Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kran aus Knochen und Muskeln

12.10.2005


Der Wendehals Diplodocus: Diese Riesenechse ist mit 30 Metern einer der längsten Dinosaurier. Er lebte in der späten Jurazeit vor 156 bis 144 Millionen Jahren im Gebiet der heutigen USA (Colorado, Montana, Utah, Wyoming). Der zwölf Tonnen schwere Pflanzenfresser hat einen im Vergleich zum massigen Körper winzigen Kopf, der auf einem bis zu sieben Meter langen Hals sitzt. Untersuchungen mit Computer- und Neutronentomografie haben gezeigt, dass die Halswirbel für respektable Luftkissen Platz haben. Dank dem somit leichten und wendigen Hals konnte der Saurier effizient seinen enormen Bedarf an Schachtelhalmen, Farnen und Blättern decken – wie eine Art pneumatischer Kran in Leichtbauweise. (Bild des Modells im Dinopark «Im Grünen», Genossenschaft Migros Basel)


Neutronen erzählen von Dinos: Die Neutronenradiografie am PSI bietet Anwendungen in vielen wissenschaftlich-technischen Gebieten, so auch in der Paläontologie. Das Durchleuchten von Saurierknochen liefert aufschlussreiche Befunde über Körperbau und Verhalten der Riesenechsen. Eine Physik-Studentin installiert an der neuen ICON-Anlage einen Saurierknochen, um dessen Materialaufbau zerstörungsfrei zu untersuchen. (Bild H.R. Bramaz/PSI)


Mit der Neutronenradiografie am Schweizer Paul Scherrer Institut (PSI) lassen sich Objekte aus zahlreichen wissenschaftlich-technischen Gebieten zerstörungsfrei prüfen und durchleuchten.


So ergaben Untersuchungen an Halswirbeln eines 30 Meter langen Dinosauriers aufschlussreiche Befunde über Körperbau und Verhalten der Riesenechse. Die hohlen Knochen reduzierten nicht nur beträchtlich das Gewicht, das darin eingerichtete pneumatische System trug auch wesentlich zur Stabilisierung und Beweglichkeit des Halses bei. Vermutlich konnte der Pflanzenfresser dadurch seinen enormen Nahrungsbedarf effizienter decken.

Dinosaurier sind sehr populäre Geschöpfe, auch wenn sie bereits vor 65 Millionen Jahren ausgestorben sind. In zahlreichen Ausstellungen, Parks und Museen werden die urzeitlichen Riesenechsen stets von einem grossen Publikum bestaunt. Diese Faszination gründet auch auf dem Mythos einer längst vergangenen Zeit, als in der Schweiz ein tropisches Klima herrschte und weite Gegenden vom Tethysmeer überflutet waren.


Forschende haben bereits etliche Erkenntnisse über die Lebensweise der Dinosaurier gewonnen. Wie sie lebten, was sie frassen, warum sie so gross wurden. Dabei ist von der Vorstellung Abschied zu nehmen, die Grossreptilien seien primitive Monster gewesen. Noch sind aber viele Fragen ungewiss. Mehr Licht ins Dunkel haben kürzlich Ergebnisse gebracht, die zerstörungsfreie Verfahren wie die Computer- (CT) und die Neutronentomografie (NT) des PSI einsetzten.

Bei der CT werden Röntgenstrahlen und bei der NT Neutronen mit angemessener Energie durch die Probe geschickt. Röntgen eignet sich für dicke organische Proben, wie das Durchleuchten des menschlichen Körpers. Die Neutronenradiografie hingegen kann dünne Schichten organischer Stoffe oder andere wasserstoffhaltige Proben sehr kontrastreich abbilden, weil die Neutronen im Gegensatz zu Röntgenstrahlen an leichten Atomen wie Wasserstoff stark streuen. Neutronen können die meisten Metalle leicht durchqueren, während Röntgenstrahlen gestoppt werden und somit kein Bild über die Probe liefern.

Hohlräume in Knochen ermittelt

Ein Forschungsteam des Naturhistorischen Museums Basel (NMB) hat in einem vom Schweizerischen Nationalfonds geförderten Projekt verschiedene Wirbelknochen des Dinosauriers Diplodocus mit CT und NT untersucht. Die Kombination der beiden tomografischen Verfahren erbrachte ein detailliertes Bild der innern Hohlräume. Durch die Tomografien lassen sich auch die Verteilung der pneumatischen Strukturen im Knocheninneren herausfinden und rekonstruieren, ohne dass die wertvollen Reste zerstört werden.

Der Diplodocus wurde 30 Meter lang, fast vier Meter hoch und wog vermutlich etwa zwölf Tonnen. Sein Hals war stolze sechs bis sieben Meter lang. Versteinerte Knochen hat man in den US-Bundesstaaten Colorado, Montana, Utah und Wyoming entdeckt. Dort lebte der Dinosaurier vor 156 bis 144 Millionen Jahren (im späten Jura) und ernährte sich von Pflanzen. Die untersuchten Knochen stammen aus dem Sauriermuseum Aathal ZH.

