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Neues an der Universtitaet Würzburg

Kooperation von s.Oliver, Drykorn und Universität

Schlagkräftiges Team: die Beteiligten an der Kooperation in Sachen Digital Retail Lab: Gerrit Voss (Drykorn), Giacomo Welsch (Digital Retail Lab (DRL)/Universität Würzburg), Andreas Baur (s.Oliver Group), Uni-Präsident Alfred Forchel, Gabriele Fluck (Personalchefin s.Oliver Group), Matthias Griebel (DRL), sowie die Professoren Christoph Flath und Frédéric Thiesse.

Die Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) und das internationale Modeunternehmen s.Oliver Group kooperieren im Rahmen eines "Digital Retail Lab".

Als weiterer Partner ist auch das in Kitzingen ansässige Modeunternehmen Drykorn mit an Bord. "Mit dem Digital Retail Lab haben wir eine einzigartige Initiative ins Leben gerufen, mit der Wissenschaft und erfolgreiche Modeunternehmen ihre Expertise bündeln, um innovative Lösungen für eine digitalisierte Modewelt zu entwickeln", sagt Professor Richard Pibernik, Dekan der Wirtschaftswissenschaftlichen Fakultät der JMU.

Juniorprofessur wird eingerichtet

Um eine hochqualifizierte Lehre und Forschung sicherzustellen, wird eine Juniorprofessur mit dem Titel "Digital Retail" eingerichtet. "Durch neue Impulse in Forschung und Lehre können sich für Studierende sowie für Absolventinnen und Absolventen der Universität wertvolle Karrieremöglichkeiten entwickeln. Die aktive Vernetzung zwischen Wissenschaft und Wirtschaft birgt große Chancen für die internationale Wettbewerbsfähigkeit unserer Region", sagt Uni-Präsident Alfred Forchel.

Hinter dem Digital Retail Lab verbirgt sich, frei übersetzt, ein "digitales Labor für Verkauf und Vertrieb." Professor Frédéric Thiesse, Professor für Wirtschaftsinformatik & Systementwicklung sagt dazu: "Für die Unternehmenspartner ist der Zugriff auf wissenschaftliche Expertise und aktuelle Forschungsergebnisse wichtiger denn je, um durch Innovation wettbewerbsfähig zu bleiben. Für die Universität ergibt sich die hervorragende Möglichkeit, neue Konzepte und Methoden unmittelbar in die Praxis zu transferieren und dort zu erproben."

Umfangreiche Fragestellungen

An Fragestellungen mangelt es nicht. Wie können Big Data und ähnliche Themen auch dem Handel nutzen? Was ist in diesem Zusammenhang im Umgang mit den Daten der Nutzer zu beachten? Aber auch Themen, die noch näher an der "Haut" der Kunden sind, passen ins Lab. Etwa: Kann und möchte der Kunde seine Kleidung vielleicht schon von zuhause aus via 3D-Scan anprobieren oder durch 3D-Druck gleich produzieren?

"Die digitale Transformation, Big Data und das Internet der Dinge machen nicht vor der Modebranche halt. Im Digital Retail Lab suchen und entwickeln wir gemeinsam mit Praxispartnern innovative IT-Lösungen für den Handel der Zukunft", sagt Professor Christoph Flath, Juniorprofessor für Wirtschaftsinformatik & Operations Management.

"Wir sind davon überzeugt, dass die bestmögliche Umsetzung des Omni-Channel-Gedankens, also der Verzahnung von Online- und Offline-Kanälen, ein wichtiger Baustein ist, um die Erfolgsgeschichte der s.Oliver Group auch in Zukunft fortzuschreiben", sagt s.Oliver-Manager Andreas Baur.

Gut ausgebildete Absolventen

Zur personellen Ausstattung des Digital Retail Lab gehören neben der Juniorprofessur auch zwei wissenschaftliche Mitarbeiter sowie Sachmittel. Die Finanzierung wird in Teilen von s.Oliver und Drykorn übernommen. Darüber hinaus umfasst die Zusammenarbeit auch eine Förderung des Praxisbezugs in der Ausbildung der Studierenden. Hierzu werden beispielsweise regelmäßig Workshops zu einzelnen Management- und Technologiethemen sowie Projektseminare und Praktika angeboten. Studierende anderer Fachrichtungen können ebenfalls in dem Bereich Vorlesungen oder Seminare besuchen oder Abschlussarbeiten schreiben und Praktika machen.

s.Oliver-Personalchefin Gabriele Fluck sagt: "Gerade im Hinblick auf den Fachkräftemangel, der in vielen Bereichen deutlich zu spüren ist, sehen wir in dieser Zusammenarbeit einen innovativen und interessanten Ansatzpunkt, um gut ausgebildete Absolventen für unser Unternehmen, das zukunftsorientiert agiert, zu gewinnen."

Auch Drykorn-Geschäftsführer Gerrit Voss betont die Wichtigkeit der Kooperation: "Auch wir sehen eine klassische Win-win-Situation. Die Studenten haben die Möglichkeit, in echten Unternehmen an realen Fragestellungen zu arbeiten und hier wichtige Erfahrungen für ihre berufliche Zukunft zu machen. Wir als aufstrebendes Modeunternehmen bekommen im Gegenzug innovative Lösungen für den wichtigen Wachstumsmarkt E-Commerce."

Das Digital Retail Lab ist bereits eingerichtet und hat seine Arbeit aufgenommen.

 

Kurzinfo: Digital Retail Lab

Das Digital Retail Lab ist eine gemeinsame Forschungsinitiative der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) mit innovativen Modeunternehmen aus der Region Mainfranken. In enger Zusammenarbeit mit den Partnern entwickelt das Digital Retail Lab IT-basierte Lösungen: von der Strategie bis zum Demonstrator für E-Commerce, Innovationen im Filialgeschäft und der Omni-Channel-Integration.

Kontakt

Prof. Dr. Frédéric Thiesse, Lehrstuhl für Wirtschaftsinformatik und Systementwicklung, T.: +49 (0)931 31-80789, E-Mail: frederic.thiesse@uni-wuerzburg.de

Betriebsausflug der Verwaltung

Die Verwaltung der Universität Würzburg geht am Mittwoch, 26. Juli, auf Betriebsausflug. Manche Abteilungen und Stabsstellen sind an diesem Tag nur eingeschränkt erreichbar.

Während des Betriebsausflugs der Uni-Zentralverwaltung am Mittwoch, 26. Juli 2017, ist in den Abteilungen und Stabsstellen - wo möglich - ein Jour-Dienst eingerichtet.

Das Prüfungsamt steht an diesem Tag weitgehend zur Verfügung. Wer wissen möchte, ob der benötigte Sachbearbeiter da ist, sollte vor dem Gang zum Prüfungsamt sicherheitshalber dort anrufen (Website Prüfungsamt).

