Spektrum der Wissenschaft 2020-02.pdf

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2.20
2.20
Rätsel
Bewusstsein
Wie das Gehirn
die Welt erscha t
KOSMOLOGIE
Erste Einblicke ins junge Weltall
GENE DRIVES
Erbgut mit Durchsetzungskraft
NATURGESETZE
Wie universell sind sie wirklich?
EDITORIAL
RÄTSELHAFTES
GEHIRN
Hartwig Hanser, Redaktionsleiter
hanser@spektrum.de
IN DIESER AUSGABE
Als ich mich an das Schreiben dieses Editorials machte, fiel mir sofort meine
allererste Arbeitswoche im Verlag ein. Damals, im September 2001, musste
ich ein passendes Titelthema für die Startausgabe des gerade neu gegründeten
Magazins »Gehirn&Geist« finden. Ich begann mental die großen Fragen der
Neurowissenschaft durchzugehen und hatte schnell die Antwort – ganz klar:
»Auf der Suche nach dem Bewusstsein«!
Bald zwei Jahrzehnte später zählt das Thema immer noch zu den großen
ungelösten Rätseln der Wissenschaft. Wie schaffen es knapp drei Pfund glibbe­
riges Nervengewebe, ein Gefühl für das eigene Selbst zu erzeugen? Seit Jahr­
zehnten fahnden Neurowissenschaftler nach den »neuronalen Korrelaten des
Bewusstseins« im Gehirn, ohne eine definitive Antwort zu finden. Was ist so
besonders an diesem Organ aus knapp 100 Milliarden Nervenzellen im Unter­
schied zu anderen Geweben? Einfach die schiere Anzahl an Zellen? Nicht unbe­
dingt, denn rund drei Viertel aller Hirnneurone befinden sich im Kleinhirn, das für
das Bewusstsein keine Rolle spielt. Wichtiger scheint hier die spezielle neuronale
Verschaltung in der Großhirnrinde zu sein. Der Neurowissenschaftler Christof
Koch, Direktor des Allen Institute for Brain Science in Seattle, berichtet ab S. 12
über den aktuellen Stand der Forschung zum Thema und stellt die beiden heute
populärsten Theorien dazu vor, wie Bewusstsein im Gehirn entsteht.
Daneben ist unser Denkorgan ständig damit beschäftigt, die einlaufenden
Sinneseindrücke zu einem Abbild der Welt um uns herum zusammenzufügen.
Laut neueren Erkenntnissen läuft dieser Vorgang aber gewissermaßen rückwärts
ab, wie der Kognitionsforscher Anil Seth von der University of Sussex ab S. 18
beschreibt. Demzufolge stellt das Gehirn zunächst Prognosen über die Umwelt
auf und gleicht diese erst danach mit den Sinnessignalen ab. Somit leben wir alle
in einer Art kontrollierter Halluzination und in unserer jeweils eigenen, einzigarti­
gen Welt. Das könnte nicht nur soziale Phänomene wie Filterblasen im Internet
erklären, sondern auch das Entstehen psychischer Störungen wie Schizophrenie.
Bei diesen Patienten dominiert die innere Hypothese derart, dass sie nicht mehr
gemäß den Umweltinformationen korrigiert wird und ein Eigenleben entfaltet.
Das nennen wir dann Wahnvorstellung.
Mit diesen beiden Artikeln beginnen wir unsere neue Serie über die Erforschung
des menschlichen Gehirns und seiner Aufgaben. Eine bewusstseinserweiternde
Lektüre wünscht Ihnen
DANIEL T. KSEPKA
Am Bruce Museum in Greenwich,
USA, forscht der Paläontologe
über Reptilien, die im Schatten
der Dinosaurer lebten und heute
nahezu unbekannt sind (S. 36).
ERNST A. WIMMER,
GEORG OBERHOFER
Die beiden Biologen erkunden
neue Ansätze zur Schädlings­
bekämpfung. Dabei setzen sie
auf »Gene Drives«: die beschleu­
nigte Ausbreitung von Genen
in Populationen, etwa um Krank­
heitsüberträger unschädlich
zu machen (S. 46).
TEVA VERNOUX,
CHRISTOPHE GODIN,
FABRICE BESNARD
Geschichte Kultur
Helden
4.19
der Wissenschaft SPEZIAL Archäologie
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Archäologie Geschichte Kultur
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Helden
Die ewige Sehnsucht
nach Ruhm und Größe
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In unserem
Spektrum
SPEZIAL
Archäologie – Geschichte –
Kultur 4.19 dreht sich alles um Helden: von der Antike
bis zur Neuzeit.
28.11.19 15:10
Drei Wissenschaftler von der
Ecole normale supérieure in Lyon
bringen ab S. 52 Botanik und
Mathematik zusammen, um die
Bildung der erstaunlichen Muster
von Pflanzen nachzuvollziehen.
