Riecht wie Schwefel und Pestilenz

Wie unter alten Kriegsveteranen, ist es auch bei Chemikern, wenn sie beisammensitzen nicht unüblich in der Vergangenheit zu schwelgen und Annekdoten und „Kriegsgeschichten“ aus der Laborausbildung während des Studiums auszutauschen. Und so kam mir gestern, als ich mit einem Kollgen bei einem Eis in der Sonne saß folgende Geschichte wieder in den Sinn:

Ein Studienkollege pflegte mal zu sagen: “Ich bin organischer Chemiker ! Ich kann machen, dass Luft stinkt” In der Tat hat die organische Chemie eine Mannigfaltigkeit von Gerüchen – vom himmlischen Wohlgeruch bis zum übelsten Höllenodem – im Repertoir.

Schon die Praktikanten im chemischen Nebenfachpraktikum stellen Birnenester her (oder auf chemisch: iso-Amylacetat), dessen Geruch irgendwo zwischen extrem künstlichen Birnenaroma marke Fruchtzwerg und Eisbonbons angesiedelt ist. Auch beliebt: Ethylbutyrat… Riecht fast authentisch nach Ananas. Doch entfernen sie mal den Alkohol aus den Estern… Was übrig bleibt riecht nicht mehr lecker. Spaltet man das Ethylbutyrat, erhält man Ethylalkohol (geruchlich ja ganz ok) und eben Buttersäure, welche unsere olfaktorischen Rezeptoren mit dem Aroma von frisch Erbrochenen umschmeichelt. Einen Kohlenstoff wenig und wir erhalten Propionsäure… Eine tragende Geruchskomponente von überreifem Käse und Schweißfüßen. Nicht schön, aber noch harmlos.

Ein Hauch von Schwefel liegt in der Luft

Mehr Bumms hat da schon die Schwefelchemie. Ein Umstand, der selbst einem Chemie-Laien bekannt sein dürfte… Knoblauch… Zwiebel… Alles Düfte, die sich der Macht des Schwefels bedienen. Ein Geschickter Kunstgriff von Mutter Natur um sich Fraßfeinde vom Leibe zu halten. Sobald man Knobi und Zwiebel mit Zähnen oder Messer zu Leibe rückt, wird eine geruchslose, aber dennoch schwefelhaltige, Aminosäure gespalten und es entsteht ein Aroma, dass einem die Tränen in die Augen treibt.

**Alliin** **(Aminosäure)** —> **Allicin, Knoblauchgeruch**

Glücklicherweise habe ich beruflich nur noch wenig mit Schwefelchemie zu tun. Doch als Praktikant hatte ich mal das zweifelhafte Vergnügen ein Sulfid als Liganden für einen Metallkomplex basteln zu dürfen. Für den Laien: Sulfide sind Stoffe, die sich vom Schwefelwasserstoff, einem Fäulnisgas mit dem Geruch von faulen Eiern, ableitet und die Aromapalette von gekochtem Kohl, faulen Eiern und Knoblauch abdecken.

Trotz höchster Vorsicht und Benutzens zweier Lagen Handschuhe damals, haben meine Hände intensiv nach zu lange gekochtem Kohl gestunken. Konsequenz: Wo man hinkommt, wird sofort ein Platz frei und die eigene Freundin verweigert einem den Begrüßungskuss und verbannt einen auf das Sofa am anderen Ende des Raums. Ja, Schwefelchemie kann einsam machen.

Vielleicht hat es deswegen auch fast 100 Jahre gedauert, bis die Inhaltsstoffe des Stinktiersekrets vollständig analysiert waren: Kaum hatte sich ein wagemutiger und vermutlich auch schwer verschnupfter Chemiker daran gegeben, die Emissionen des Stinktiers genauer unter die Lupe zu nehmen, kam es nicht selten vor, dass dieser von seinem beruflichen Umfeld (teilweise unter Gewaltandrohung) dazu genötigt wurde, dieses übelriechende Projekt wieder zu stoppen.

Schlimmer geht immer…

Die absolute Pole-Position in der Kategorie Superstinker (zumindest in meinen Augen) belegt aber eine ganz andere Geruchsnote. Isocyanide… Die ungeliebten Geschwister der Cyanide (Derivate der Blausäure, giftig aber von erträglichem Geruch). Schwer zu beschreiben wonach Isocyanide riechen… Ein absolut durchdringender, fremdartiger und ultimativ widerwärtiger Gestank. Cyclohexylisocyanid… Das war das einzige Mal, dass ich wegen eines Geruchs das Labor fluchtartig verlassen musste, weil ich sonst in den Abzug gekotzt hätte. Guter Grund also diesen Mief zu meiden und jegliche Arbeit damit kategorisch zu verweigern. Sehr zu meinem Leidwesen holte mich der Superstinker jedoch wieder ein: Während meiner PostDoc Zeit musste ausgerechnet mein direkter Labornachbar diese Stinkbombe zu seinem Lieblingsreagenz machen, wodurch mir sicherlich so manche ungeplante Kaffeepause beschert wurde, um die Zeit auszusitzen bis das Isocyanid sich wieder verduftet hatte.

Und meine Abneigung ist sicherlich nicht unbegründet: So schreibt ein Geruchs- und Aromaexperte darüber folgendes:

[Isonitriles] are just the Godzilla of smells, you can’t believe how awful they smell, they make you vomit your guts out instantly.
aus: C. Burr, The Emperor of Scent: A Story of Perfume, Obsession, and the Last Mystery of the Senses

Wir sehen also, nichts womit man sich bei seinen lieben Labornachbarn Freunde macht. Kein Wunder, dass manche Leute es deswegen vorziehen, dieses Teufelszeug Sonntags zu destillieren, wenn sonst niemand im Labor ist. Noch drastischer werden die olfaktorischen Qualitäten dieser Superstinker von Davis und Yelland schon im Jahre 1937 beschrieben:

n-Butyl isocyanide proved to be so disagreeable to manipulate that none of its physical constants except boiling point were determined. Even when a hood with an extra forced draft was used, the odor pervaded the laboratory and adjoining rooms, deadening the sense of smell and producing in the operator, and in others, severe headaches and nausea which usually persisted for several days.
— Davis & Yelland J. Am. Chem. Soc. 1937, 59, 1998.

n-Butyl, eine Kette von vier Kohlenstoffen, das scheint eine ideale Grundlage in Sachen Gestank zu sein. Denn neben dem üblen Aroma, macht erst ein entsprechendes Ausbreitungsverhalten aus einem üblen Geruch einen wahren Superstinker. Eine infernalische Geruchsnote wird erst richtig heimtückisch, wenn diese über ein optimales Verhältnis von Flüchtigkeit und Persistenz verfügt. Kleine organische Moleküle sind leicht flüchtig… Bedeutet: Werden sie freigesetzt, verbreiten sie sich relativ schnell und verpesten die ganze Umgebung, oder in anderen Worten: ein Tropfen und die ganze Bude stinkt. Das hat allerdings auch Vorteile… Nach kurzem, aber intensivem Gestank, bleibt dieser nicht lange bestehen, weil er relativ schnell verfliegt. Größere Moleküle haben hingegen die umgekehrte Eigenschaft: Sie verdunsten zwar nicht so schnell und sind nur in der direkten Nachbarschaft der Quelle intensiv zu riechen, sind aber ziemlich hartnäckig, so dass man recht lange noch „Freude“ an ihnen hat. Hat man sie einmal in der Nase, wird man den Geruch auch bei reichlicher Frischluftzufuhr nicht so schnell wieder los. Hier besitzt der Butylrest (C4) das beste von beiden Eigenschaften… Flüchtig genug um zu stinken wie ein ganz Großer und in dieser Eigenschaft sehr ausdauernd.

Elementary

Auch in mir steckt ein kleiner Nerd. Und als Chemiker ist es da nicht verwunderlich, wenn man eine Brotdose mit dem Periodensystem der Elemente besitzt.

Für viele macht diese tabellarische Übersicht über die Bausteine der Materie einen substanziellen Teil des Missvergnügens aus, den sie mit dem Chemieunterricht in der Schule verbinden. Geradezu unerträglich und extrem schwierig erscheint Ihnen der Gedanke als Chemiestudent das PSE auswendig zu lernen.

Doch so schwer ist dies gar nicht. Das geht sogar ohne die dahinter verborgenen Gesetzmäßigkeiten zu kennen. Wie so oft im Leben braucht man nur eine gute Eselsbrücke.

Spalte (1. Hauptgruppe, Wasserstoff & die Alkalimetalle):

Heisse Liebe Nachts Kann Räuber beim Cusehen Freuen¹

Spalte (2. Hauptgruppe, Erdalkalimetalle)

Bei Maggie Cann Sir Baltimore Rackern.

Spalte (3. Hauptgruppe, Erdmetalle)

Bei Aldi Gabs Indische Teller

Spalte (4. Hauptgruppe, Tetrele)

Cicero Sieht Gerne Sahne Plumbsen

Spalte (5. Hauptgruppe, Pnicogene)

EiN PAsSbBild

Spalte (6. Hauptgruppe, Chalkogene)

Otto Sucht Seinen TeePott

Spalte (7. Hauptgruppe, Halogene)

Fluor, Chlor, Brom, Iod – Und schon sind alle Mäuse tot.

Spalte (8. Hauptgruppe, Edelgase)

Hey, Neun Araber Kriegen Xehn Radieschen

Die Nebengruppen kann man sich horizontal wie folgt merken:

Scotch-Trinker Verlassen Craftlos manches Fest. Costeten Nichts Culinarische Z(n)uvor

Yvonne Zerstört Neben Modernster Technik RuRh–Poldis Silberne Cd

Häufig Tauschen Wahre Ostfriesen Ihr Platin Gold und Quecksilber

Und das sind noch nicht mal alle Elemente. Es fehlen noch die seltenen Erden (Lanthanoide auf Fachdeutsch) und so einige radioaktive Strahlemänner. Uran & Plutonium fehlen z.B. in der Aufzählung. Insgesamt gibt es 118 Elemente. 80 davon sind stabil, 93 kommen natürlich vor, 25 können nur künstlich hergestellt werden. Die Herstellung neuer schwerer Elemente in Teilchenbeschleunigern scheint wohl eine Art Leistungssport und Wettstreit unter den Kernphysikern zu sein, denn in Flaschen füllen lassen sich diese Elemente wohl kaum. Nehmen wir zum Beispiel den jüngsten Sproß der Familie, Oganesson² (Og, Ordnungszahl 118): Mit einer Halbwertzeit³ von kurzen 0,89 Millisekunden gehört es noch zu den stabileren superschweren Elementen. Da auch nur wenige Atome aufeinmal erhalten wurden, kann man verständlicherweise keine Chemie damit machen, so dass die Entdeckung dieses Elements von rein akademischem Interesse ist und nur zum Angeben in Wissenschaftlerkreisen taugt.

Aber es gab auch Zeiten, da kam die Wissenschaft mit deutlich weniger Elementen aus. Tatsächlich gab es bei den alten Griechen Anhänger der Theorie, dass alle Materie aus einem Urelement aufgebaut ist. Bei Thales von Milet war dies Wasser (ist in ausreichender Menge vorhanden), bei Anaximenes Luft (wird zum Mittelpunkt des Universums zu Wasser und Erde verdichtet) und bei Heraklit war es das sehr wandelbare Feuer.

An diesem Punkt kam nun Empedocles, der das ganze zur 4-Elementen-Lehre zusammenfasste: Im Prinzip beschreiben die 4 Elemente Eigenschaften, die unseren heutigen Aggregatzuständen entsprechen: Wasser ist flüssig, Erde ist fest und Luft ist gasförmig. (Feuer würde dem erst in jüngerer Zeit entdeckten Zustand Plasma entsprechen, kann aber im Kontext der alten Griechen erstmal ignoriert werden). Diese ewig existierenden und unveränderlichen Grundsubstanzen findet man dieser Lehre nun in verschiedenen Mischungsverhältnissen in allen uns bekannten Materialien. Dies ist im Grundgedanken gar nicht mal sooo weit von unserem heutigen Verständnis entfernt. Im Detail ist es zwar irgendwie logisch, aber dennoch falsch: Ist etwas fest & hart, enthält es ein großes Maß des Elements Erde, bei einer Flüssigkeit dominiert eher das Element Wasser und so weiter. Alkohol z.B., eine brennbare Flüssigkeit könnte dieser Logik folgend z.B. sowohl Wasser als auch Feuer enthalten.

Wenn man aber schon mal dabei ist ein System aufzustellen, dann kommt man schnell in Versuchung auch noch andere Aspekte damit zu erklären. Indem den Elementen bestimmte Gottheiten des griechischen Pantheons zugeordnet wurden, erhielten sie zusätzlich noch eine Reihe von Attributen und Eigenschaften: So lässt sich die Kraft des Feuers mit dem Göttervater Zeus in Verbindung bringen sowie mit den Eigenschaften Zielstrebigkeit, Kraft und Ehrgeiz. Luft ist flexibel, quirlig und veränderlich. Dementsprechend dauerte es nicht lange, bis man menschliche Gemütszustände oder auch medizinische Probleme mit einem Ungleichgewicht der Elemente zu erklären suchte und durch Zuführung des mangelnden Elements über eine seiner zahlreichen Mischformen dem Leiden entgegenwirken versuchte.

Wir sehen der Übergang zwischen Wissenschaft und Esoterik war fließend. Und der Weg vom Naturforscher und Universalgelehrten der Antike zum Alchemisten nicht weit. Doch vier Elemente reichten noch nicht aus. Die Alchemisten des Mittelalters bauten noch ein fünftes Element, den Äther, der den anderen ursächlich innewohnt und zur Umwandlung der Elemente beiträgt und demnach – sehr passend – auch Quintessenz genannt wurde.

So nahm der Hokus Pokus seinen Lauf, der zwar auch nützliche Dinge hervorbrachte, wie die Entdeckung des europäischen Porzellans durch den Alchimisten Böttger, aber mit der modernen Chemie bestenfalls nur rudimentäre Gemeinsamkeiten hatte.

Dies sollte sich erst mit dem Engländer Robert Boyle (1627 – 1692) ändern, der zwar noch versuchte die Elemente in einander umzuwandeln und Gold mit dem Stein der Weisen zu gewinnen, der aber in seinem Buch „The Sceptical Chymist“ (Der skeptische Chemiker) forderte, gründliche experimentelle Untersuchungen anzustellen und die 4-Elemente-Lehre der Antike ablehnte. Als Begründer der chemischen Analyse fand er heraus, dass sich z.B. Holz durch trockene Destillation in Kohle und „Holzgeist“⁴ zerlegen lässt und demnach kein Element sein kann.

Der Franzose Antoine Lavoisier (1743 – 1794) war es dann der erstmals die moderne Definition eines Elements als „Stoff, der sich nicht weiter in andere Stoffe zerlegen lässt“ festlegte. In eben jene Zeit fällt auch die beginnende Entdeckung vieler chemischen Elemente oder Identifikation bekannter Stoffe als solche. Nun füllte sich also der Baukasten der Chemiker und man gewann auch erste Erkenntnisse darüber, wie man aus diesen Bausteinen neue Substanzen erschafft. Es wurde gemessen, beobachtet und analysiert, was das Zeug hält. Mit der Definition des Elements, war es nicht mehr Weit bis zum Konzept des Atoms, welches von Dalton im Jahre 1809 postuliert wurde: „Elemente bestehen aus für das jeweilige Element charakteristischen, in sich gleichen und unteilbaren Teilchen, den Atomen“

Chemie war damit nicht mehr die Veränderung eines mehr oder minder esoterischen Fluidums, sondern die Umgruppierung dieser Bausteine, die in einem bestimmten festen Verhältnis erfolgt.

Anhand der gefundenen Eigenschaften der Elemente und ihrer Atommasse versuchte man nun eine Systematik aufzustellen, anhand derer man die Eigenschaften der Elemente erklären und auch vorhersagen könnte. Während erste Ordnungsversuche mehrere isolierte Gruppen von Elementen unter Anwendung verschiedener Ordnungskriterien hervorbrachten, waren es die Herren Meier und Mendelejew, die unabhängig von einander eine Tabelle aufstellten, die erstmals alle Elemente, sortiert nach ihrem Atomgewicht und gruppiert nach ihren Eigenschaften, beinhaltete und damit Grundlage für unser modernes Periodensystem bildet. Mit 63 Elementen war dies natürlich im Vergleich zum heutigen Stand der Technik noch unvollständig, was damals auch Mendelejew auffiel, da die Periodizität seines Systems einige Elemente vorhersagte, die noch nicht entdeckt waren.

Mit den stetig wachsenden Kenntnissen des Atombaus und der Quantenmechanik, konnte man auch schließlich recht genau erklären, wie es zur Systematik hinter dem Periodensystem kommt und warum die Elemente chemisch sich so verhalten wie sie es nun einmal tun.

Interessant wurde es dann 1896 als der Franzose Henri Becquerel die Radioaktivität entdeckt, die auf den Zerfall von Atomkernen zurückzuführen ist. Demnach war also die Atome doch nicht so unveränderlich wie ursprünglich angenommen. Ein radioaktives Element zerfällt unter Aussendung radioaktiver Strahlung in ein anderes Element.

Eine simplifizierte Skizze des Bohrschen Atommodells ist heute das Sinnbild für "Atom"

In dieser Zeit war es dann auch, dass der Brite Ernest Rutherford und der Däne Niels Bohr ein Modell darüber aufstellten, wie das Atom in seinem Inneren aufgebaut ist: Negativen Elektronen kreisen auf definierten Bahnen oder genauer gesagt Orbitalen um den positiv geladenen Atomkern, der wiederum aus weiteren Teilchen, den positiven Protonen und den neutralen Neutronen aufgebaut ist.⁵ Und unteilbar ist das Atom (von altgriechisch ἄτομος átomos‚ unteilbar) auch nicht, wie Otto Hahn und Fritz Straßmann 1938 experimentell mit der Entdeckung der Kernspaltung zeigen konnten.

Doch was man spalten kann, dass kann man doch auch sicher künstlich zusammenfügen? Tatsächlich gelang diese Umwandlung schon 1 Jahr vor der Kernspaltung, nämlich als es Segré und Perrier gelang das lange vergeblich gesuchte instabile Element Technetium aus einer mit schweren Wasserstoff beschossenen Molybdänfolie zu isolieren. Bei diesem Bestrahlungsvorgang wird ein Neutron & ein Proton in den Atomkern des Molybdäns eingebracht, wodurch das Technetium, das erste künstlich gewonnene Element, entsteht. Apropos künstlich… Wie kommt es, dass man die Nachbarelemente in der Natur findet und nur das Technetium selbst ins Dasein zwingen muss ? Dieses Element ist leider instabil und unterliegt radioaktivem Zerfall. Sprich: Lag es bei der Entstehung der Erde einmal im Erdreich vor, ist es mittlerweile zerfallen und wird nur in sehr geringem Maße wieder aus schwereren radioaktiven Elementen nachgebildet. Uran z.B. ist zwar ebenfalls instabil, doch sein Zerfall schreitet langsam genug voran, dass man es in der Erde finden kann.

Und wie so in der Wissenschaft nun einmal ist, kam es wie es kommen musste: Ist die Pionierarbeit erst einmal vollbracht, beackern auch andere Wissenschaftler das Feld. 118 Elemente zählt das Periodensystem nun und es wird fleißig weiter geforscht. Und so schließt sich der Kreis: Der Traum der Alchemisten, Elemente in einander umzuwandeln, wird Realität.

Ok. Eigentlich heißt es Zusehen, aber hier machen wir uns die phonetische Ähnlichkeit zwischen den Verb zusehen und dem Namen Cäsium zu nutze… ↩
Klingt, zwar wie der Name eines armenisch-georgischen Physikers, ist aber ein chemisches Element ↩
Zeitspanne, nach dem eine Menge eines radioaktiven Isotops zerfallen ist ↩
Oder in moderner Sprache: Methanol. ↩
Und mittlerweile weiß man, dass selbst Neutronen & Protonen wiederum aus noch kleineren Teilchen bestehen… ↩

Eine Tablette, wenn der Schädel brummt

Vom fiesen Katzenjammer war hier ja schon mal die Rede. Typisches Symptom: Kopfschmerzen. Doch nicht nur nach übermäßigem Verzehr von alkoholischen Getränken brummt uns der Schädel. Gerade in unserer heutigen schnelllebigen Zeit leiden ca. 70 % aller Deutschen über anfallsweise auftretende Kopfschmerzen, allerdings besonders häufig bei Stadtbewohnern, Menschen zwischen 30-40 Jahren und Erwerbstätigen mit einem jährlichen Einkommen größer 3500 €. Also all jenen, denen man ein verstärktes Maß an Stress zutraut.

Passend zum Stress kann man den Kopfschmerz in 90 % der Fälle dem Spannungskopfschmerz zuordnen. Aber auch bei Aktivitäten, die manche Leute eher der Entspannung zuordnen, nämlich dem Geschlechtsverkehr, Stichwort: Sexualkopfschmerz. Während dem Klischee zufolge Frauen eher VOR dem Geschlechtsakt zu Migräne neigen, setzt der Sexualkopfschmerz vor Allem bei MÄNNERN WÄHREND des Akts außer Gefecht. Kuriose Welt…

Vermutlich wegen dem im Alltag nicht ungewöhnlichen Auftreten von Kopfschmerz gibt es vermutlich nur wenige Medikamente, die ähnlich bekannt und verbreitet sind, wie die Kopfschmerztablette. Allen voran bekannte Wirkstoffe wie Aspirin, Paracetamol und Ibuprofen.

Aspirin (aka Acetylsalicylsäure)

Bereits im Altertum benutzte man einen Sud aus Weidenrinde in Wasser, um leichte Schmerzen zu bekämpfen und Fieber zu senken. Schon Hippokrates (der als Vater der modernen Medizin und Namenspate des hippokratischen Eids gilt) hatte Weidenrinde in seinem Apothekenschränkchen. Die Weide, lat. salix, enthält nämlich Salicylsäure und weitere dem Aspirin verwandte Stoffe.

Der erste Schritt auf dem Weg zur Kopfschmerztablette par excellence fand jedoch nicht wie man meinen sollte in den Labors von Bayer, dessen bekanntestes Produkt tatsächlich das Aspirin ist, statt, sondern im heimischen Labor des Chemikers Friedrich von Heyden in der Dresdner Leipziger Vorstadt statt. Von Heyden hatte am Vorläufer der TU Dresden Chemie studiert und dort den Chemiker Hermann Kolbe kennen gelernt, der die chemische Struktur der Salicylsäure aufgeklärt und ein Verfahren diese herzustellen entwickelt hatte. Die sogenannte Kolbe-Schmitt-Synthese erlaubte nämlich die Herstellung der pharmazeutisch wirksamen Salicylsäure in großen Mengen aus dem Rohstoff Phenol, welches aus Steinkohleteer gewonnen werden kann. Die Gewinnung aus dem Naturprodukt hatte immer den Nachteil, dass die Verfügbarkeit limitiert und der Gehalt an Salicylsäure saisonbedingt stark unterschiedlich sein konnte. Konsequenz: Gute Verfügbarkeit des Wirkstoffs, drastischer Preisverfall von 10 auf 1 Taler pro 100 g. Alles gute Bedingungen für ein „Massenmedikament“.

Da die Nachfrage nach Salicylsäure als Fiebersenker und Kopfschmerzmittel bald nicht mehr durch das Heimlabor Von Heynes befriedigt werden konnte, folgte bald die Gründung einer chemischen Fabrik in Radebeul und damit der Beginn der weltweit ersten Arzneimittelsynthese in industriellem Maßstab.

Nun hatte die Sache mit der Salicylsäure aber einen Haken. Zum Einen war dies der bittere Geschmack des Präparats. Weitaus negativer war vermutlich aber die schlechte Verträglichkeit, die sich in Form von Magenbeschwerden (Übelkeit, Erbrechen etc.) und bei hoher Dosierung Tinnitus manifestierte.

Hier kam nun Bayer ins Spiel, vertreten durch die Herren Eichengrün und Hofmann. Sie waren es, die ein neuartiges Verfahren zur Acetylierung entwickelten und damit Salicylsäure zu Acetylsalicylsäure / Aspirin veredelten.

Besagte Prozedur und der Name Felix Hofmann tauchen auch in einem anderen Zusammenhang auf: Wendet man das Verfahren zur Acetylierung des starken Schmerzmittels Morphin an, erhält man das nicht minder bekannte Diacetylmorphin aka Heroin, das auch erst als Pharmazeutikum vorgesehen war, dann jedoch traurige Geschichte als stark suchterzeugende Droge machte. Beide Wirkstoffe Aspirin & Heroin haben also einen gemeinsamen „Vater“.

Wie funktioniert’s ?

Dazu müssen wir erst einmal beleuchten, wie Schmerz überhaupt entsteht. Schmerz ist ein Symptom einer Gewebsschädigungen oder einer Krankheit. Wird Gewebe geschädigt, setzt der Organismus Schmerzstoffe, wie die Botenstoffe Acetylcholin, Serotonin, Histamin und die Kinine frei, die bestimmte Nervenendigungen (Nocizeptoren) aktivieren. Erst wenn ein bestimmter Schwellenwert überschritten wird, wird dieses Signal im Gehirn als Schmerzempfindung registriert. Parallel zu den Schmerzstoffen werden weitere Botenstoffe, die Prostaglandine, freigesetzt, welche die Wirkung der Schmerzstoffe auf die Nocizeptoren verstärken.¹

Greift man also in die Bildung der Prostaglandine ein, sind die Nocizeptoren weniger empfindlich gegenüber den Schmerzstoffen und es ist ein größerer Reiz notwendig um ein Schmerzsignal zu erzeugen.

Liegen solche größeren Reize vor, braucht es natürlich schwerere Geschütze um den Schmerz zu unterdrücken. Daher gibt es noch eine ganze Reihe anderer Schmerzmittel. Keiner würde sich z.B. einem größeren chirurgischen Eingriff unterziehen, wenn er vorher nur eine Aspirin-Tablette bekommen hat.

Prostaglandine sind überhaupt an so einigen Prozessen in unserem Organismus beteiligt. Bei Entzündungen, bei Fieber, der Blutgerinnung und so einigem Anderen.

So kann Acetylsalicylsäure auch nützlich bei der Prophylaxe von Herzinfarkten, Schlaganfällen und Thrombose sein. Also Erkrankungen, bei welchen eine Blockade von Blutgefäßen durch Blutgerinnsel auftritt. Ohne hier zu sehr ins Detail zu gehen, beruht die Blutgerinnung auf einem Verklumpen von Blutplättchen und dient normalerweise dazu Wunden zu verschließen und Blutungen zu stoppen. Um dies zu erreichen und entsprechend zu regeln existiert ein hochkomplexer Mechanismus, in dem auch Prostaglandine eine wichtige Rolle spielen.

Bildet sich ein Gerinnsel jedoch nicht innerhalb einer Wunde, sondern innerhalb eines dünnen Blutgefäß und verschließt oder verengt es erheblich, kann dies o.g. ernste Konsequenzen haben. Hemmt man also die Fähigkeit der Blutplättchen sich zu Gerinnseln zusammenzulagern, wirkt man dem Auftreten solcher Gefäßverschlüsse und dem Auftreten z.B. eines Herzinfarkts entgegen. Aber auch die gewünschte Blutgerinnung ist reduziert. Vor Operationen sollte man also Aspirin und andere Gerinnungshemmer vermeiden, um Komplikationen durch starke Blutungen zu vermeiden !

Acetylsalicylsäure ist aber dennoch ein sehr sicheres Medikament. Tatsächlich sogar so sicher, dass es als „Over the Counter“-Medikament, also rezeptfrei, erhältlich ist. In manchen Ländern geht man sogar soweit, dass Aspirin auch ausserhalb von Apotheken erhältlich ist. Die mittlere tödliche Dosis liegt mit 200 mg/kg Körpergewicht sehr hoch. Ein 100 kg schwerer Mensch müsste also 20 g reines ASS zu sich nehmen, was in der Praxis wohl so gut wie nicht vorkommt. Dies bedeutet allerdings nicht, dass man Aspirin-Tabletten sorglos wie Bonbons zu sich nehmen sollte, da eben Nebenwirkungen vorkommen und es Situationen gibt, in welchem man Aspirin nicht zu sich nehmen sollte. In den USA sind Nebenwirkungen von ASS und anderen nicht-Opioid Schmerzmitteln unter den 16 häufigsten Todesursachen. Da die Statistik Aspirin nicht explizit aufführt, nimmt die Öffentlichkeit die Gefahren einer falschen, ggf. auch gewohnheitsmäßigen dauernden Einnahme einfach nicht wahr.

Daher auch hier: Für Risiken und Nebenwirkungen fragen sie ihren Arzt und Apotheker.

to be continued

Die Prostaglandine sind eine sehr vielfältige Familie von Botenstoffen und erfüllen noch eine ganze Reihe anderer Funktionen. Dazu jedoch später mehr… ↩

Das Huhn und das Ei

Wer Ostern zu viele Eier sucht, hat Weihnachten die Bescherung!
Volksweisheit

Was war zuerst da – die Henne oder das Ei ? Diese bekannte Frage, die sich schon Philosophen und Denker in der Antike stellten, ist auch bekannt als das Henne-Ei-Problem. Es handelt sich dabei „um eine nicht zu beantwortende Frage nach dem ursprünglichen Auslöser einer Kausalkette, deren Ereignisse wechselseitig Ursache und Wirkung darstellen“¹. Oder konkreter ausgedrückt: Jedes Huhn ist aus einem Ei geschlüpft und jedes Hühnerei wurde von einem Huhn gelegt. Ergo: Aus welchem Ei ist das erste Huhn geschlüpft, wenn niemand da war, der es hätte legen können ? Also ein klassischer Fall von Teufelskreis, Zwickmühle, Dilemma oder Catch-22. Ein gefundenes Fressen für jeden Philosophen und/oder Logiker. Schon der antike Philosoph Aristoteles soll sich darüber Gedanken gemacht haben:

Aus François Fénelon: "Lives of the ancient philosophers." London 1825 — Aus François Fénelon: „Lives of the ancient philosophers.“ London 1825

Lassen wir aber erst mal die Philosophen beiseite und nähern uns dem Problem von Seiten der Naturwissenschaft.

Und der Naturwissenschaftler – genauer gesagt der Evolutionsbiologe – sagt: Das Ei ! Betrachtet man den Sachverhalt genauer, dann kommt man zu der Erkenntnis, dass es kein erstes Huhn oder erstes Ei gegeben haben kann. Hühner entwickelten sich im Laufe der Zeit durch viele kleine Entwicklungsschritte aus einem evolutionären Vorfahren. Ab wann man also in dieser Ahnenkette von einem Huhn sprechen kann, ist ein Stückweit beliebig und Definitionssache. Zu irgendeinem Zeitpunkt hat also ein Vorläufer – ein Proto-Huhn wenn man so will – ein befruchtetes Ei gelegt, welches die DNA des fertigen Huhns enthielt. Oder wie es Wissenschaftsjournalist Neil deGrasse Tyson ausgedrückt hat: „Was kam zuerst: Das Ei oder das Huhn ? Das Ei – gelegt von einem Vogel, der kein Huhn war.“²

Natürlich kann man das Problem immer weiter spinnen… Die Vorfahren aller Wirbeltiere lebten im Wasser und schlüpften aus Eiern – oder anders gesagt aus Laich. Ergo: Was war zuerst da: Der Fisch oder der Laich ?

Letztendlich kommen wir zur Frage nach der Entstehung allen Lebens – einer Art präbiotischem Henne-Ei-Problem. Alles Leben beruht auf Proteinen. Diese sind nicht nur das bloße Grundgerüst eines Lebewesens, sondern dienen auch als Katalysatoren (Enzyme), um das Netzwerk an chemischen Reaktionen, das den Vorgang „Leben“ ausmacht, zu ermöglichen und in geregelte Bahnen zu lenken. Denn keine chemische Reaktion in einer Zelle kommt ohne einen Katalysator aus, einem Molekül das selbst an der Reaktion teil nimmt, daraus aber unverändert wieder hervor geht und durch sein Wirken die energetische Barriere, die vor dem Ablaufen der Reaktion überwunden werden muss, herabsetzt.³

So Bedarf es auch Enzymen als Biokatalysator, um RNA und DNA zu synthetisieren, die ihrerseits eine tragende Rolle bei der Synthese von Proteinen (und damit Enzymen) spielen. Die DNA speichert z.B. den Bauplan anhand dessen alle Proteine gebaut werden und die RNA wirkt direkt an der Steuerung der Proteinbiosynthese mit. Welcher dieser beiden Typen von Molekülen ist also zuerst entstanden ? Ohne den Einen, gibt es den Anderen nicht ! Ein Henne-Ei-Problem auf molekularer Ebene !

Quelle: Nobel Foundation, nobelprize.org

Des Rätsels Lösung fanden die amerikanischen Chemiker Cech und Altman, die entdeckten, dass RNA-Moleküle als Katalysatoren für die Synthese anderer RNA-Moleküle dienen können. Die Natur hat das Problem also sehr elegant gelöst, RNA ist also Henne und Ei in Einem ! Natürlich ist das Ganze noch ein wenig komplexer, aber das generelle Prinzip bleibt bestehen. Eine Erkenntnis, die den beiden Herren den Nobelpreis in Chemie des Jahres 1989 einbrachte. Allerdings nicht für die Lösung des Henne-Ei-Problems, sondern „für die Entdeckung von katalytischen Eigenschaften der RNA“. Wer das ganze genau nachlesen möchte kann dies auf den Seiten des Nobelpreis-Komitees nachlesen.

Einfach hat es der Kreationist, dem sich dieses Problem gar nicht erst stellt: Gott schuf Henne und Hahn. Der Hahn begattet die Henne, die Henne legt das Ei. Voilà ! Das Huhn war zuerst da ! Denn schon in der Bibel steht:

„Und Gott segnete sie und sprach: Seid fruchtbar und mehret euch und erfüllet das Wasser im Meer, und die Vögel sollen sich mehren auf Erden.“
— Genesis, 1:22.

Wir sehen, von Vögeln ist die Rede, was auch die Hühner mit einschließt. Von Eiern finden wir kein Wort.

Beim Schokoladenei ist die Herkunftsfrage gewiss einfacher zu lösen, die kommen vom Chocolatier. Lassen wir uns also ein Schokoei schmecken, lassen das sinnieren über Dilemmas sein und genießen stattdessen das sonnige Wetter. In diesem Sinne allen Lesern ein frohes Osterfest !

Quelle: Wikipedia – Henne-Ei-Problem ↩
https://twitter.com/neiltyson/status/296100559423954944 ↩
Oder in etwas bildhafterer Sprache: Wenn sie zu träge sind, um die Energie aufzubringen sich von Sofa zu erheben und das Bad zu putzen, kann ihr Partner oder Mitbewohner als Katalysator fungieren und sie auf die eine oder andere Art motivieren, dann doch zu reagieren. ↩

World of Chemcraft

Wenn man heutzutage den zahlreichen Werbebotschaften folgt, so sind Worte wie Bio, „natürlich“ und “frei von chemischen Zusätzen” die magischen Schlagworte, die man überall lesen kann. Chemie ist demnach widernatürlich, “Synthetisch” und “Atom-“ pure Abschreckung.

Wer würde schon gern ein Getränk zu sich nehmen, das ein organisches Lösungsmittel enthält, welches auch als Desinfektionsmittel und Treibstoff verwendet werden kann ? Ein Stoff der betäubend wirkt, das Krebsrisiko erhöht, Schädigend auf die Leber wirkt, Mangelerscheinungen auslöst und zudem auch noch ein Nervengift ist ? Und doch tun dies zahlreiche Leute regelmäßig, in dem sie alkoholische Getränke konsumieren. Einen edlen Wein zum Beispiel, der total natürlich von biologisch nachhaltigen Hefezellen aus Traubensaft erzeugt wurde.

Quelle [1]

Kurzum, wie meine Großmutter schon sagte: “Dat kütt, alles von de Atom !” Wirft man jedoch einen Blick über den großen Teich nach Amerika, so stellt man fest, dass man dort, zumindest in vergangenen Zeiten, der Chemie und der Wissenschaft, sprich dem “Atom”, wesendlich aufgeschlossener gegenüber war:

(aus: Popular Science Dezember 1947)

Tja, während so mancher die Atomenergie zum Teufel wünscht, wird auf dieser Reklameanzeige die fantastische, geheimnisvolle und atemberaubende (awesome, mysterious, breath-taking) Kraft der Atomenergie gepriesen: Sicher, aber aufregend ! Ein Schmankerl, dass dem heutigen angehenden Chemikus verwehrt bleibt. Nun, da man das Zeug heute offenbar nicht mehr kaufen kann, kann man es vielleicht ja selber aus dem Erdreich gewinnen ? Schließlich wurde das Uran aus dem Chemiekasten ja auch irgendwo ausgegraben.

(aus: Popular Mechanics Juni 1950)

Für nur einen lumpigen Dollar gibt es den Bauplan für einen Uran-Finder (im Volksmund auch Geigerzähler genannt). Eine lohnenswerte Investition, zumindest in der Vergangenheit: 35.000 $ (in heutiger Währung satte 330000 $) vom Staat sind schon verlockend.

(aus: Popular Mechanics September 1955)

Wirkt heutzutage etwas befremdlich, aber damals, wo Atomenergie (vor allem beim Bombenbau) schwer in Mode war, herrschte in den USA ein wahres Uranfieber, ähnlich dem bekannten Goldrausch. Wer im Uranium Fever auch heutzutage mitfiebern möchte, kann sich ja mal den gleichnamigen Song von Elton Britt anhören:

Uranium fever has done and got me down
Uranium fever is spreadin‘ all around
With a Geiger counter in my hand
I’m a-goin‘ out to stake me some government land
Uranium fever has done and got me down
(Uranium Fever – Refrain)

Das hat schon was von Schatzsuche, so etwas. Aber es soll ja auch Leute geben, die Suchen kein Uran, die haben es schon. So hatte einer meiner Labornachbarn an der Uni bei einer Gelegenheit mal folgende Schätzchen aus den geheimnisvollen Tiefen eines Chemikalienschranks zu Tage gefördert: Uranylnitrat und Uranylacetat (Nein, das Zeug taugt nicht, um daraus eine Bombe zu bauen, da es sich hier um abgereichertes Uran handelt. Ferner erübrigt sich auch eine dicke Bleiabschirmung, da die α-Strahlung nicht durch das Glas der Flasche kommt)

Nicht desto trotz ein ziemlich giftiges Zeug und Radioaktivität halte ich mir, auch wenn sie schwach ist, dann doch lieber vom Leib. Ich persönlich halte mich da lieber an ein anderes nützliches Metall: Es ist zwar nicht vom Nimbus des Urans umgeben, dafür ist es aber auch nicht radioaktiv. Dafür hat es eine sehr schöne rote Flammenfärbung. Die Chemiker werden es erraten haben: Es geht um Lithium !

Wie man der unten stehenden Abbildung entnehmen kann (Scientific American, Ausgabe Feb. 1957), handelt es sich um das Miracle Element (sic!). Flugzeugbau, Air-conditioning und Mehrzweck-Fett, sogar organische Chemie. Meiner Meinung nach ein Element, dessen Verbindungen (besonders die Organometallverbindungen) in keiner guten Synthese fehlen sollten (wie der Knoblauch in einer guten Tomatensauce).

Für diese und viele andere Perlen der antiken Werbung empfehle ich den Besuch bei folgendem lesenswerten Blog : http://blog.modernmechanix.com.

Quellen:

[1] links: Wikipedia, Foto by André Karwath aka Aka (Lizenz); rechts: Wikipedia, Stichwort Kanister

Von noblen und nicht ganz so noblen Preisen

Jedes Jahr Ende September / Anfang Oktober hält die wissenschaftliche Welt den Atem an in Erwartung der Verkündung der diesjährigen Nobelpreise in Medizin & Physiologie, Physik und Chemie, gefolgt von den Preisen für Literatur und Bemühungen um den Weltfrieden. Kurzum: Es wird getreu den Vorgaben Alfred Nobels, dem Erfinder des Dynamits, ein Preis „an diejenigen ausgeteilt […], die im vergangenen Jahr der Menschheit den größten Nutzen erbracht haben“.

Goldmedaille für Wissenschaftler

Darunter findet man zahlreiche kluge Köpfe mit ihren mehr oder weniger der Allgemeinheit bekannten bahnbrechenden Entdeckungen wie Albert Einstein (für den photoelektrischen Effekt, nicht etwa wie viele annehmen für die Relativitätstheorie), Otto Hahn (für die Entdeckung der Kernspaltung), Kary Mullis (Polymerase-Kettenreaktion, essentieller Schritt bei der Untersuchung des genetischen Fingerabdrucks), Watson & Crick (Doppelhelix-Struktur der DNA) und viele Andere.

Während der Nobelpreis also große Aufmerksamkeit genießt und schon sprichwörtlich als Sinnbild für den ultimativen Preis gilt, haben nur wenige bislang vom Ig-Nobel Preis gehört. Unbekannt, aber nicht weniger bemerkenswert. Dieser eher satirisch gemeinte Preis zeichnet wissenschaftliche Leistungen aus, die „Menschen zuerst zum Lachen, dann zum Nachdenken bringen“.

Während der Großteil der damit ausgezeichneten Forschung kuriose, unerwartete oder auch humoristische Qualitäten besitzt und deswegen ins Auge der Öffentlichkeit gerückt werden soll (etwa für den Nachweis, dass schwarze Löcher technisch alle Kriterien erfüllen, die Hölle zu beherbergen), gibt es auch das etwas ernstere Szenario das vermittels Satire Kritik an Phänomenen des Zeitgeschehens geübt werden soll. Etwa wenn das Kansas State Department of Education einen Preis in der Kategorie Bildung für die Förderung des Kreationismus im Biologieunterricht verliehen bekommt oder die Premierminister von Indien & Pakistan den Friedenspreis für den militant friedlichen Einsatz von Kernwaffen.

Verliehen wird der Ig-Nobelpreis von der im Umfeld der Harvard Universität erscheinenden Zeitschrift Annals of Improbable Research in den bereits erwähnten Disziplinen plus einiger zusätzlicher von Jahr zu Jahr verschiedenen etwas exotischerer Fachbereiche wie Verbraucher Technik oder Visionäre Technologie.

Der Ig-Nobelpreis in letzterer Kategorie wurde 1993 an Jay Schiffman aus Michigan in den USA verliehen für die Erfindung einer Vorrichtung mit Namen AutoVision, die ein gleichzeitiges Fernsehgucken und Führen eines Kraftfahrzeugs ermöglicht. Während das zugrundeliegende technische Konzept gar nicht mal so verrückt erscheint, quasi eine Kombination aus Windschutzscheibe und der berühmten GoogleGlass Brille, ist es aus nachvollziehbaren Gründen, nicht empfehlenswert diese Erfindung in ihrem vollen Funktionsumfang im Alltag zu benutzen. Entweder kommt es zu Auffahrunfällen oder aber man kriegt nur die Hälfte der Handlung seiner Lieblingsserie mit. Das verrückteste daran ist aber: Der Staat Michigan hat den Einsatz der AutoVision im Straßenverkehr sogar für rechtens erklärt.

Technische Revolution in der Apparatemedizin

Ein weiteres Patent mit zweifelhafter Altagstauglichkeit gewann 1997 den Preis in der Kategorie Apparatemedizin: „Vorrichtung zur Erleichterung der Geburt eines Kindes durch Zentrifugalkraft“.¹ Zum Einsatz kommen soll diese Maschine bei Schwangeren, deren Beckenbodenmuskulatur durch die heutige bewegungsarme Lebensweise unterentwickelt ist und die folglich bei der Geburt beim Pressen ziemlich abmühen müssen, um das Kind hervor zu bringen. Die Patientin wird also auf eine Liege geschnallt, die dann um das Kopfende herum in horizontale Rotation versetzt wird. Da so die stärkste Zentrifugalkraft auf den Unterleib wirkt, soll das Baby durch die Fliehkraft ausgetrieben und in ein am Fußende der Liege befindliches Fangnetz befördert werden. Wir stellen fest: Eine sanfte Geburt für Mutter und Kind sieht entschieden anders aus.

Wer seinem täglichen Brötchenerwerb auf dem Gebiet der Forschung & Entwicklung nachgeht, der weiß, dass Forschung oft mit harter Arbeit verbunden ist. Auch kommt es vor, dass Forscher, die für ein Wirtschaftsunternehmen arbeiten nicht zwangsläufig ihre favorisierten Projekte oder eigenen forscherischen Neigungen ausleben können. Am Ende des Tages muß die Kasse stimmen und es soll Geld verdient werden. Dem entsprechend kann man schon leicht neidisch werden, wenn man liest auf welch amüsantem und/oder scheinbar sinnfreien Gebiet manche Leute sich betätigen.

Die Wissenschaft vom gepflegten Suff

Nehmen wir zum Beispiel den Gewinner der Kategorie Psychologie von 2013: „‘Beauty is in the eye of the beer holder’: People who think they are drunk also think they are attractive“² Das man sich angeblich seinen Gegenüber schön trinken kann, ist hinlänglich bekannt. Aber funktioniert dies auch mit der Selbstwahrnehmung ? So wurden in einer Feldstudie Besucher einer Bar beobachtet und hinsichtlich ihrer Selbstwahrnehmung nach dem Konsum alkoholischer Getränke befragt. Resultat: Je betrunkener, desto attraktiver kamen sich die Probanden vor. Auch in einer Placebo kontrollierten Studie konnte dies bestätigt werden. Neben der gewonnenen Erkenntnis, sehen wir also, dass man auch in der Forschung das Angenehme mit dem Nützlichen verbinden können und seine Arbeit, eine geeignete Idee vorausgesetzt, auch in unsere Stammkneipe verlegen können.

Unwiderstehlich dank Bier !

Ebenfalls mit dem gepflegten Suff zu tun hat der Gewinner des Biologie-Preises von 2018: „The scent of fly“ (Der Geruch der Fliege).³ In dieser Arbeit wurde der Nachweise geführt, dass bereits eine einzelne Fruchtfliege ausreicht, um ein Glas Wein hinreichend zu kontaminieren, dass es für den Weinkenner geschmacklich verdorben ist. Neben diversen „Trockenversuchen“ wurden dem Wein Tasting Panel unteranderem auch ein trockener Pinot Blanc, Jahrgang 2013, der Staatsweinkellerei Freiburg kredenzt, der vorher mit einer einzelnen weiblichen Fruchtfliege „abgeschmeckt“ wurde. Wer kann schon von sich behaupten im Dienste der Wissenschaft Wein verkosten zu dürfen.

Krokodile & Katzen in der Wissenschaft

Das Kuriose ist ja, dass viele dieser Studien auf einer seriösen und validen Grundannahme basieren, sich aber aufgrund ihres unkonventionellen Versuchsaufbaus für den Ig-Nobelpreis qualifizieren. Beispielhaft ist hier z.B. der Beitrag in der Kategorie Wirtschaft von 2017: „Never Smile at a Crocodile: Betting on Electronic Gaming Machines is Intensified by Reptile-Induced Arousal ⁴ Die Annahme in dieser Studie ist, dass sich ein gewisser „Adrenalin-Pegel“ sich in einem risikofreudigeren Verhalten bei Glücksspielen manifestiert. Im Idealfall würde man sich jetzt einen Versuch unter Laborbedingungen vorstellen, bei dem die Probanden in die passende Gemütshaltung gebracht werden. Doch die Australischen Forscher verlegten ihren Versuch vom Labor auf eine Krokodilfarm. Um den gewünschten Zustand der Erregung herbeizuführen, wurde einem Teil der Probanden ein 1-Meter-langes Leistenkrokodil in die Arme gedrückt, bevor sie ihr Glück an einem Spielautomaten versuchen durften. Tatsächlich neigte ein Teil von besonders glücksspielaffinen Probanden zu einer höheren Risikofreudigkeit, sofern sie nicht durch die Krokodilbehandlung völlig verschreckt waren.

Ein Forschungskrokodil (Abbildung ähnlich)

Der reinen Wissenschaft zu frönen kann schön schön sein. Idealerweise lassen sich die Früchte der eigenen Arbeiten auch noch kommerzialisieren. Es gibt aber noch eine dritte Option: Wer sich mit Social Media auskennt, der weiß, dass Katzen immer gut ankommen. Also warum nicht auch mal in der Wissenschaft oder genauer in der Strömungslehre oder Rheologie sein Glück versuchen und Aufsehen erregen indem man Cat Content produziert: “On the rheology of Cats“ (Über die Strömungslehre von Katzen)⁵, Gewinner des Physik Ig-Nobelpreises von 2017, einer Studie in welcher der Frage nachgegangen wird, ob eine Katze sowohl Flüssigkeit als auch ein Feststoff sein kann. Natürlich ist diese Arbeit nicht ganz ernst gemeint und mehr ein Insider Joke für die Strömungsgelehrten, die sich mit einem Augenzwinkern der lustigen Eigenschaft von Katzen zuwendet, sich geschmeidig auch in die engsten Räume „hineinschmiegen“ zu können. Aber wer hat auch gesagt, dass Wissenschaft nicht fröhlich sein darf ?

Marc-Antoine Fardin, Rheology Bulletin, vol. 83, 2, July 2014, pp. 16-17 and 30.

Mathematik & Chemie

Und wer basierend auf eigenen Erfahrungen während der Schulzeit annimmt, dass Wissenschaften wie die Mathematik, völlig humorbefreit sind, der möge sich folgende Ig-Nobel Beiträge zu Gemüte führen:

“The Case of Moulay Ismael – Fact or Fancy?“ Für Klärung der Frage mittels Computersimulation, ob Moulai Ismail, der Blutdürstige (Kaiser von Marokko 1697-1727) tatsächlich 888 Nachkommen gezeugt haben kann. (Ja, kann er !)⁶
Gorbachev! Has the Real Antichrist Come? In welcher ein gewisser Robert W. Faid die Wahrscheinlichkeit ausrechnet, dass Michail Gorbatschow der Antichrist ist (710.609.175.188.282.000 zu 1)⁷

Da der Preis seit 1991 bereits in zahlreichen Kategorien vergeben wurde, würde es natürlich den Umfang dieses Artikels sprengen, hier alle wieder zu geben. Wer hier allerdings regelmäßig mitliest, weiß das ich aufgrund meiner teilweise berufsbedingten Affinität zur Chemie hier nicht aufhören kann, ohne einen chemischen Bezug hergestellt zu haben. Somit möchte ich hier den durchaus interessanten und potentiell alltagsrelevanten Ig-Nobel Beitrag zur Chemie des Jahres 2018 würdigen.⁸ Jeder kennt es: Das wache Auge des Betrachters hat einen Klecks Schmutz ausgemacht, hat aber gerade keine Reinigungsutensilien zur Hand. Deswegen versucht man in einem unbeobachteten Augenblick, die störende Anschmutzung schnell mit dem Spucke-befeuchteten Finger auszureiben (Szenario: Oma putzt die Wange ihres Enkels).

Spucke & antike Kunst

Tatsächlich scheint es im Kreise erfahrener portugiesischer Museumskonservatoren üblich zu sein diese Technik bei der Reinigung bestimmter empfindlicher Kunstgegenstände anzuwenden, da so besser und schonender gereinigt werden kann, als mit lösungsmittelbasierten Techniken. Tatsächlich konnte nachgewiesen werden, dass der typische Schmutzklecks hauptsächlich aus Lipiden (Fett !) besteht, die Proteine und anorganische Teilchen binden und folglicherweise mit den Enzymen im Speichel, die Fette und Proteine spalten können, aufgelöst werden. Somit ist das putzen mit Spucke durchaus gut wirksam, aber dennoch leicht eklig.

Schließen möchte ich mit jenem Ratschlag, mit dem auch jede Ig-Nobelpreisverleihung geschlossen wird:

“If you didn’t win a prize—and especially if you did—better luck next year!“

https://patents.google.com/patent/US3216423 ↩
Bègue et al. Brit. J. Psychol. 2012, 104, 225. ↩
Becher et al. J. Chem. Ecol. 2018, 44, 431. ↩
Rockloff + Greer J Gambl Stud 2010, 26,571. ↩
http://www.rheology.org/sor/publications/rheology_b/RB2014Jul.pdf ↩
Oberzaucher et al. PLOS ONE 2014, 9, e85292. ↩
https://www.washingtonpost.com/archive/opinions/1988/06/05/the-devil-in-gorbachev/34f9db9b-9498-4894-9800-90f7d3d4e434/?noredirect=on&utm_term=.817de268aaaa ↩
Studies in Conservation 1990, 35, 153. ↩

Wohl bekomms ?

Manchmal könnte man annehmen das es nicht so darauf ankommt, was in unserem Essen drin ist, sondern auf das was nicht drin ist. Seit 2014 ist es Pflicht für alle, die Lebensmittel verkaufen, den Kunden über enthaltene Allergene, also Inhaltsstoffe, die allergische Reaktionen oder Unverträglichkeiten hervorrufen können, zu belehren. Zu diesen deklarationspflichtigen Inhaltsstoffen gehören z.B.

Gluten, Laktose, Milcheiweis, Hühnerei, Soja, Erdnüsse, Fisch, Krebstiere, Schalenfrüchte, Weichtiere, Lupine, Sesam, Senf, Schwefeldioxid oder Sellerie.

Photo by Lubo Minar on Unsplash

Einerseits ist dies durchaus begrüßenswert, da allergische Reaktionen durchaus bedrohlich sein können – Wenn man denn an einer entsprechenden Allergie oder Lebensmittelunverträglichkeit leidet.

Während man aber eher selten von einer Sellerieunverträglichkeit hört, sind Gluten-frei und Laktose-frei zwei Attribute, die man in letzter Zeit immer häufiger hört und die vermuten lassen, dass Gluten- und Laktoseintolleranz entweder zwei Leiden sind, die verstärkt um sich greifen, oder das gerade eine ernährungsmäßige Hexenjagd abgehalten wird.

Laktose

Laktose ist Milchzucker und kommt in verschiedenen Anteilen in der Milch von Tieren, aber auch in menschlicher Muttermilch vor. Problematisch an Laktose ist nun, dass es sich dabei um einen Zweifachzucker (aufgebaut aus Glucose und Galactose) handelt, der vom menschlichen Darm nicht aufgenommen werden kann.

Säugetier	Anteil	Milchprodukte (Kuh)	Anteil Lactose g/100 g
Esel	7,4 %	Magermilch (0,3 % Fett)	4,80 g
Mensch	7,1 %	fettarme Milch (1,5–1,8 % Fett)	4,80 g
Pferd	6,2 %	Vollmilchpulver	35,10 g
Kamel	5,0 %	Magermilchpulver	50,50 g
Büffel	4,8 %	Kondensmilch	9,32 g
Katze	4,8 %	Schlagsahne	3,27 g
Schaf	4,8 %	Sauerrahm	3,0 g
Kuh	4,6 %	Molke	4,70 g
Yak	4,6 %	Joghurt (3,5 % Fett)	3,19 g
Ziege	4,3 %	Vollmilchschokolade	2,0 g
Rentier	2,8 %	Vollmilch	4,7 g

Die Konsequenz: Da unser Darm von einem ganzen Spektrum an Mikroorganismen besiedelt ist, die Laktose sehr gut aufnehmen und verarbeiten können, fängt es also an in uns zu gähren. Da hierbei eine ganze Menge an Gasen entsteht kommt es zu Blähungen und gleichzeitig entstehende Milchsäure wirkt abführend, was sich im Extremfall in Durchfall äußern kann.

Dem aufmerksamen Leser sollte sich jetzt die Frage stellen: Warum können Säuglinge (laktosehaltige) Muttermilch verdauen, ohne solch unschöne Konsequenzen zu erleiden ? Des Rätsels Lösung: Das Enzym Laktase, welches Laktose in die einfach resorbierbaren Bausteine Glucose und Galactose aufspaltet. Leider geht die Produktion dieses Enzyms im Erwachsenenalter stark zurück. Lediglich in Populationen, die seit langer Zeit Weidewirtschaft betreiben, blieb die Fähigkeit zur Laktosespaltung erhalten. Vermutlich weil sie dadurch einen Selektionsvorteil durch Zugriff auf eine zusätzliche hochwertige Nahrungsquelle wie Milch besaßen. So zeigten evolutionsbiologische Untersuchungen an Skeletten aus der Jung- und Mittelsteinzeit (7800 – 7200 Jahre alt !), dass die damaligen Menschen noch nicht in der Lage waren Laktose zu verdauen. Auch der bekannte Steinzeitmensch Ötzi war laktoseintollerant… Erst im frühen Mittelalter können die ersten laktosetolleranten Menschen nachgewiesen werden.

Dennoch stellt diese Fähigkeit nach wie vor eine Besonderheit der menschlichen Entwicklung dar. Während Nordwest-Europäer überwiegend Laktose vertragen (80 – 98 %; Deutschland ca. 85 %), sind es in Südostasien nur bescheidene 2 %.¹

Laktosetoleranz in Eurasien (Quelle: Wikipedia)

Nun entsprechen 15 % der Bevölkerung immerhin ca. 12,6 Mio. Einwohnern, für die es gut zu wissen ist, dass für sie ein reiches Sortiment an laktosefreien Produkten existiert. Von Soja und Mandelmilch bis hin zu enzymatisch behandelter Milch, in der die Laktose entfernt wurde. Dennoch sind laktosefreie Produkte mittlerweile auch ein Lifestyle Produkt. So rekrutieren sich die Konsumenten dieser Produkte zu 80 % aus der Menge der laktosetolleranten Milchfreunde, wie eine Studie der Gesellschaft für Konsumforschung (GfK) herausgefunden hat.² Dabei hat man keinen wirklichen Vorteil davon. Laktose fördert immerhin die Calciumaufnahme. Und teurer sind die laktosefreien Produkte auch.

Gluten

Kommen wir zum berühmt berüchtigten Gluten (oder Klebereiweiß). Dieses Stoffgemisch aus Proteinen kann in den Körnern bestimmter Getreidesorten wie z.B. Weizen gefunden werden und ist beim Kochen und Backen von entscheidender Bedeutung. Wird Gluten mit Wasser vermischt (z.B. beim Anteigen von Mehl), bildet es eine klebrige und elastische Masse und verleiht damit dem Mehl seine Backfähigkeit, d.h. Gas im Teig einzuschließen. Nur mit Gluten ist es möglich Gebäck in Form von Laiben zu backen. Es sorgt also dafür, dass der Teig seine Form behält. Läßt man es weg, dann ähnelt das Resultat eher einem Fladenbrot.

Keine fluffigen Brötchen ohne Gluten

Was hat es nun mit dem schlechten Ruf des Glutens auf sich ? Zunächst mal vorneweg: Er ist größtenteils unbegründet. Denn: Nur etwa 0.3 % der Weltbevölkerung (1 in 270 Menschen)³ leidet an Glutenintoleranz (Zöliakie).

Dennoch hört man immer wieder von den Gefahren die von Weizen im Allgemeinen und Gluten im Speziellen ausgehen. Fakt ist, das die ganze Angelegenheit relativ kompliziert ist und viele damit verbundenen Zusammenhänge Gegenstand der Forschung sind. Es kann aber als relativ gesichert angesehen werden, dass genetische, also vererbbare Faktoren, eine wichtige Rolle spielen. Liegen diese nicht vor, handelt es sich also wahrscheinlich nicht um Zöliakie, sondern um ein anderes Phänomen.

Wie ist es dann aber zu erklären, dass viele Menschen, die auf eine Gluten-freie Ernährung umgestellt haben, einen positiven Effekt auf ihr Wohlbefinden verspürt haben ?

Man stelle sich ein Weißbrot aus dem Supermarkt vor… Im ungünstigen Fall mit einer erschreckend langen Liste an Inhalts- und Zusatzstoffen. Gebacken in kürzester Zeit aus gebleichtem Mehl.

Dieses wird nun, zwecks Zubereitung eines Sandwichs, mit Halbfettmargarine und einem Dip aus dem Lebensmitteldiscounter bestrichen oder konservierungsmittelhaltigen Eiersalat belegt und zwecks Abtransport am nächsten Morgen in Frischhalte gewickelt. Die Nacht verbringt das Sandwich im Kühlschrank, aber den Weg zur Arbeit und den Rest des Vormittag verbringt es dann wenn es suboptimal läuft bei Raumtemperatur, während es langsam vor sich hin fermentieren kann. Schließlich wird es im Eilverfahren verschlungen und mit einer Tasse des Kaffees, der den ganzen Morgen schon auf der Heizplatte in der Teeküche verbracht hat herunter gespült, was unser Magen mit einem mulmigen Gefühl von leichter Blümeranz mit Anflügen von Sodbrennen quittiert. Unser Fazit: Verdammt, die glutenfreien Ernährungsapostel aus dem Internet haben doch recht…

Stellt man nun seine Ernährung entsprechend auf glutenfrei um und gibt sich voll der Paläodiät hin, stellt sich ein verbessertes Wohlbefinden ein. Aber sehr wahrscheinlich nicht, weil wir das Weizen-haltige Brot weggelassen haben, sondern weil wir auch eine ganze Latte an Zusatzstohfhaltigen Lebensmitteln weggelassen haben und wesentlich bewusster auf unsere Ernährung achten und uns nicht mehr wie ein Müllschlucker in rasendem Tempo zu Unzeiten vollfuttern. Der von Vielen beobachtete Abnehmeffekt bei Glutenverzicht kann darüberhinaus auch daher kommen, dass viele Getreideprodukte auch reich an Kohlenhydraten sind, die sich durch ihre Kalorien auch auf unsere Figur auswirken.

Zusätzlich gibt es ein weiteres ganz interessantes psychologisches Phänomen: den Nocebo-Effekt

eine scheinbar negative Wirkung durch ein Arzneimittel oder sonstigen äußeren Einfluss. Er bezeichnet eine Reaktion auf ein medizinisches Präparat ohne spezielle Wirkung bzw. auf die gerüchteweise die Gesundheit oder das Wohlbefinden nachhaltig beeinträchtigende Wirkung einer umweltverändernden Maßnahme.

Dabei spielt die Erwartungshandlung des Probanden – hier der Person mit einer vermeintlichen Lebensmittelunverträglichkeit – eine große Rolle. Bedeutet: Wenn man ein Lebensmittel verzehrt, von dem man sich sicher ist, dass man es nicht verträgt, so kann eine negative Wirkung eintreten auch wenn eine entsprechende Unverträglichkeit gar nicht vorhanden ist. Wenn man also im Alltag von diversen (mitunter prominenten) Ernährungspäpsten vorgebetet bekommt, dass uns ein bestimmtes Lebensmittel krank macht, kann es tatsächlich soweit kommen, dass wir das Lebensmittel plötzlich tatsächlich nicht mehr vertragen.

Man ist schnell bei der Hand der Nahrungsmittelindustrie vorzuwerfen mit der Manipulation unserer Nahrungsmittel ihren Gewinn auf kosten unserer Gesundheit zu maximieren (was in manchen Fällen tatsächlich zutreffen kann), aber man sollte gleichzeitig nicht vergessen, dass man mit Produkten und Programmen zu gesunder Ernährung viel Geld verdienen kann.

Allein für lactosefreie Lebensmittel lag der Umsatz im Jahr 2014 bei 285 Mio. EUR und für glutenfreie Lebensmittel bei 105 Mio. EUR.⁴ Oder z.B. das Buch Weizenwampe: Warum Weizen dick und krank macht des amerikanischen Mediziners William Davis, dass dem Anti-Weizen und Anti-Gluten Hype ordentlich Vorschub geleistet hat, ein weltweiter Bestseller.

Design Credits: https://www.vecteezy.com

Bild: Vecteezy.com

Natürlich soll dies nicht heißen, dass alle Lebensmittelunverträglichkeiten nur eingebildet sind. Eine tatsächliche Zöliakie ist eine durchaus ernste Erkrankung. Allerdings sind viele vermeintliche Unverträglichkeiten nicht medizinisch nachgewiesen, sondern beruhen auf individuellen Beobachtungen. Und so etwas ist durchaus eine komplexe Angelegenheit, da im Alltag eine Vielzahl an Faktoren einen Einfluss auf unser subjektives Wohlbefinden haben können. Ein Lebensmittel oder eine ganze Mahlzeit enthält eine Vielzahl an Inhaltsstoffen, die unser Wohlbefinden beeinflussen können. Letztendlich können auch Zubereitung oder die Bedingungen und Umstände unter denen wir unser Essen zu uns nehmen einen Einfluss haben. So kann Weizen, der teilweise auch über das Gluten hinaus verteufelt wird, ungesund sein, wenn er unsachgemäß zubereitet wird. Weizen enthält z.B. Phytinsäure, welche die Aufnahme von Mineralien wie Calcium, Magnesium und Zink behindert, wenn wir den Weizen umfermentiert oder roh zu uns nehmen.

Fängt wertvolle Mineralien weg: Phytinsäure, ein Anti-Nährstoff

In der Komplexität des Problems liegt auch ein Grund, warum bestimmte Diäten und Ernährungskonzepte, wie Gluten-frei, so erfolgreich sind: Sie bieten eine einfache Lösung für ein komplexes Problem. Ohne Gluten hin zu einem schlanken Bauch, reiner Haut und mehr Wohlbefinden.

Überhaupt werden Produkte, die das Prädikat frei von xxx tragen insgesamt als hochwertiger empfunden. Es kommt nicht mehr drauf an, was an guten Zutaten drin ist, sondern eher was alles nicht drin ist.

Frei von Allem (Bild: Vecteezy.com)

Dies kann aber mitunter ein Trugschluss sein. Denn lässt man z.B. den Weizenkleber weg, dann muss der Zusammenhalt des Produkts ja irgendwoanders herkommen. Dies lässt sich z.B. mit einem Mehr an Zucker und Fett (die auch einen großen Einfluss auf die Textur eines Lebensmittels haben) erreichen.⁵Fazit: Schlecht für die Figur.

Letztendlich sind Getreideprodukte, in ihrer Vollkornvariante, durch ihren Gehalt an Ballaststoffen, durchaus einer gesunden Ernährung zuträglich. Kurzum: Hat man keine nachweisbare Unverträglichkeit, sollte man auch nicht darauf verzichten. Wenn man es nicht übertreibt, darf man sich also die morgendliche Frühstückssemmel oder das alkoholfreie Weizenbier nach dem Sport beruhigt schmecken lassen !

https://de.wikipedia.org/wiki/Laktoseintoleranz#Weltweit ↩
https://lebensmittelpraxis.de/warenkunden/20578-warenverkaufskunde-laktosefreie-milchprodukte.html ↩
R. Keller: Klinische Symptomatik „Zöliakie, ein Eisberg“. In: Monatsschrift Kinderheilkunde. Heidelberg 151.2003, 706. ↩
https://www.dge.de/presse/pm/selbstdiagnose-unvertraeglichkeit/ ↩
https://utopia.de/ratgeber/gluten/ ↩

Mit Wissenschaft kühl durch den Sommer

Ok, das Thema Sonnenschutz haben wir uns bereits angeguckt. Was brauchen wir also noch um durch den heißen Sommer 2018 zu kommen ?

Ein Szenario, dass glaube ich Vielen nicht unbekannt sein wird: Wir haben uns trotz hochsommerlichen 32°C mehr oder minder erfolgreich durch den Arbeitstag gerettet, jetzt lechzen Gemüt und Kehle nach einem kühlen Trunk zum Feierabend… Also ab nach Draussen an die frische Luft. Schlecht nur, wenn man vergaß das Feierabendbier rechtzeitig in die Kühlung zu legen. Ein weiteres Problem: Wie bleibt der Nachschub an köstliche Gerstensaft angenehm kühl, wenn man mit ihm fernab des Eisschranks auf der Wiese sitzt ?

Kaltes Getränk mit Hilfe der Wissenschaft und kalten Putzlappen

Und auch hier zahlt sich ein gutes Quantum an naturwissenschaftlichen Kenntnissen aus: Man benötigt nur ein Stück saugfähiges Textil und Wasser um selbiges gut zu durchfeuchten. Man packt die Getränkeflasche nun in den triefend nassen Lappen und stellt sie an einen luftigen und trockenen Ort. Nun muß man eine Weile warten, während sich das Getränk auf nahezu magisch anmutende Weise abkühlt.

Verdunstungskälte heißt das Zauberwort ! Denn auch bei 30 °C verdunstet eine gewisse Menge Wasser, vorausgesetzt, die Luftfeuchtigkeit liegt unter 100 %. Je trockener, desto besser.

So zumindest die Theorie. Aber wie heißt es so schön: Versuch macht klug. Also habe ich mir aus einer leeren 500 mL Flasche einer beliebten Hipsterbrause, die ich mit Wasser gefüllt habe und einem Laborthermometer eine Testapparatur gebastelt. Das Ganze noch schnell in ein nasses Küchenhandtuch wickeln und schon startet der Kühlversuch.

Auch wenn die Kühlwirkung relativ verhalten zu Tage tritt, kann man doch nicht leugnen, dass die Methode funktioniert. Innerhalb von 2 Stunden pendelte sich die Temperatur in der Flasche von ursprünglich 29 °C bei knapp unter 23 °C ein. Das Wasser ist zwar nicht „Kühlschrank-kalt“ aber um Einiges erfrischender geworden. Sicherlich lässt sich der Verdunstungseffekt noch weiter forcieren, wenn man einen Ventilator neben die Versuchsanordnung stellt, der die feuchte Luft wegpustet und frische trockene Luft nachführt.

Wasserkühler auf spanische Art

Dabei ist diese improvisierte Form der Getränkekühlung keine neue Errungenschaft der neuzeitlichen Camping- und Grillbewegung, bei welcher sie recht populär ist. Wie mir der Kollege François beim Mittagessen erzählte, findet man eine Art Urform davon in Andalusien: den Botijo.

Der Botijo – ein traditioneller spanischer Wasserkühler

Dabei handelt es sich um einen bauchigen Krug aus gebranntem, porösen Ton mit einer oder mehreren Trinkstutzen. Das enthaltene Wasser dringt durch die Poren langsam nach außen und verdunstet dort an der sehr trockenen, heißen Luft (die ja im mediterranen Klima Andalusiens reichlich vorhanden ist) und kühlt dadurch den restlichen Inhalt des Krugs. Das funktioniert wie gesagt im staubtrockenen Andalusien sehr gut, in z.B. Panama allerdings, welches in der doch recht feuchten Monsun-Zone liegt, weniger gut, so der Kollege F. Und auch in Spanien, genauer gesagt an der Universidad Politécnica de Madrid, gibt es Wissenschaftler, welche die Funktionionsweise des Botijo genügend fasziniert hat, um die Leistungsfähigkeit dieses traditionsreichen Verdunstungskühlers zu untersuchen.

Unter kontrollierten Laborbedingungen wurde der Botijo mit 3.16 kg Wasser (T=39°C) gefüllt und (um gleichmäßige Temperaturen zu gewährleisten) in einen 39 °C warmen Ofen gestellt (simulierter andalusischer Sommer). Dabei wurde die Wassertemperatur, meiner Softdrinkflasche nicht unähnlich, mit einem Thermometer verfolgt und in regelmäßigen Intervallen der Wasserverlust mittels einer Waage kontrolliert. Das recht interessante Ergebnis: Nach 7 Stunden waren zwar 400 g Wasser (fast ein halber Liter) weniger im Krug, aber das Wasser hatte sich um 15 °C auf 24 °C abgekühlt.

Natürlich ist der Krug irgendwann leer, wenn man ihn zu lange stehen lässt. Aber in einem 39 °C warmen Sommer, wird das Wasser eh vorher getrunken, bevor es komplett verdunstet. Der Vorteil des kontinuierlichen Wasserschwunds ist aber auch eine kontinuierliche Kühlleistung, während mein feuchter Lappen deutlich schneller versagen würde, weil er entsprechend schneller austrocknet. Wer sich selber wissenschaftlich mit dem Botijo befassen möchte, kann dies anhand der folgenden Differentialgleichungen tun:

Dieser Tonkrug erfreut sich auch heute noch einer gewissen Beliebtheit in Spanien, überall da, wo ein kühles Getränk abseits entsprechender Infrastruktur gefragt ist. Ein Verwandter des Botijo findet man zuweilen auch in hiesigen Gefilden auf Mittelaltermärkten in Form von Bierkrügen aus Ton, die das enthaltene Getränk (das aber am Besten bereits vor dem Einfüllen gekühlt wurde) kühl halten, wenn der Krug sich vorher mit Wasser vollsaugen konnte.

Immer schön aufpassen, dass man in der Hitze nicht wegschmilzt

Hightech Kühlung aus Bayern

Während der Botijo einfach, aber genial ist, findet sich am anderen Ende der Hightech-Skala eine ausgefuchste (aber deutlich komplexere) Erfindung aus Bayern. Und in Bayern trinkt man natürlich nicht Wasser, sondern Bier. Daher ist es nicht verwunderlich, dass der Münchner Physiker Peter Maier-Laxhuber als er sich entschloss die Erkenntnisse aus seiner Doktorarbeit mit dem Titel „Sorptionswärmepumpen und Sorptionsspeicher mit dem Stoffpaar Zeolith – H2O“ zu kommerzialisieren, auch ein selbstkühlendes Bierfass entwickelte.

Bei dieser raffinierten Erfindung ist der eigentliche Bierbehälter (A) von zwei konzentrischen Kammern (B, C) umgeben. Die innere enthält ein saugfähiges Material, das mit Wasser durchtränkt ist. Die äußere Kammer (C) ist mit einem Zeolith (alias Molekularsieb) gefüllt, einem Material, welches aufgrund seiner Poren in Molekülgröße eine hohe Wasseraffinität besitzt. Beide Schichten stehen unter Unterdruck, um eine Verdampfung des Wassers in Kammer (B) zu erleichtern. Die Energie, die zum Verdampfen des Wassers notwendig ist, wird dem Bier in Kammer (A) in Form von Wärme entzogen.

Durch öffnen eines Ventils kann nun das Wasser aus Kammer (B) in die Kammer (C) hinein verdampfen und wird dort durch den Zeolith gebunden. Dies ist wichtig, da der notwendige Unterdruck durch den entstehenden Wasserdampf aufgehoben werden würde und so letztendlich die Produktion von weiterem Wasserdampf, welche ja durch Verdunstungskälte unser Bier kühlt, zum Erliegen kommen würde. Der Kühleffekt ist sogar so groß, dass das Wasser in (B) gefrieren kann. Interessanter Nebeneffekt: Der Zeolith erwärmt sich, wenn er Wasser aufnimmt, so dass unser Faß mit kühlem Bier außen recht warm wird. Daher auch der Begriff Sorptionswärmepumpe, da sozusagen die Wärme aus dem Bier nach Außen „gepumpt“ wird.

Um dem Nachhaltigkeitsgedanken entsprechend Sorge zu tragen kann das Faß für einen späteren erneuten Einsatz regeneriert werden. Durch Erhitzen lässt sich das gebundene Wasser aus dem Zeolith wieder freisetzen.

Wer das Faß ausprobieren möchte kann ein solches u.A. von der Tucher Brauerei erwerben, die damit wirbt „jederzeit und überall [...] frisch gezapftes, kühles Tucher. Ohne Strom. Ohne Vorkühlen. In weniger als 45 Minuten.“

Aus heiß wird kalt – Feuer & Flamme für kühles Bier

Und für all diejenigen, die für einen zünftigen Showeffekt zu ihrem Getränk keine Kosten und Mühen scheuen, hier noch eine Variante, mit der man Getränke mittels Feuer kühlen kann.

