoden auf den Grund.

Vater gesucht (Grundlagenfilm)

Wer ist der Vater? Diese Frage lässt sich heutzutage rasch klären − bei Tieren wie beim Menschen. Unsere Animation erklärt, wie ein solcher Vaterschaftstest funktioniert.

3. Stammzellen

Max-Planck-Institut für Herz- und Lungenforschung, Bad Nauheim

Heilung nach dem Herzinfarkt? (Einstiegsfilm)

Molche können sogar ihr Herz teilweise regenerieren. Dedifferenzierte Zellen sind der Schlüssel zu dieser erstaunlichen Fähigkeit. Thomas Braun will herausfinden, wie fertige Herzzellen ihr Entwicklungsprogramm zurückspulen und sich in einen ursprünglicheren Zustand versetzen können.

Regenerationskünstler Molch (Grundlagenfilm)

Ein Molch kann beinahe alle Körperteile regenerieren. Dazu nutzt er dedifferenzierte Zellen, die sich in verschiedene Zelltypen umwandeln können − Signalstoffe sagen ihnen, in welchen.

4. Pflanzenblüte

Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung, Köln

Das richtige Timing (Einstiegsfilm)

Nutzpflanzen sind die Grundlage unserer Ernährung, gute Ernten sind deshalb für alle Menschen überlebenswichtig. Damit eine reiche Ernte heranwachsen kann, muss zuallererst der Zeitpunkt der Blüte stimmen. Doch woher weiß eine Pflanze, wann sie blühen muss? George Coupland geht der Frage nach − denn nur wer diese Mechanismen in der Pflanze versteht, kann in die Entwicklung von Nutzpflanzen eingreifen und sie zum Beispiel an neue klimatische Bedingungen anpassen.

5. Gentechnische Methoden

Max-Planck-Institut für Infektionsbiologie, Berlin

CRISPR/Cas9 − ein Skalpell für das Erbgut (Extrafilm)

Die Entdeckung, dass sich auch Bakterien mit einer Art Immunsystem gegen Viren wehren können, hat zunächst nur Mikrobiologen begeistert. Seitdem aber bekannt wurde, dass sich mit dem als CRISPR/Cas9 bezeichneten System das Erbgut unterschiedlichster Organismen manipulieren lässt, interessieren sich auch Nicht-Wissenschaftler für die neue Gentechnik-Methode. Doch wie funktioniert die Methode mit dem unaussprechlichen Namen?

6. Optogenetik

Max-Planck-Institut für Biophysik, Frankfurt am Main

Licht geht auf die Nerven (Einstiegsfilm)

Nervenzellen und Muskeln nur mit Licht an- und ausschalten? Mit der neuen Technik der Optogenetik wird das möglich. Ernst Bamberg entwickelt diese Methode weiter und hofft auf bahnbrechende Anwendungen in Forschung und vielleicht auch Medizin.

Channelrhodopsin: Ein Lichtsensor der besonderen Art (Grundlagenfilm)

Rhodopsine, eine Verbindung aus Protein und Farbstoff, können Licht in zelluläre Signale umwandeln − etwa im Sehfleck von Grünalgen oder im menschlichen Auge. Die Optogenetik nutzt diesen Effekt, um Nerven- oder Muskelzellen durch Licht zu aktivieren.

PHYSIK

7. Biomaterialien

Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung, Potsdam-Golm

Patentlösungen aus der Natur (Einstiegsfilm)

Im Laufe der Evolution hat die Natur zahlreiche Biomaterialien mit den erstaunlichsten Fähigkeiten hervorgebracht. Peter Fratzl möchte die zugrunde liegenden Bauweisen im Detail verstehen und auf neue technische Anwendungen übertragen.

Hierarchie mit Mehrwert (Grundlagenfilm)

Biomaterialien wie etwa Holz, Knochen oder Spinnenweben sind stets aus der gleichen Handvoll verschiedener Elemente aufgebaut − und doch zeigen sie eine unglaubliche Vielfalt an Formen und Funktionalitäten. Möglich wird das durch einen Trick der Natur: Diese Materialien sind nicht homogen, sondern hierarchisch aufgebaut.

8. Quantenphysik

Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts, Erlangen

Abhörsicher durch Zufall (Einstiegsfilm)

Im Prinzip ist fast jeder Verschlüsselungscode zu knacken, man braucht dafür nur die entsprechende Rechenleistung. Anders sieht es mit der Quantenkryptografie aus: Nachrichten, die mit diesem Verfahren kodiert werden, können nicht entschlüsselt werden, ohne dass der Absender und Empfänger dies bemerken. Gerd Leuchs forscht an dieser Verschlüsselungstechnik der Zukunft.

Kopierschutz dank Unschärfe (Grundlagenfilm)

In der Quantenkommunikation kann der Empfänger einer Nachricht feststellen, ob die Übertragung abgehört wurde. Möglich machen das die merkwürdigen Gesetze der Quantenphysik.

9. Katalysatoren

Max-Planck-Institut für Kohlenforschung, Mülheim an der Ruhr

Die Kunst der Katalyse (Einstiegsfilm)

Holz und Stroh bestehen aus Cellulose und Lignin, deren molekulare Bausteine als Treibstoffe oder als Rohstoffe für die chemische Industrie interessant sind. Doch die Biopolymere in ihre Bestandteile zu zerlegen, ist schwierig. Ferdi Schüth sucht nach Katalysatoren, die diese Prozesse erleichtern und zu brauchbaren Produkten dirigieren.

Multitalent Katalysator (Grundlagenfilm)

Kaum ein Prozess in der chemischen Industrie läuft ohne Katalysatoren. Sie beschleunigen chemische Reaktionen und helfen so, Energie zu sparen und unerwünschte Nebenprodukte zu vermeiden. Viele Reaktionen werden durch Katalysatoren aber auch praktisch erst möglich.

10. Korrosion

Max-Planck-Institut für Eisenforschung, Düsseldorf

Rost gehört zum alten Eisen (Einstiegsfilm)

Korrosion frisst jährlich etwa drei Prozent der Wirtschaftsleistung, das sind alleine in Deutschland 70 Milliarden Euro. Martin Stratmann entwickelt eine Polymerbeschichtung, die bei Bedarf korrosionshemmende Substanzen freisetzt und Kratzer sogar selbst heilt. Sie soll den Schaden begrenzen. Doch die verschiedenen Komponenten einer solchen Schicht wollen genau aufeinander abgestimmt sein.

Verletzlicher Stahl (Grundlagenfilm)

Bei der Korrosion von Eisen spielen Wasser und Sauerstoff zusammen und wandeln das Metall unaufhörlich in Rost um, eine Mischung verschiedener Eisenoxide und -hydroxide. Der Prozess läuft in mehreren Schritten ab und wird durch Salz im Wasser dramatisch beschleunigt.

11. Intelligente Systeme

Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Tübingen

Computer lernen die Welt verstehen (Einstiegsfilm)

Autonome Systeme wie Roboter oder selbstfahrende Autos sollen in Zukunft eine immer größere Rolle spielen. Doch dazu müssen sie erst einmal lernen, sich sicher in ihrer Umwelt zurecht zu finden. Michael Black bringt ihnen daher bei, Menschen als solche zu erkennen. Eine Technologie, die auch zahlreiche weitere erstaunliche Anwendungen möglich macht.

GEOFORSCHUNG

12. Klima

Max-Planck-Institut für Biogeochemie, Jena

Der Atem der Erde (Einstiegsfilm)

Forscher verstehen das Klimasystem der Erde heutzutage sehr genau. Doch bei einem wichtigen Puzzleteil waren sie bis vor kurzem auf grobe Schätzungen angewiesen: Welche Rolle spielen Vegetation und Böden im Klimageschehen? Markus Reichstein konnte diese entscheidende Frage nun quantifizieren.

Der Kohlenstoffkreislauf (Grundlagenfilm)

Die Menschheit emittiert gewaltige Mengen an Kohlendioxid, und bringt so den globalen Kohlenstoffkreislauf aus dem Gleichgewicht. Das hat Auswirkungen auf das Erdklima − aber auch auf die Ozeane und die Vegetation.