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und Versagern
OLYMPIA
Von antiken Siegern
unter der Folter
MÄRTYRER
Glaubensstärke
und Meister der Propaganda
NAPOLEON
General, Kaiser
Spektrum
der Wissenschaft
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INHALT
3 EDITORIAL
6 SPEKTROGRAMM
26 FORSCHUNG AKTUELL
Form versus Textur
Bilderkennung bei Mensch
und KI.
Detektoren für die Lücke
im Spektrum
Ein Graphentransistor für
Terahertzstrahlung.
Auf der ganzen Erde wird
es wärmer
Zum ersten Mal in den
letzten 2000 Jahren steigt
die Temperatur global.
Wie Knochen entstehen
Neue Einblicke in den
Wachstumsmechanismus.
Neue Serie: Das menschliche Gehirn
12 KOGNITION
WAS IST BEWUSSTSEIN?
Erst allmählich lüften Naturwissenschaftler ein Geheimnis, das Philoso-
phen seit der Antike beschäftigt.
Von Christof Koch
18 WAHRNEHMUNG
UNSERE INNEREN UNIVERSEN
Mittels ständig aktualisierter Prognosen über die äußere Welt konstruiert das
Gehirn seine eigene Realität als kontrollierte Halluzination.
Von Anil K. Seth
36 PALÄONTOLOGIE
DAS GEHEIMNIS DER VERBORGENEN REPTILIEN
Die Choristodera, eine wenig bekannte Reptiliengruppe, überlebte im Gegen-
satz zu den Dinosauriern das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit.
Von Daniel T. Ksepka
46 GENETIK
IM BUND MIT SELBSTSÜCHTIGEN GENEN
Wie »Gene Drives« dabei helfen können, Schädlingsorganismen und Krank-
heitserreger zu bekämpfen.
Von Ernst A. Wimmer und Georg Oberhofer
35 SPRINGERS EINWÜRFE
Der Haken an der Sache
Ist Werkzeuggebrauch eine
Frage der Kultur oder der
Umwelt?
52 BOTANIK
ZAHLENSPIELE IM REICH DER PFLANZEN
Pflanzen weisen komplizierte Formen auf, die uns schon lange faszinieren.
Nach und nach entschlüsseln Forscher die dazugehörigen Mechanismen.
Von Teva Vernoux, Christophe Godin und Fabrice Besnard
62 ZEITREISE
78 SCHLICHTING!
Schneeverlust unter dem
Gefrierpunkt
Bei Phasenübergängen ist
die Temperatur nicht alles.
64 ATMOSPHÄRE
DER WOLKENSTAUBSAUGER VON SPITZBERGEN
Um Klimamodelle zu verbessern, untersucht ein Wissenschaftler Wasser-
dampf und Feinstaub aus der saubersten Luft der Welt.
Von Tamara Worzewski
80 IMPRESSUM
81 FREISTETTERS FORMELWELT
Vollkommen logisch
Die Mathematik der Such-
maschinen.
69 CHEMISCHE UNTERHALTUNGEN
ATEMNOT AUF ZELLULOID
Wie realistisch ist die Chemie in den Filmen »Das Boot« und »Apollo 13«?
Von Matthias Ducci und Marco Oetken
72 ASTRONOMIE
BLICK INS DUNKLE ZEITALTER
Eine neue Generation von Radioteleskopen liefert Signale aus der Frühzeit des
Kosmos.
Von Davide Castelvecchi
86 REZENSIONEN
94 LESERBRIEFE
96 FUTUR III – KURZGESCHICHTE
98 VORSCHAU
82 WISSENSCHAFTSPHILOSOPHIE
WIE UNIVERSELL SIND NATURGESETZE?
Neue Serie: Grundbegriffe der Wissenschaft
Die fundamentalen Regeln der
Physik gelten nur unter idealen Bedingungen. Doch die gibt es praktisch nie.
Von Alexander Mäder
TITELBILD:
HANK GREBE / STOCK.ADOBE.COM;
BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
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Spektrum
der Wissenschaft
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TITELTHEMA
WAS IST BEWUSSTSEIN?
EMMA SKURNICK
52
BOTANIK
ZAHLENSPIELE
IM REICH DER
PFLANZEN
36
RAZZEL / STOCK.ADOBE.COM
PALÄONTOLOGIE
GEHEIMNIS-
VOLLE
REPTILIEN
82
WISSENSCHAFTSPHILOSOPHIE
WIE UNIVERSELL SIND
NATURGESETZE?
64
ATMOSPHÄRE
DER WOLKEN-
STAUBSAUGER VON
SPITZBERGEN
ARCHANGELWORKS / STOCK.ADOBE.COM; BEARBEITUNG: SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT
TAMARA WORZEWSKI
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Spektrum
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5
MONSITJ / STOCK.ADOBE.COM
12

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