Für dringende Angelegenheiten, die sich nicht um einen Tag aufschieben lassen, steht als Ansprechstelle die Presse- und Öffentlichkeitsarbeit bereit:

Telefon (0931) 31-82750, 31-82172, presse@uni-wuerzburg.de

Am Ursprung der Thrombozyten

Die mit Hilfe der Lichtblatt-Fluoreszenzmikroskopie produzierten Bilder zeigen links die Rekonstruktion eines Maus-Unterschenkelknochens. Megakaryozyten (grün) sind eingebettet in ein dichtes Gefäßnetzwerk (rot) und Knochengewebe (grau). Rechts ist die Rekonstruktion eines Maus-Brustbeins zu sehen. Megakaryozyten (grün) stehen in Kontakt mit Blutgefäßen (rot). Knochengewebe ist grau dargestellt. (Fotos: AG Heinze)

Wissenschaftlern der Universität Würzburg ist es durch moderne Mikroskopieverfahren gelungen, neue 3D-Einblicke in das Knochenmark zu gewinnen. Dabei konnten sie wichtige Elemente der Thrombozytenbildung entschlüsseln.

Thrombozyten, auch Blutplättchen genannt, heften sich bei Verletzung eines Blutgefäßes an das umliegende Gewebe an und sorgen dafür, dass Verletzungen verschlossen und Heilungsprozesse ausgelöst werden. Sie spielen auf diese Weise eine entscheidende Rolle in der Blutgerinnung und müssen im Köper ständig neu gebildet werden. Ihren Ursprung finden die Thrombozyten im Knochenmark. Riesige Vorläuferzellen, die so genannten Megakaryozyten, geben nach einem komplexen Reifungsprozess frische Thrombozyten direkt in die Blutbahn ab.

In der Kinderstube der Thrombozyten geht es ruhig zu

Bisher dachte man, dass sich die Vorläuferzellen mühsam ihren Weg durch das Knochenmark bis zum Gefäß bahnen müssen. Mit modernen Mikroskopieverfahren und computerbasierten Simulationen konnten Forscher des Rudolf-Virchow-Zentrums für Experimentelle Biomedizin und des Universitätsklinikums Würzburg diese Theorie jetzt widerlegen. Wie sie zeigen konnten, entstehen die meisten Megakaryozyten bereits in der vaskulären Nische, also unmittelbar am Gefäß. Die übrigen Vorläuferzellen sind gleichmäßig im Knochenmark verteilt und typischerweise so groß und formflexibel, dass sie durch kleinste (Wackel-) Bewegungen im dichten Gefäßnetz des Knochenmarks das Gefäß erreichen können.

„Erst die Kombination aller Informationen aus Intravital- und Lichtblattblattmikroskopie hat diese Erkenntnisse möglich gemacht“, sagt Prof. Katrin Heinze, Leiterin der Studie. Weiter erklärt sie: „Wir konnten zudem zeigen, wie die 3D-Bilder der Gefäße und Zellen zu perfekten biologischen Vorlagen für computergestützte, realistische Simulationen der Zellverteilung im Knochenmark werden können“.

Virtuelle Reise durch das Knochenmark

Dr. David Stegner, Erstautor der Studie, ergänzt: „Wir haben schon länger vermutet, dass die existierenden Modelle der Thrombopoese unzureichend oder falsch sind, es war jedoch schwierig, das experimentell zu beweisen." Mit ihrem neuen Ansatz ist es dem Forscherteam jetzt erstmals gelungen, hochauflösende Einblicke in den intakten Knochen zu bekommen. Die beiden Federführenden der Studie weisen darauf hin, dass ihre Kollaboration nicht nur ein Glücksfall, sondern auch eine zukunftsweisende Entscheidung gewesen sei, die noch lange tragen werde.

„Aufbauend auf unseren Befunden könnten in Zukunft neue Behandlungsstrategien bei Erkrankungen, die mit verminderter Thrombozytenbildung einhergehen, entwickelt werden“, hofft Dr. Stegner. Ihre neuen Erkenntnisse konnten die Würzburger Forscher jetzt in einem Artikel in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlichen.

Stegner, D. et al. (2017). Thrombopoiesis is spatially regulated by the bone marrow vasculature. Nature Communications 8(127). DOI: 10.1038/s41467-017-00201-7

Kontakt

Prof. Dr. Katrin Heinze (Molekulare Mikroskopie, Rudolf-Virchow-Zentrum)
Tel. +49 (0)9 31/ 31 - 84214, katrin.heinze@virchow.uni-wuerzburg.de

Dr. David Stegner (Gruppenleiter, Vascular Imaging)
Tel. +49 (0)9 31/ 31 - 80419, stegner@virchow.uni-wuerzburg.de

Dr. Frank Sommerlandt (Public Science Center, Rudolf-Virchow-Zentrum)
Tel. +49 (0)9 31/ 31 - 88449, frank.sommerlandt@uni-wuerzburg.de

Chancen für die Behandlung von Kinderdemenz

So lässt sich im Mausmodell für die Kinderdemenz die Degeneration der Netzhaut bremsen: Links die Ganglienzellschicht einer gesunden Netzhaut, in der Mitte eine erkrankte. Rechts eine erkrankte Netzhaut unter Behandlung mit dem Medikament Teriflunomide – sie unterscheidet sich kaum von der gesunden. (Bild: Janos Groh)

Demenz ist keine reine Alterskrankheit – auch Kinder und Jugendliche können davon betroffen sein. Ein Forschungsteam der Universität Würzburg sieht gute Chancen, mit etablierten Medikamenten gegen Kinderdemenz vorzugehen.

Kinderdemenzen sind genetisch bedingte Stoffwechselerkrankungen des Gehirns. Sie machen sich zuerst durch eine Verschlechterung der Sehleistung bemerkbar; es folgen epileptische Anfälle, Erblindung, Taubheit, Demenz und ein früher Tod.

Der medizinische Fachausdruck für die Kinderdemenz: Neuronale Ceroid-Lipofuszinosen (CLN). Mehr als zehn Formen dieser Krankheit sind bisher bekannt. Sie alle werden durch verschiedene Genmutationen verursacht, sie alle sind bislang nicht behandelbar und verlaufen immer tödlich.

Schleichende Entzündung im Gehirn entdeckt

Verstärkt wird die Krankheit durch eine schleichende Entzündungsreaktion im Gehirn. Das hat die Forschungsgruppe um Professor Rudolf Martini, Leiter der Sektion Experimentelle Entwicklungsneurobiologie an der Neurologischen Klinik des Würzburger Universitätsklinikums, vor einigen Jahren entdeckt.