Luftschläuche verhindern Absacken

Anhand der CT und NT rekonstruierten die Wissenschaftler die Weichteile im Hals, die früher die Hohlräume in und um die Wirbel ausgefüllt hatten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Diplodocus im Halsbereich um die Wirbel herum ein dreiteiliges Luftschlauch-System besass. Mit Hilfe der prallen pneumatischen Schläuche konnte er den langen Hals in Normalstellung stabil halten. So wurde beispielsweise zusammen mit dem Bänderapparat ein Absacken des Halses verhindert.

An den einzelnen Halswirbeln war durch die pneumatischen Strukturen mindestens die Hälfte der Masse reduziert. Das zeigen die tomografischen Schnitte. Das gesamte Halsgewicht war demnach ein Fünftel leichter als früher berechnet. Der Riese konnte also seinen Hals pneumatisch drehen und schwenken. Um die Pflanzen effizient ins Maul zu bekommen, so vermuten die Paläontologen, bewegte der Diplodocus seinen Hals wendig auf und ab sowie hin und her - wie ein höchst flexibler und stabiler pneumatischer Kran. Mit einer klugen Kombination von Biologie und Technik könnten so die Millionen Jahre alten Fossilien das Prinzip liefern für eine neuartige Technologie im Kranbau und als Beispiel dienen von gelungener Bionik nach Dino-Art.

Neue Neutronenradiografie-Anlage am PSI

Die Anwendungen der Neutronenradiografie am PSI haben sich seit Inbetriebnahme der Anlage NEUTRA im Jahr 1997 stark erweitert. Das bildgebende Verfahren kommt heute neben Routineaufgaben bei der zerstörungsfreien Prüfung vornehmlich der Forschung in Elektrochemie, Bodenkunde, Geologie, Holzanalyse, Archäologie und (wie zuvor beschrieben) Paläontologie zugute. Die hohe Nachfrage nach Messungen und die Weiterentwicklung der Methode führten zum Entschluss, am PSI eine zweite Anlage aufzubauen. Die kürzlich fertig gestellte Strahllinie ICON verwendet kalte Neutronen und weist im Vergleich zur bisherigen Anlage ein unterschiedliches Neutronenspektrum auf. Dadurch lässt sich die Aussagekraft der Untersuchungen mit Neutronenradiografie weiter verbessern.

Auf dem Gebiet der industriellen Anwendungen dominieren zurzeit Analysen von elektrochemischen Brennstoffzellen, die Wasserstoff und Sauerstoff zu elektrischem Strom umwandeln. Das dabei entstehende Wasser kann mit Neutronen sehr genau in hoher räumlicher und zeitlicher Auflösung auch innerhalb der metallischen Struktur sichtbar gemacht werden. Anhand solcher Detailstudien lässt sich die Effizienz der Brennstoffzellen erheblich steigern. Werden die Zellen in Fahrzeugen eingesetzt, können solche Antriebe wesentlich zu einem umweltfreundlicheren Strassenverkehr beitragen.

Für weitere Auskünfte:

Dr. Eberhard Lehmann, Leiter der Gruppe Neutronenradiografie, PSI; Telefon +41 (0)56 310 29 63; eberhard.lehmann@psi.ch

Dr. Daniela Schwarz, Paläontologin, Naturhistorisches Museum Basel; Telefon +41 (0) 61 266 55 90; daniela.schwarz@bs.ch

Beat Gerber | idw
Weitere Informationen:
http://www.psi.ch
http://www.bs.ch

Weitere Berichte zu: Dinosaurier Diplodocus Knochen Neutronenradiografie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik
17.02.2018 | Max-Planck-Institut für Polymerforschung

nachricht Verborgene Talente: Mit Bleistift und Papier Wärme in Strom umwandeln
16.02.2018 | Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie GmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Im Focus: Demonstration of a single molecule piezoelectric effect

Breakthrough provides a new concept of the design of molecular motors, sensors and electricity generators at nanoscale

Researchers from the Institute of Organic Chemistry and Biochemistry of the CAS (IOCB Prague), Institute of Physics of the CAS (IP CAS) and Palacký University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

Von Bitcoins bis zur Genomchirurgie

19.02.2018 | Veranstaltungen

Unternehmenssteuerung und Controlling im digitalen Zeitalter

19.02.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Stahl ist nicht gleich Stahl: Informatiker und Materialforscher optimieren Werkstoffklassifizierung

19.02.2018 | Materialwissenschaften

Wenn Eiweiße einander die Hand geben

19.02.2018 | Materialwissenschaften

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics