Mittwoch, 3. Oktober 2012

Wissenschaftler entdecken "chemisches Gedächtnis von Meerwasser"


Schaubild: Die neue Analyse von Meerwasserproben im Massenspektrometer offenbart mit dem chemischen Fingerabdruck auch Herkunft und Alter der im Wasser gelösten Stoffe, selbst wenn diese bereits mehrere tausend Jahre im Ozean getrieben sind (Illu.).
| Copyright: Yves Nowak, Alfred-Wegener-Institut.



Bremerhaven (Deutschland) - "Wasser vergisst nicht", diese Aussage stammt nicht etwa von einem Homöopathen oder alternativen Wasserforscher sondern von Prof. Boris Koch, Chemiker am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft. "Egal, was im Meer passiert: Ob die Sonne scheint, Algen blühen oder eine Schule Delfine durch ein Seegebiet schwimmt - alles und jeder hinterlässt biomolekulare Spuren." Einige von ihnen können Boris Koch und Kollegen jetzt mithilfe einer Kombination neuer Techniken ausfindig machen und zurückverfolgen. Als wissenschaftlicher Nachweis eines "homöopathischen Prinzips" sei die Methode allerdings nicht zu verstehen.

Wie das Team um Koch aktuell in einem Sonderband der Open-Access-Fachzeitschrift "Biogeosciences" berichtet, ist die Konzentration von Biomolekülen in den Ozeanen zwar extrem gering, würde man jedoch alles Meerwasser dieser Welt durch ein biomolekül-durchlässiges Sieb kippen und alle darin enthaltenen Bestandteile in Kohlenstoff-Einheiten umrechnen, lägen in diesem Sieb schätzungsweise 25 Milliarden Tonnen gebundener Kohlenstoff, der hauptsächlich aus den Überresten von abgestorbenen Meeresorganismen aber auch aus der Biomasse lebender Wale, Fische, Algen, Bakterien, Seegras und anderen Meeresbewohnern stammt. Unterhalb des Siebes würden sich dagegen etwa 662 Milliarden Tonnen gelöster organischer Kohlenstoff türmen, bestehend aus Zehntausenden verschiedenen Substanzen.

Diese vielen Substanzen sind es, für die sich die Forscher interessieren: "Unsere Arbeit mit gelöstem organischen Material bringt zwei grundlegende Schwierigkeiten mit sich: Zum einen wissen wir bis heute nicht, wie viel organisches Material in das Meer gelangt oder dort produziert wird und warum nicht alles biologisch abgebaut wird. Zum anderen sind die einzelnen gelösten Biomoleküle so gering konzentriert, dass wir unsere Wasserproben stets anreichern müssen, um das darin enthaltene gelöste organische Material in einem ultrahochauflösenden Massenspektrometer am Helmholtz Zentrum München untersuchen zu können", sagt Koch, der eine Kooperationsprofessur zwischen dem Alfred-Wegener-Institut und der Hochschule Bremerhaven innehat und Meereschemie lehrt.


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Mit Hilfe dieses Massenspektrometers am Helmholtz Zentrum München, dem Deutschen Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt, ist es den Wissenschaftlern erstmals gelungen, im Zuge einer einzigen Messung Tausende Einzelkomponenten des gelösten organischen Materials, kurz DOM, (engl. dissolved organic matter) auf einmal zu identifizieren. "Das Gerät nennt uns die chemische Summenformel eines jeden Moleküls und gibt an, wie viel Kohlenstoff, Sauerstoff, Wasserstoff oder Stickstoff es enthält. Diese Angaben benötigen wir, um herauszufinden, woher das einzelne Molekül stammen könnte", erläutert Koch.