Nun verfolgt Martinis Gruppe einen Weg, der diese Erkenntnis möglicherweise klinisch umsetzbar macht: „Die Gabe der immunmodulatorischen Medikamente Fingolimod und Teriflunomid zeigt im Mausmodell für die Kinderdemenz eine erstaunliche therapeutische Wirkung“, so der Professor. Dieser Effekt hatte sich bereits in allen vorhergehenden grundlagenwissenschaftlichen Experimenten angedeutet.

Degeneration von Gehirn und Netzhaut gebremst

Im Tiermodell haben die beiden Medikamente krankhafte Veränderungen im Gehirn und andere klinische Parameter – wie die Häufigkeit von Muskelzuckungen – deutlich reduziert. Außerdem bewirkten sie, dass die Netzhaut des Auges weniger und langsamer degeneriert.

Die Netzhaut lebender Individuen wird in Martinis Team mit der Methode der Optischen Kohärenztomografie analysiert. Dieses Verfahren wurde ursprünglich für Augenuntersuchungen beim Menschen entwickelt: „Es erlaubt uns eine anwendungsnahe Verfolgung des Krankheits- und Therapieverlaufes und reduziert die Zahl der benötigten Versuchstiere ganz erheblich.“

Hirnautopsien von Patienten untersucht

Zunächst haben die Wissenschaftler ihre Ergebnisse noch zurückhaltend bewertet – schließlich wussten sie nicht, ob ähnliche Entzündungsreaktionen wie im Tiermodell auch bei Patienten mit Kinderdemenz auftreten und ob sie damit tatsächlich eine neue Behandlungschance an der Hand haben.

Deshalb untersuchten sie zusätzlich selten verfügbare Hirnautopsien, die ihnen von der „London Neurodegenerative Disease Brain Bank and Brains for Dementia Research“ zur Verfügung gestellt wurden. Ergebnis: Alle untersuchten Proben von Patienten wiesen Entzündungsreaktionen auf, die denen der Modellmäuse erheblich ähnelten. Somit bestehen gute Chancen, dass auch Patienten auf eine Behandlung mit den Immunmodulatoren ansprechen.

Klinisch gangbaren Weg gefunden

Mit bundesweit etwa 500 und weltweit rund 50.000 erkrankten Kindern gehört die Kinderdemenz zu den sogenannten seltenen Erkrankungen. „Naturgemäß sind diese Erkrankungen für die meisten Pharmafirmen wegen der hohen Entwicklungskosten von Medikamenten für relativ wenige Patienten von geringem Interesse“, so Martini.

Die Untersuchungen seines Teams zeigen nun aber einen Weg, wie man gegen Kinderdemenz vorgehen könnte: mit bereits im klinischen Einsatz befindlichen Medikamenten, deren Wirkung auf eine Abmilderung der Erkrankung hoffen lässt und deren Nebenwirkungen und Risiken bereits bekannt sind: „Mit Fingolimod und Teriflunomid könnte das gelingen. Diese Medikamente wurden für die Behandlung der häufigsten Entzündungserkrankung des zentralen Nervensystems entwickelt, die Multiple Sklerose“, sagt der Würzburger Neurobiologe.

Individuelle Heilversuche wären also möglich, aber kontrollierte klinische Studien mit Patienten wären der Goldstandard. Solche Studien seien jedoch hinsichtlich der Finanzierung und der Seltenheit der Erkrankung eine Herausforderung. „Erfreulicherweise haben uns aber das Würzburger Zentrum für seltene Erkrankungen unter der Leitung von Professor Helge Hebestreit, die Neurologische Klinik mit Professor Jens Volkmann an der Spitze und die Augenklinik unter Professor Jost Hillenkamp tatkräftige Unterstützung zugesagt“, freut sich Martini.

Nach Martinis Ansicht zeigt dieses erfolgreiche Forschungsprojekt erneut, dass eine „translationale Infrastruktur“ und Experimente an Tiermodellen für unheilbare Erkrankungen des Menschen nach der Ausschöpfung aller anderen Wege unerlässlich seien. Nur so ließen sich Ansätze für eine Behandlung finden.

Die Beobachtungen der Würzburger Arbeitsgruppe wurden in der renommierten Zeitschrift „Molecular Therapy“ publiziert.

Groh J., Berve K., Martini R.: Fingolimod and Teriflunomide Attenuate Neurodegeneration in Mouse Models of Neuronal Ceroid Lipofuscinosis, Molecular Therapy, 13. Mai 2017, DOI: 10.1016/j.ymthe.2017.04.021

Kontakt

Dr. Janos Groh und Prof. Dr. Rudolf Martini, Universitätsklinikum Würzburg, Neurologische Klinik, Sektion Experimentelle Entwicklungsneurobiologie

groh_j@ukw.de

rudolf.martini@uni-wuerzburg.de

Max-Planck-Forschung in Würzburg startet

Die neue Max-Planck-Forschungsgruppe wird in Räumen des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie untergebracht. (Foto: Josef Wilhelm)

Das Immunsystem erforschen: Dieses Ziel verfolgt an der Universität Würzburg eine neue Max-Planck-Forschungsgruppe. Ihr Aufbau beginnt in diesen Tagen.

Vor vier Jahren wurde der Kooperationsvertrag unterschrieben, nun kann nach und nach die Arbeit in den Labors starten: Mit der Berufung von Professor Georg Gasteiger hat die neue Max-Planck-Forschungsgruppe für Systemimmunologie an der Universität Würzburg ihre Arbeit aufgenommen. Im Endausbau soll die Gruppe aus drei Forschungsteams und einer Nachwuchsgruppe bestehen.

Gasteiger leitet eines der Teams als Direktor; er ist zum 1. Juni 2017 nach Würzburg gewechselt. Hier hat er gleichzeitig die Leitung eines neu geschaffenen Lehrstuhls für Systemimmunologie übernommen.

Für die Leitung eines weiteren Lehrstuhls für Systemimmunologie hat die Universität Professor Wolfgang Kastenmüller gewonnen. Er wird zum September 2017 von Bonn nach Würzburg kommen. Das Berufungsverfahren für die Leitung des dritten Max-Planck-Teams läuft derzeit.

Das Immunsystem ganzheitlich im Blick

Womit befasst sich die Max-Planck-Gruppe? Sie wird nicht einzelne Aspekte zum Immunsystem untersuchen, sondern einen ganzheitlichen Ansatz verfolgen. Es gilt, das System und sein Wechselspiel mit dem gesamten Organismus im Blick zu behalten. Dabei geht es einerseits um den Schutz, den das Immunsystem gegen Krankheitserreger oder Krebszellen bieten kann. Andererseits stehen Krankheiten im Fokus, die das Immunsystem selbst auslöst, wie etwa Multiple Sklerose oder Rheuma.

Der Freistaat Bayern, die Max-Planck-Gesellschaft (MPG) und die Universität Würzburg haben eine vorerst fünfjährige Laufzeit der neuen Gruppe vereinbart. Zur Finanzierung steuert der Freistaat 25 Millionen Euro bei, die MPG übernimmt die restlichen zwei Millionen Euro.

Standort auf dem Medizin-Campus

Am Ende sollen es gut 42 Personen sein, die in der Gruppe arbeiten. Untergebracht werden die Teams in Räumen des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie in der Versbacher Straße 9. Ihnen stehen dort rund 1.500 Quadratmeter für Labore und Büros zur Verfügung.

Der Standort auf dem Würzburger Medizin-Campus dürfte von großem Vorteil sein: Hier wird an mehreren Kliniken und Instituten die Regulation von Immunzellen untersucht, hier wird an Immuntherapien zum Beispiel gegen Krebs und Hautkrankheiten gearbeitet. Diese Forschungen können die Aktivitäten der Max-Planck-Teams sehr gut ergänzen.

Außeruniversitäre Forschung weiter gestärkt

Die Max-Planck-Forschungsgruppe für Systemimmunologie ist ein wichtiger Baustein in den Bemühungen, die außeruniversitäre Forschung am Standort Würzburg weiter auszubauen. Erst im Mai 2017 haben die Helmholtz-Gemeinschaft und die Universität hier die Einrichtung ihres neuen gemeinsamen Instituts für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) gefeiert.

Die Allianz der Wissenschaftsorganisationen, zu der die Max-Planck-Gesellschaft, die Helmholtz-Gemeinschaft, die Leibniz-Gemeinschaft und die Fraunhofer-Gesellschaft als große außeruniversitäre Forschungsorganisationen gehören, ist darüber hinaus durch das Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg vertreten.

Statements der Präsidenten Stratmann und Forchel

Martin Stratmann, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft, erklärt die Strategie, die hinter der Einrichtung von Max-Planck-Forschungsgruppen an Universitäten steht: „Wir wollen auf diese Weise die Forschungsaktivitäten der Max-Planck-Gesellschaft eng mit denen deutscher Universitäten vernetzen.“ Das gelte insbesondere für Gebiete, die weitreichende neue Erkenntnisse versprechen.

Die Max-Planck-Forschungsgruppe für Systemimmunologie solle die Immunabwehr und ihre Wirkung auf den gesamten Körper untersuchen. „Es freut mich, dass es uns zusammen mit der Universität Würzburg gelungen ist, mit Georg Gasteiger und Wolfgang Kastenmüller zwei Wissenschaftler zu gewinnen, der dieses Forschungsgebiet in den kommenden Jahren sicher maßgeblich vorantreiben werden“, so Stratmann.

Würzburgs Universitätspräsident Alfred Forchel: „Die Kooperation mit den außeruniversitären Forschungseinrichtungen ist für die Julius-Maximilians-Universität von großer Bedeutung, weil dadurch zukunftsträchtige Forschungsgebiete am Standort Würzburg gezielt gestärkt und ausgebaut werden.“

Website der Würzburger Max-Planck-Forschungsgruppe "Systemimmunologie"

Molekulares Lego

Metallionen, wie Eisen, Cobalt, Nickel oder Zinn, und Liganden bilden in Lösung spontan meist bunt gefärbte MEPE. Die Gruppe von Dirk Kurth hat nachgemessen, wie schnell sie entstehen. (Abbildung: AG Kurth)

Sie können ihre Farbe wechseln, ihren Spin verändern oder von fest zu flüssig wechseln: Bestimmte Polymere besitzen faszinierende Eigenschaften. Wie sie das schaffen, haben Forscher der Uni Würzburg untersucht.

Bei dieser Arbeit handele es sich um ein „Hot Paper“, das interessante und wichtige Aspekte einer neuen Polymerklasse behandelt, die aufgrund ihrer Vielfalt an technologischen Anwendungen zurzeit auf großes Interesse stößt: Zu diesem Urteil sind die Herausgeber der Fachzeitschrift Chemistry – A European Journal gekommen, nachdem sie die jüngste Studie aus dem Arbeitskreis von Professor Dirk Kurth und seiner Doktorandin Stefanie Munzert gelesen haben.

Die Wissenschaftler interessieren sich für eine bestimmte Klasse von Polymeren mit einem komplizierten Namen – die sogenannten Metallo-supramolekularen Koordinationspolyelektrolyte oder, kurz, MEPE. Diese weisen eine Reihe interessanter Eigenschaften auf, über deren Grundlagen bisher wenig bekannt war. Das ändert sich jetzt mit den neuen Forschungsergebnissen aus Würzburg.

Elektrische Spannung verändert die Farbe

Dirk Kurth ist Pionier auf dem Gebiet der MEPE. Er hat diese Stoffklasse Mitte der 1990er-Jahre entdeckt und forscht seitdem an ihnen. „MEPE verfügen über herausragende elektrochrome Eigenschaften“, erklärt er. Das bedeutet: Legt man eine geringe Spannung von wenigen Volt an Materialien, die aus MEPE aufgebaut sind, ändern sie ihre Farbe. Damit eignen sie sich beispielsweise zur Herstellung einer innovativen Verglasung, sogenannter Smart Windows.

Als Bestandteil poröser Festkörper sind sie in der Lage, ihr Fließverhalten im elektrischen Feld zu ändern. Ihre Eigenschaften pendeln ganz nach Wunsch zwischen flüssig und so gut wie fest. Damit bieten sie sich beispielsweise an für den Einsatz im Maschinenbau in Gestalt regelbarer Kupplungen oder in der Medizin, wenn es darum geht, frisch operierte Gelenke vor hohen Belastungen zu bewahren.

Des Weiteren zeigen MEPE unter bestimmten Umständen einen Temperatur-induzierten Spin-übergang. Elektronen verändern dann ihren Spin, also ihre Drehrichtung, und damit auch ihr magnetisches Moment.

Präzise Vorhersagen sind jetzt möglich

Obwohl diese Eigenschaften für technologische Entwicklungen von zentraler Bedeutung sind, sind der Aufbau und die Entstehung dieser neuartigen Polymerklasse kaum verstanden. Dabei ist ihre Herstellung denkbar einfach. „Das ist eine Art ‚molekulares Lego‘, bei dem sich die Türmchen allerdings von selbst aufbauen“, erklärt Professor Kurth. Die Forscher müssen dazu nur im Labor zu einer Lösung eines Metallsalzes eine Lösung sogenannter Terpyridinliganden hinzufügen – der Rest geschieht ganz von selbst.