Die CTD-Sonde wird in die Tiefe herabgelassen.
| Copyright: Thomas Steuer, Alfred-Wegener-Institut

Am Ende der Analyse im Massenspektrometer ergibt sich so ein chemischer Fingerabdruck, der im Zuge statistischer Berechnungen konkrete Rückschlüsse auf jenes Wasser zulässt, in dem das gelöste organische Material einst geschwommen ist. "Wir stehen erst am Anfang unserer Untersuchungen. Es scheint jedoch, als hätten wir mit dieser neuen Methode eine Möglichkeit gefunden, den chemischen Gedächtnisspeicher des Wassers zu nutzen", sagt Koch.
Mit Hilfe der neuen Methode können die Wissenschaftler beispielsweise sagen, wie alt das gelöste Material ist, ob es bei seinem Weg durch die Weltmeere starker Sonneneinstrahlung ausgesetzt war oder welche Bakterien und Planktonarten vermutlich einst im selben Wasserkörper geschwommen sind.

"Wir können sogar verfolgen, welcher Anteil des DOM seine Spuren in der Atmosphäre hinterlässt. Gischt und Wellen können DOM nämlich in die Luft transportieren, wo es einen wesentlichen Einfluss auf das Klima hat", ergänzt Dr. Philippe Schmitt-Kopplin vom Institut für Ökologische Chemie am Helmholtz Zentrum München. Denn die wichtigsten Fragen zum DOM kommen aus der Klimaforschung. Boris Koch: "Das gelöste organische Material im Ozean ist eines der größten aktiven Kohlenstoffreservoirs der Erde. Doch bisher wird seine Speicherkapazität in der Klimaforschung nur wenig berücksichtigt, dabei bindet es Kohlendioxid über Zeiträume von 3000 Jahren und mehr - so alt war unser Probenmaterial im Durchschnitt."

Für den Wissenschaftler vom Alfred-Wegener-Institut geht es nun darum, diese Wissenslücken zu schließen und mehr über die Rolle des DOM im globalen Kohlenstoffkreislauf herauszufinden. Anwendung dürfte das chemische Analyseverfahren zudem in anderen Teildisziplinen der Meeresforschung finden: "Ozeanografen könnten den chemischen Fingerabdruck des DOM immer dann zu Rate ziehen, wenn sich Wassermassen anhand von Temperatur- und Salzgehaltwerten allein nicht unterscheiden lassen. Zudem wollen wir auf einer der nächsten Expeditionen des Forschungsschiffes Polarstern gemeinsam mit Biologen untersuchen, ob das DOM der Wassermassen entlang der Wanderrouten Südlicher Seeelefanten bestimmte chemische Gemeinsamkeiten aufweist. Vielleicht finden wir ja einen Beweis dafür, dass sich diese Meeressäuger mithilfe des 'Wasserduftes' orientieren", sagt Chemiker Boris Koch.

Er persönlich sieht heute in Anbetracht der neuen Erkenntnisse auch jeden Wassergraben mit anderen Augen. Koch: "Jetzt wissen wir, dass echte chemische Informationen in jedem Wassertropfen stecken und dank der neuen Technik können wir diese jetzt auch greifbar machen."

Als wissenschaftliche Bestätigung des Homöopathie-Prinzips will Koch die Ergebnisse des neuen Analyseverfahrens allerdings nicht missverstanden sehen:

"Die Konzentration homöopathischer Substanzen wird in vielen Fällen soweit verdünnt, dass am Ende kein Molekül der Ausgangssubstanz mehr in der Arznei enthalten sein kann. Trotzdem wird in der Homöopathie angenommen, dass es eine Wirkung gibt", so der Wissenschaftler gegenüber "grenzwissenschaft-aktuell.de" und führt dazu weiterhin aus: "Unsere Meerwasserproben enthalten tausende von Substanzen - in größtenteils sehr niedrigen Konzentrationen. Diese sind jedoch, im Gegensatz zu homöopathischen Arzneimitteln, tatsächlich messbar und die Basis für die Aussagen, die wir z.B. zu den Quellen dieser Substanzen treffen können. Wir können eben nur das messen, was auch da ist. Wenn der homöopathische Effekt existiert, kann es nicht an den organischen Komponenten liegen, die wir messen, da sie in den Arzneimitteln schlicht nicht vorhanden sind."

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Quelle: awi.de
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