Wie dieser Prozess vonstattengeht, wie schnell er abläuft und wie er sich steuern lässt, war bislang allerdings unklar. Das ändert sich mit der Veröffentlichung der Würzburger Forschungsergebnisse und macht die Arbeit zum Hot Paper. „Unsere Ergebnisse lassen zum ersten Mal Vorhersagen zu, unter welchen Bedingungen die jeweiligen Prozesse wie lange dauern“, sagt Dirk Kurth. Forscher können damit exakte Vorgaben definieren, die erfüllt sein müssen, damit am Ende ein Material mit den gewünschten Eigenschaften herauskommt.

Zuvor sei das eher eine Sache von Trial & Error gewesen, so Kurth. Wollte ein Wissenschaftler bislang aus einer Lösung einen Film mit einer bestimmten Viskosität herstellen, konnte er nur vermuten, ob das nach Stunden, Tagen oder gar Wochen der Fall sein würde. Jetzt hat er eine Art „Kochrezept“ an der Hand, das ihm sagt, wie er vorgehen muss, um das Ziel zu erreichen. Zusätzlich hat das Team um Dirk Kurth einen einfachen Weg entdeckt, mit dem sich der Prozess beschleunigen lässt: Durch die Zugabe von Salz entstehen die MEPE schneller!

Stäbchenartige Aggregate unter dem Mikroskop

Ebenfalls zum ersten Mal ist es den Wissenschaftlern gelungen, ein Bild der MEPE mit molekularer Auflösung zu liefern. Verantwortlich dafür waren die Kooperationspartner vom Weitzman Institute in Israel. Sie haben die MEPE-Lösung quasi „schockgefroren“ und anschließend mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Was sie gesehen haben, waren stäbchenförmig Strukturen, die mehrere hundert Nanometer lang sein können.

Dirk Kurth versteht seine Arbeit als Grundlagenforschung, aus der technologische Anwendungen abgeleitet werden können. Dennoch hält er sich mit Aussagen über Einsatzmöglichkeiten zurück. Er will lieber ein tieferes Verständnis von den Vorgängen gewinnen; ihn interessiert die Frage, wie MEPE mit elektrischen oder mechanische Felder wechselwirken, auf äußere Stimuli reagieren, oder welche reaktiven Eigenschaften MEPE besitzen, ob sie bestimmte Reaktionen – ähnlich wie ein Katalysator – in Gang setzen können und welche Stimuli dafür möglicherweise nötig sind. Das will er nun weiter erforschen.

The Kinetics of Growth of Metallo-supramolecular Polyelectrolytes in Solution. Stefanie Martina Munzert, Simon P. Stier, Guntram Schwarz, Haim Weissman, Boris Rybtchinski, and Dirk G. Kurth. Chemistry – A European Journal, DOI: 10.1002/chem.201701417

Kontakt

Prof. Dr. Dirk Kurth, Lehrstuhl für Chemische Technologie der Materialsynthese, Fakultät für Chemie und Pharmazie, Julius-Maximilians-Universität Würzburg
T: +49 931 31-82631, dirk.kurth@matsyn.uni-wuerzburg.de

Nisthilfen machen Äcker für Wildbienen attraktiv

Die verwendeten Nisthilfen bestehen aus Bündeln kurzer Schilfhalme, in denen die Insekten ihre Eier ablegen können. (Foto: Verena Rieding)

Wildbienen sind wichtige Bestäuber vieler Nutzpflanzen – mitunter effektivere als Honigbienen. Ihre Zahl lässt sich mit einfachen Mitteln nachhaltig erhöhen. Das zeigt eine aktuelle Studie an der Universität Würzburg.

Die Landwirte haben ein Problem: Vielerorts macht sich die Honigbiene immer rarer. Pflanzen bilden oft aber nur dann Früchte und Samen, wenn ihre Blüten zuvor mit Pollen von Artgenossen befruchtet wurden. Ohne Bestäuber sinken daher die Erträge.

Honigbienen sind jedoch nicht die einzigen Insekten, die diese wichtige Aufgabe übernehmen. Auch die verschiedenen Wildbienen-Arten sind emsige Pollensammler und bestäuben bei dieser Tätigkeit eine Reihe von Nutzpflanzen. Ihre Bedeutung wurde dennoch lange unterschätzt. Inzwischen weiß man aber, dass die Erträge vieler Feldfrüchte spürbar steigen, wenn zwischen ihnen nicht nur Honigbienen, sondern auch ihre „wilden“ Verwandten umherschwirren.

Landschaften mit Rapsfeldern untersucht

„Wir haben daher untersucht, wie sich die Anzahl der Wildbienen auf landwirtschaftlichen Nutzflächen nachhaltig steigern lässt“, erklärt Ingolf Steffan-Dewenter. Der gelernte Imker und Professor für Tierökologie und Tropenbiologie an der Universität Würzburg hat dafür mit seinem Team und mit Kollegen der Universität Wageningen zahlreiche Landschaften mit Rapsfeldern unter die Lupe genommen. Die Studie wurde im EU-Projekt STEP (Status and Trends of European Pollinators) durchgeführt.

Die untersuchten Flächen lagen zum einen in der Umgebung von Würzburg und zum anderen in den Niederlanden. Die Biologen brachten an den Rändern der Felder zunächst so genannte Nisthilfen an – das sind im Prinzip kurze gebündelte Schilfhalme, in denen die Insekten ihre Eier ablegen können. Dann beobachteten sie über einen Zeitraum von zwei Jahren, wie viele Brutzellen in diesen Nestern angelegt wurden und von welchen Arten diese stammten.

Blütenpflanzen als Nahrungsressourcen wichtig

Während der Rapsblüte im Mai locken die Felder jede Menge Bestäuber an. Kein Wunder, dass zu dieser Zeit die Zahl der durch Wildbienen besiedelten Nistplätze geradezu explodierte. Danach nahm die Brutaktivität in beiden Jahren wieder deutlich ab. „Blütenpflanzen sind die einzige Nahrungsressource von Wildbienen – und zwar sowohl der erwachsenen Tiere als auch ihrer Larven“, erläutert Ingolf Steffan-Dewenter. „Die Insekten gedeihen also nur dort, wo auch ausreichend Blütenpflanzen zur Verfügung stehen.“

Raps blüht nur wenige Wochen; danach geht das Nahrungsangebot rapide zurück. Mit diesen Gegebenheiten kommen nur Wildbienenarten klar, deren Aktivitätsmaximum ins Frühjahr fällt.

„Um eine größere Vielfalt von Bienen anzusiedeln, ist es nötig, genügend blütenreiche Gebiete in der Nähe der Nistplätze zu schaffen – dazu reichen oft schon schmale Streifen mit Wildblumen“, betont Steffan-Dewenter. „Wir konnten zeigen, dass derartige Maßnahmen, aber auch naturnahe Habitate in der Umgebung, die Häufigkeit von Wildbienen auf den Feldern positiv beeinflussen.“

Einfache Maßnahmen mit positiver Wirkung

Ein ausreichendes Nahrungsangebot ist eine Sache – fast ebenso wichtig ist aber die Bereitstellung von Nisthilfen, wie sie in der Studie erfolgte. Wenn aber genügend Brutplätze und Blütenpflanzen vorhanden sind, können sich die Wildbienen rasant vermehren. „Unsere Arbeit zeigt, wie positiv sich vergleichsweise einfache Maßnahmen auf die Zahl und Vielfalt der Bestäuber auswirken“, erklärt der Würzburger Biologe.

Landwirte können sich auf diese Weise unabhängiger von der Honigbiene machen, zumal sich mit Hilfe von Wildbienen der Ertrag vieler Nutzpflanzen sogar noch steigern lässt. Auch aus anderen Gründen sei es sinnvoll, auf verschiedene Bestäuberarten zu setzen, meint Dr. Andrea Holzschuh, Koautorin und wissenschaftliche Mitarbeiterin am Lehrstuhl: Eine einzige Bienenart sei deutlich gefährdeter, durch Parasiten oder Krankheiten gravierend dezimiert zu werden; bei verschiedenen Arten sei das Risiko geringer.

Parasiten kein großes Problem

Allerdings sind auch Wildbienen nicht vor natürlichen Feinden und Krankheitserregern gefeit: Wie die Wissenschaftler in ihrer Studie gezeigt haben, wurde jede sechste Brutzelle von Parasiten attackiert, und etwa genauso viele Larven starben durch Infektionen. Je größer die Zahl der Bienen war, desto größer auch der Anteil von ihnen, der diesen Problemen zum Opfer fiel. Nachhaltig beeinträchtigen konnte dieser Effekt die Vermehrung der nützlichen Insekten jedoch nicht.

Publikation

Matteo Dainese, Verena Riedinger, Andrea Holzschuh, David Kleijn, Jeroen Scheper und Ingolf Steffan-Dewenter: Managing trap-nesting bees as crop pollinators: Spatiotemporal effects of floral resources and antagonists. Journal of Applied Ecology; DOI: 10.1111/1365-2664.12930

Kontakt

Prof. Dr. Ingolf Steffan-Dewenter, Professur für Tierökologie und Tropenbiologie, Biozentrum der Universität Würzburg, T +49 931 31-86947, ingolf.steffan@uni-wuerzburg.de

Neue Genmutation bei Fanconi-Anämie

A: Das Enzym RFWD3 markiert Proteine, die auf einsträngiger DNA sitzen. B: Ist es defekt, wird die Reparatur der DNA behindert. (Abbildung modifiziert nach Inano et al.)

Die Fanconi-Anämie setzt schon junge Menschen einem stark erhöhten Krebsrisiko aus. Ein Forschungsteam hat eine neue Genmutation gefunden, die an der Krankheit beteiligt ist.

Die Fanconi-Anämie ist eine seltene Erkrankung mit Blutarmut und einem stark erhöhten Krebsrisiko. Bei den Betroffenen finden sich ungewöhnlich große rote Blutkörperchen und eine verminderte Zahl von Blutplättchen. Beides ist Ausdruck einer verlangsamten Blutbildung.

Bei Patienten, die an dieser erblichen Krankheit leiden, wurden bislang Mutationen in über 20 verschiedenen Genen nachgewiesen. Die Produkte dieser Gene sind gemeinsam wichtig für Reparaturprozesse an der DNA.

Am Biozentrum der Universität Würzburg hat die Forschungsgruppe von Professor Detlev Schindler jetzt ein weiteres Gen identifiziert, das bei Fanconi-Anämie-Patienten verändert ist. Es trägt den Namen RFWD3, ist ebenfalls an diesen komplexen DNA-Reparaturprozessen beteiligt und dürfte bei der Verhütung der Krebsentstehung eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse sind im „Journal of Clinical Investigation“ veröffentlicht.

Im Erbgut nach Mutation gefahndet

Schindlers Gruppe hat die Gene eines zwölfjährigen Kindes mit Fanconi-Anämie untersucht, bei dem aber keine einzige der bislang bekannten Mutationen gefunden wurde.

Also durchsuchten die Forscher systematisch das Erbgut des Kindes – und entdeckten eine bislang unbekannte Mutation im Gen RFWD3. Dieses enthält den Bauplan für ein Enzym, das bestimmte andere Proteine an einzelsträngiger DNA so markiert, dass der Organismus sie als „Abbruchobjekte“ erkennt, so dass die DNA-Reparatur fortschreiten kann. Weil diese RFWD3-Funktion in Zellen des Kindes defekt ist, waren sie empfindlicher für Chromosomenbrüche und für DNA-Schäden.

Noch mehr Erkenntnisse über das Gen

Die Mechanismen, über die das Gen RFWD3 die Reparatur von DNA bewerkstelligt, hat Schindlers Team in zwei weiteren aktuellen Publikationen in der Zeitschrift „Molecular Cell“ beschrieben. Die Würzburger Gruppe beschäftigt sich mit den Grundlagen erblicher Krebserkrankungen und verfügt auf diesem Gebiet über enormes Fachwissen: Sie war in den vergangenen Jahren an der Identifizierung mehrerer Fanconi-Anämie-Gene beteiligt.

Die nächsten Forschungsschritte

Weitere Forschungen an dem Enzym RFWD3 sollen nun klären, ob es sich als therapeutisches Ziel für manche Formen der Fanconi-Anämie oder Krebskrankheiten eignet.

„Biallelic mutations in the ubiquitin ligase RFWD3 cause Fanconi anemia“, Kerstin Knies, Shojiro Inano, María J. Ramírez, Masamichi Ishiai, Jordi Surrallés, Minoru Takata, and Detlev Schindler. Journal of Clinical Investigation, 10. July 2017, DOI: 10.1172/JCI92069,
http://www.jci.org/articles/view/92069www.jci.org/articles/view/92069

Die Publikationen in “Molecular Cell”

https://doi.org/10.1016/j.molcel.2017.04.022

http://dx.doi.org/10.1016/j.molcel.2017.04.021

Kontakt

Prof. Dr. Detlev Schindler, Institut für Humangenetik, Universität Würzburg, T +49 (0)931 31-88075, schindler@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Neue Einblicke in ein komplexes Geschehen

Verteilung von Endothelzellen (rot) und neuronalen Zellen (grün) im Gehirn der erwachsenen Maus. (Foto: AG Gessler)

Die Blut-Hirn-Schranke ist eine einzigartige Barriere. Wissenschaftler der Universität Würzburg haben jetzt Details ihrer Entwicklung entschlüsselt. Dies bietet neue Chancen zur Modifikation und Regulation.

Die Blut-Hirn-Schranke ist ein wichtiger Schutzmechanismus: Als hochselektive physikalische Barriere verhindert sie, dass Krankheitserreger und Giftstoffe aus dem Blutkreislauf in das zentrale Nervensystem eindringen und dort verheerende Schäden verursachen können. Gleichzeitig bremst sie aber auch viele Medikamente aus – was die Behandlung von Krankheiten wie einem Schlaganfall, Hirntumoren oder Ödemen deutlich erschwert.

Zentrale Bausteine der Blut-Hirn-Schranke sind sogenannte Endothelzellen. Diese kleiden die Innenseite der Blutgefäße aus und blockieren mehr oder weniger den Austausch von Stoffen durch die Gefäßwand hindurch. Dabei ist Endothel nicht gleich Endothel. Denn obwohl sich alle Blutgefäße bestimmte Merkmale teilen, passt sich das Endothel spezifisch an die Bedürfnisse des zu versorgenden Organes an.

Ziemlich einzigartig in dieser Hinsicht ist das Blutgefäßsystem des zentralen Nervensystems. Die Blut-Hirn-Schranke unterscheidet sich deutlich von den durchlässigeren Gefäßsystemen in anderen Organen.

Blick auf die Genaktivität

Wie die Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke abläuft und wie sich dieser Prozess möglicherweise steuern und beeinflussen lässt: Das haben Wissenschaftler des Biozentrums der Universität Würzburg in einer neuen Studie untersucht. Sie haben dafür einen Blick auf die Genaktivität embryonaler Endothelzellen des zentralen Nervensystems der Maus geworfen und mit den Aktivitätsmustern der Endothelien anderer Organe verglichen. Die Ergebnisse ihrer Arbeit haben sie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Science Signaling veröffentlicht.

„Wir haben mit Hilfe der Hochdurchsatz-Sequenzierung und mit Vergleichen mit Endothelien aus anderen Geweben Faktoren identifiziert, die an der zeitlichen und räumlichen Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke beteilig sind“, schildert Professor Manfred Gessler, Inhaber des Lehrstuhls für Entwicklungsbiochemie und Hauptautor der Studie, die Vorgehensweise der Wissenschaftler.

Dabei zeigten sich zwischen den verschiedenen Endothelien deutliche Unterschiede bei denjenigen Genen, die für Transportprozesse, Zelladhäsion und die extrazelluläre Matrix verantwortlich sind. Gleichzeitig konnten die Forscher eine Reihe von Transkriptionsfaktoren identifizieren, die mit der Entwicklung und Reifung der Blut-Hirn-Schranke assoziiert sind.

„Diese Transkriptionsfaktoren agieren dabei in Abhängigkeit von dem sogenannten Wnt-Signalweg, einem Signalweg, der für die Ausbildung eines funktionellen Gefäßsystems im zentralen Nervensystem unerlässlich ist“, erklärt Gessler. Gleichzeitig ließen die Ergebnisse jedoch den Schluss zu, dass der Wnt-Signalweg zwar die Reifung und Aufrechterhaltung der Blut-Hirn-Schranke vorantreibt, nicht aber die für das Gehirn spezifische Entwicklung der Blutgefäße in Gang setzt.

Überraschende Unterschiede zwischen einzelnen Zellen

Weil die Analyse der Endothelzellen eines gesamten Organs immer nur einen Mittelwert für die Expression einzelner Gene liefert und somit keine Rückschlüsse auf den Funktionszustand einzelner Zellen erlaubt, haben die Würzburger Biochemiker weitere Experimente durchgeführt. Bei der Untersuchung von sortierten Einzelzellen aus dem Gehirn stießen sie auf unerwartete hohe Unterschiede bei der Genexpression zwischen einzelnen Endothelzellen.

„Diese erhöhte Komplexität macht es natürlich umso schwieriger, die Prozesse zur Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke im Detail zu verstehen“, sagt Gessler. Dennoch gelang es den Wissenschaftlern eine Korrelation in der Expression bestimmter Transkriptionsfaktoren mit der Reifung der Blut-Hirn-Schranke aufzuzeigen. Die Bedeutung dieser Gene konnte mit Hilfe von Zellkultur-Experimenten untermauert werden: Zwei der untersuchten Transkriptionsfaktoren induzierten in Endothelzellen aus menschlichen Nabelvenen die Produktion verschiedener Marker der Blut-Hirn-Schranke.

Grundlage für weitere Forschung

„Die nun in der Fachzeitschrift Science Signaling veröffentlichten Ergebnisse ermöglichen neue Einblicke in die zeitliche und zellulare Komplexität der Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke, werfen aber auch eine Vielzahl von neuen Fragen auf“, schreiben die Wissenschaftler. Gleichzeitig bilde die Studie die Grundlage für weitere Forschungen zu zellulären und molekularen Mechanismen der Blutgefäßentwicklung im zentralen Nervensystem.

Darüber hinaus stellen die neu identifizierten Transkriptionsfaktoren ihrer Aussage nach potentielle Ziele zur Regulation und Manipulation der Blut-Hirn-Schranke dar und werden die Entwicklung von verbesserten Zellkulturmodellen der Blut-Hirn-Schranke ermöglichen.

Gene expression profiles of brain endothelial cells during embryonic development at bulk and single-cell levels. Mike Hupe, Minerva Xueting Li, Susanne Kneitz, Daria Davydova, Chika Yokota, Julianna Kele-Olovsson, Belma Hot, Jan M. Stenman, and Manfred Gessler. Sci. Signal.  11 Jul 2017. DOI: 10.1126/scisignal.aag2476

Kontakt

Prof. Dr. Manfred Gessler, Lehrstuhl für Entwicklungsbiochemie
T: +49 931 31-84159, gessler@biozentrum.uni-wuerzburg.de

Quantenmechanik im Erdkern

Die unterschiedliche räumliche Anordnung der Atome im Eisen- und im Nickelgitter ist für das unterschiedliche physikalische Verhalten unter extremen Bedingungen verantwortlich. Das bunte Bild zeigt die elektronische Dispersion von Nickel in der Region, die für dieses Verhalten verantwortlich ist. (Grafiken: Michael Karolak)

Physiker der Universität Würzburg haben überraschende Eigenschaften des Metalls Nickel entdeckt. Diese könnten dabei helfen, bislang ungeklärte Rätsel um das Magnetfeld der Erde zu lösen.

Ohne Magnetfeld sähe das Leben auf der Erde ziemlich ungemütlich aus: Energiereiche kosmische Teilchen würden in großer Menge die Atmosphäre durchdringen und in den Zellen aller Lebewesen Schäden verursachen. In technischen Systemen würden sich Fehlfunktionen häufen, in Einzelfällen können elektronische Bauteile auch komplett zerstört werden.

Ungeachtet seiner hohen Bedeutung für das Leben auf der Erde ist bislang noch nicht im Detail geklärt, wie das Magnetfeld entsteht. Zwar existieren diverse Theorien über seinen Ursprung; diese sind aus Sicht vieler Experten allerdings nur unzureichend oder fehlerhaft. Einen neuen Ansatz für eine mögliche Erklärung liefert eine Entdeckung Würzburger Physiker. Sie stellen ihre Studie in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature Communications vor. Demnach könnte der Schlüssel für den Effekt in der besonderen Struktur des Elements Nickel verborgen sein.

Widerspruch zwischen Theorie und Realität

„Die gängigen Modelle für das Erdmagnetfeld arbeiten mit Werten für die elektrische und die thermische Leitfähigkeit der Metalle im Erdinneren, die mit der Realität nicht übereinstimmen können“, sagt Giorgio Sangiovanni, Professor am Institut für Theoretische Physik und Astrophysik der Universität Würzburg. Er zeichnet zusammen mit seinem Doktoranden Andreas Hausoel und Postdoktorand Michael Karolak für die gerade veröffentlichte, internationale Kollaboration verantwortlich. Daran beteiligt sind auch Alessandro Toschi und Karsten Held von der TU Wien, mit denen Giorgio Sangiovanni eine enge langfristige Kooperation hat, sowie Wissenschaftler aus Hamburg, Halle (Saale) und Ekaterinburg in Russland.

6.300 Grad Celsius und ein Druck von etwa 3,5 Millionen bar herrschen am Erdmittelpunkt in einer Tiefe von gut 6.400 Kilometern. Die vorherrschenden Elemente, Eisen und Nickel, bilden unter diesen Umständen eine feste Metallkugel, den inneren Erdkern. Um diese Kugel herum befindet sich der äußere Erdkern, wobei Eisen und Nickel dort zähflüssig sind. In dieser elektrisch leitenden Flüssigkeit können sich in der Eisenschmelze durch Fließbewegungen elektrische Ströme verstärken und Magnetfelder ausbilden – so jedenfalls die gängige Geodynamo-Theorie. „Diese ist aber nicht widerspruchsfrei“, sagt Giorgio Sangiovanni.

Bandstruktur-induzierte Korrelationseffekte

„Der Grund dafür ist, dass Eisen sich zwar bei Raumtemperatur wegen seiner großen effektiven Elektron-Elektron-Wechselwirkung deutlich von gewöhnlichen Metallen, wie beispielsweise Kupfer oder Gold, unterscheidet. Es ist stark korreliert“, sagt er. Die Effekte der elektronischen Korrelation werden aber bei den extremen Temperaturen des Erdkerns deutlich geschwächt, und konventionelle Theorien sind anwendbar. Diese Theorien sagen dann für Eisen eine viel zu große thermische Leitfähigkeit voraus, mit der der Geodynamo nicht funktionieren würde.

Nickel verhält sich anders. „Wir haben bei Nickel eine deutliche Anomalie bei sehr hohen Temperaturen entdeckt“, sagt der Physiker. „Nickel ist auch ein stark korreliertes Metall. Die Ursache dafür ist nicht wie bei Eisen die Elektron-Elektron-Wechselwirkung alleine, sondern liegt hauptsächlich in der besonderen Bandstruktur von Nickel. Wir geben dem Effekt den Namen bandstruktur-induzierte Korrelation.“ Die Bandstruktur eines Festkörpers ist nur von den geometrischen Anordnung der Atome im Gitter und der Atomsorte vorgegeben.

Eisen und Nickel im Erdinneren

„Bei Raumtemperatur ordnen sich Eisenatome so an, dass die jeweiligen Atome an den Ecken eines gedachten Würfels sitzen mit einem zentralen Atom in der Würfelmitte, in einer sogenannten bcc-Gitterstruktur“, erklärt Andreas Hausoel. Steigen Temperatur und Druck, verändert sich diese Struktur allerdings: Die Atome rücken enger aneinander und bilden ein hexagonales Gitter – Physiker sprechen von einem hcp-Gitter, wodurch Eisen seine korrelierten Eigenschaften größtenteils verliert.

Anders aber Nickel: „Bei diesem Metall sitzen die Atome schon im Normalzustand so dicht gepackt in der Würfelstruktur wie möglich. Sie verändern diese Anordnung auch dann nicht, wenn Temperatur und Druck  sehr groß werden“, so Hausoel. Nur das Zusammenspiel dieser geometrischen Stabilität und der Geometrie entstammenden elektronischen Korrelationen machen das ungewöhnliche physikalische Verhalten von Nickel unter extremen Bedingungen erklärbar. Obwohl bisher von Geophysikern vernachlässigt, scheint also Nickel eine wichtige Rolle für das Erdmagnetfeld zu spielen.

Entscheidender Tipp aus der Geophysik

Die Geschehnisse im Erdkern sind eigentlich nicht Forschungsschwerpunkt an den Lehrstühlen für theoretische Festkörperphysik der Universität Würzburg. Vielmehr konzentrieren sich Sangiovanni, Hausoel und ihre Kollegen auf die Eigenschaften stark korrelierter Elektronen bei tiefen Temperaturen. Sie interessieren sich für Quanten- und sogenannte Vielteilchen-Effekte, die für die nächste Generation der Datenverarbeitung und der Energiespeicherung von Interesse sind. Supraleitung und Quantencomputer lauten die dazu gehörigen Stichworte.

Daten aus Experimenten kommen bei dieser Art der Forschung nicht zum Einsatz. „Wir nehmen die bekannten Eigenschaften von Atomen als Input, beziehen die Erkenntnisse der Quantenmechanik mit ein und versuchen damit, das Verhalten großer Atomverbünde zu berechnen“, sagt Hausoel. Weil diese Berechnungen extrem aufwendig sind, müssen die Wissenschaftler dabei auf externe Unterstützung setzen – den Hochleistungsrechner SUPERMUC am Leibniz-Rechenzentrum in Garching.

Und wie kam dabei der Erdkern ins Spiel? „Wir wollten schauen, wie stabil die neuartigen magnetischen Eigenschaften von Nickel sind und haben dabei gefunden, dass sie auch extrem hohe Temperaturen überleben“, sagt Hausoel. Diskussionen mit Geophysikern und weitere Untersuchungen von Eisen-Nickel Legierungen haben ergeben, dass diese Entdeckung für die Vorgänge im Erdkern relevant sein könnte.

Hausoel A., et al. Local magnetic moments in iron and nickel at ambient and Earth’s core conditions. Nat. Commun. 8, 16062 doi:10.1038/ncomms16062 (2017)

Kontakt

Prof. Dr. Giorgio Sangiovanni, T: +49 (0) 931 31-89100, sangiovanni@physik.uni-wuerzburg.de

M.Sc. Andreas Hausoel, T: +49 (0) 931 31-88925, andreas.hausoel@physik.uni-wuerzburg.de

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Quelle: Universtitaet Würzburg