Achtung – Wer Folgendes ausprobiert tut dies ausdrücklich auf eigene Gefahr. Der Autor übernimmt keine Verantwortung für etwaige (Feuer)schäden

Man benötigt einen Eimer voll Sand, in den die zu Kühlende Flasche eingegraben wird. Anschließend gießt man eine reichliche Portion Brennspiritus über den Sand und entzündet das Ganze. Der Kühlungseffekt soll nun dadurch eintreten, dass der Spiritus an der Oberfläche des Sandeimers abbrennt und weiterer Spiritus aus dem Sand hochgesaugt wird (eine Art Dochteffekt). Die dabei auftretende Verdunstungskälte tut ihr Übriges. Ob das Ganze funktioniert ? Keine Ahnung, aus brandschutztechnischen Gründen habe ich auf ein Experiment verzichtet. Sollte der geneigte Leser sich dazu entschließen dieses Experiment selbst zu probieren, so tut er dies auf eigene Gefahr und hoffentlich fernab von brennbarem Material.

Welche Methode auch immer man letztendlich wählt: Immer genug trinken und einen kühlen Kopf bewahren !

Sturm im Glas

Neulich erreichte mich eine Anfrage meiner Schwester:

Kurzum: Funktioniert Wettervorhersage mit einem Sturmglas oder ist das nur Mumpitz ?

Sturmglas – Was ist das und wer hat’s erfunden ?

Bei einem Sturmglas handelt es sich um ein hermetisch abgeschlossenes Glasgefäß (meist ein Rohr), dass mit einer Mischung aus destilliertem Wasser, Alkohol, Campher, Kaliumnitrat und Ammoniumchlorid gefüllt ist. Sinn des ganzen soll sein anhand des Auftretens von Kristallen und deren Aussehen das Wetter der nächsten 24 – 36 Stunden vorherzusagen.

Sturmglas nach FitzRoy (Foto: Wikipedia, ReneBNRW, Creative Commons License CC0 1.0)

Die Erfindung des Sturmglases wird unteranderem einem Herrn Barth aus Nürnberg zugeschrieben, doch erst der britische Admiral Robert FitzRoy im 19. Jahrhundert war es wohl, der dem Sturmglas zu größerer Bekanntheit verhalf. Besagter Admiral hatte damals die Aufgabe ein meteorologisches Meßnetz für die Royal Navy aufzubauen und in dem dafür zu verwendenden Meßinstrumentarium sollte auch ein solches Sturmglas eingesetzt werden.

Wie das kristalline „Schneetreiben“ im Glas zu interpretieren sei, beschrieb FitzRoy in seinem Buch über Wetterbeobachtung, nachdem er mit niemand geringeren als Charles Darwin auf dessen zweiten Forschungsreise mit der HMS Beagle, empirische Studien über das Verhalten des Sturmglases angestellt hatte:

Wenn die Flüssigkeit im Glas klar ist, wird das Wetter sonnig und klar.
Ist die Flüssigkeit flockig, wird es bewölkt. Niederschlag ist möglich.
Wenn kleine Flöckchen in der Flüssigkeit schweben, kann man feuchtes, nebeliges Wetter erwarten.
Ein trübes Glas mit kleinen Sternen deutet auf Gewitter.
Sind an einem schönen Wintertag kleine Sternchen in der Flüssigkeit, wird es schneien.
Sind große Flocken überall in der Flüssigkeit, wird es je nach Jahreszeit bedeckt oder im Winter fällt Schnee.
Wenn viele Kristalle auf dem Boden sind, gibt es Frost.
Wenn sich an der Oberfläche Kristalle bilden, wird es stürmisch.

Grau ist alle Theorie…

Trotz dieser Studien blieb das Sturmglas eine Kuriosität, als ein anerkanntes wissenschaftliches Messinstrument, denn eine plausible Erklärung, wie das ganze funktionieren solle, war nicht vorhanden. Ein Einfluss des Luftdrucks (der bei heranziehendem Unwetter ja fällt) konnte man ausschließen, da die meisten Sturmgläser gasdicht abgeschmolzen sind und der Luftdruck damit wenig bis gar keinen Einfluss auf die Lösung ausüben kann.

Eine weitere Theorie, die jedoch erst in modernerer Zeit aufkam, war der Einfluß des impulshaften Auftretens von elektromagnetischen Wellen natürlichen Ursprungs in der Erdatmosphäre, sogenannten Sferics. Solche Impulse können z.B. durch das Auftreten von Blitzen entstehen. Der Einfluß dieser Impulse auf die belebte und unbelebte Umwelt ist jedoch Gegenstand von Diskussionen und wird weitestgehend esoterischen Kreisen zugeschrieben.

Dem Rätsel auf der Spur

Und auch in jüngerer Vergangenheit beschäftigt dieses kuriose (und zudem sehr dekorative) Messinstrument die Wissenschaftler. Sehr informativ ist z.B. eine Arbeit eines Allan Mills vom Institut für Geologie der Universität in Leicester, dass 2008 in Weather, dem Journal der Royal Meteorological Society, erschienen ist (Weather 2008, 63, 161 – 163.), in welchem einfache Sturmgläser verschiedentlich Umwelteinflüssen ausgesetzt werden, so z.B. auch verschiedene elektromagnetische Felder, die keinen sichtbaren Einfluß auf die Gestalt der auftretenden Kristalle hatten, was im Allgemeinen den Erkenntnissen der Kristallisation entspricht.

Ebenfalls sehr aufschlussreich sind die Untersuchungen von Kaempfe et al. vom Institut für Anorganische Chemie der Universität Duisburg-Essen, die das verhalten eines Sturmglases über 1 Jahr mit dem lokalen Wetter verglichen und zu dem Ergebnis kamen, dass ein solches Glas zur Vorhersage von schlechtem Wetter nur sehr begrenzt bis gar nicht geeignet ist. In Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Uni Leicester, wird das Kristallisationsverhalten auf die Umgebungstemperatur und die Geschwindigkeit, mit der sich diese ändert zurück geführt.

Hierbei kommt erschwerend hinzu, dass das Sturmglas in unserer modernen Welt mit wärmeisolierten Energiesparbauwerken und Zentralheizung in seiner Leistungsfähigkeit noch deutlich schlechter abschneidet als zu Zeiten von Admiral FitzRoy, als die Raumtemperatur noch deutlich von der Außentemperatur zusammenhing.

Interessant ist auch folgender Umstand:

Der Vergleich zweier baugleicher Sturmgläser zeigte, dass sich in jedem Kristallsystem ein individuelles Gleichgewicht aus- bildete. Beide Instrumente lieferten also unterschiedliche Vorhersagen für das Wetter, was die Komplexität des Systems und die daraus resultierende mangelnde Reproduzierbarkeit unterstreicht.
— Chemie in unserer Zeit 2012, 46, 26-31.

Mangelnde Reproduzierbarkeit ist für ein Meßverfahren ein sicheres Todesurteil.

Eine tierische Alternative

Nicht minder kurios war der zum Sturmglas in direkter Konkurrenz stehende Gerät, der sogenannte Sturmvorhersager (Tempest prognosticator) oder alternativ auch Egelbarometer genannt. Hierbei machte man sich die Wetterfühligkeit von Blutegeln (ähnlich dem Wetterfrosch) zu nutze: In zwölf Glasbehältern saßen jeweils 1 Egel, der bei heranziehendem Sturm aus dem Wasser und in eine schmale Metallröhre hinein kriechen sollte. Dort löste er einen Mausefallen-artigen Mechanismus aus, der eine Glocke zum Läuten brachte. Je mehr Egel in einer Zeitspanne die Glocke auslösten, desto höher die Wahrscheinlichkeit eines heranziehenden Gewitters. Auch wenn sich dieser Apparat letztendlich nicht durchsetze, so soll seine Erfolgsquote wohl ganz beachtlich gewesen sein.

Nachbau des originalen Storm prognosticator (By Badobadop [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons)

Das abschließende Urteil muß daher also lauten: Das Sturmglas ist ein recht dekorativer, aber dennoch gänzlich nutzloser Apparat zur Wettervorhersage. Das Egelbarometer funktioniert zwar besser, kann aber letztendlich aufgrund ästhetischer Defizite auch nicht empfohlen werden.

Chemtrails – oder: Wer sprüht denn da ?

Neulich abends am Lagerfeuer an der Elbe, kam ich nicht umhin zu hören, wie eine Bekannte sich mit einem der anderen Anwesenden über das Phänomen „Chemtrails“ unterhielt. Dies nahm ich zum Anlass, mich heute einmal mit diesem Thema aus der Welt der Verschwörungstheorien anzunehmen.

Erstmals tauchte die Verschwörungstheorie Ende der 1990er auf, als Reaktion auf ein Forschungspapier in dem die US Airforce über Wettermanipulation spekulierte. Seitdem begegnet man diesem Phänomen mit großer Regelmäßigkeit in den Onlinemedien.

Unter Chemtrails¹ versteht man das angebliche heimliche Ausbringen von Chemikalien oder Mikroorganismen per Flugzeug getarnt als Kondensstreifen, zwecks Erfüllung finsterer Ansinnen wie schleichender Vergiftung der Bevölkerung bzw. Manipulation von Wetter und Weltklima.

Kondensstreifen hat jeder schon einmal am Himmel beobachtet: Ein Flugzeug fliegt vorrüber und hinterlässt streifenartige Wolken am Himmel. Die heißen ruß- und vor allem Wasserdampf haltigen Abgase des Fliegers treffen auf kalte Luft, wodurch der Wasserdampf zu Tröpfchen bis hin zu kleinen Eiskristallen kondensiert. Das Resultat ist besagter Wolkenstreifen.

Passiert dies in relativ trockener Luft, also dort wo die relative Luftfeuchte unter 100 % liegt, verdampft das Wasser relativ schnell wieder, also löst sich im wahrsten Sinne des Wortes in Luft auf. Die genaue Gestalt und das Auflösungsverhalten dieser Wolken ist dabei von vielen Faktoren wie Temperatur, lokaler Windgeschwindigkeit und relativer Luftfeuchte ab.

Ein paar Theorien

Soweit würde uns mancher Chemtrail-Beführworter auch zustimmen. Zwischen diesen herkömmlichen Kondensstreifen jedoch werden angeblich noch Chemikalien versprüht, so die Befürworter. Was die genaue Natur dieser Chemikalien und die Motivation hinter diesen Sprühmanövern angeht, ist man sich jedoch nicht einig. Hier ein paar Theorien:

Geoengineering: Unter diesem Begriff kann man solche Bemühungen zusammenfassen, die Klima und Wetter beeinflussen. Eine Theorie z.B. postuliert, dass durch großflächiges Ausbringen von Partikel eine Reflexion von Sonnenlicht bewirkt werden und so die Globalerwärmung bekämpft werden soll. Ebenfalls wird gerne das sogenannte Welsbach-Patent zitiert, in dem spezielle versprühte Partikel Wärmestrahlung absorbieren und in form von sichtbarem Licht wieder emittieren sollen. Ohne hier zu weit mit physikalischen Erklärungen auszuholen, sei nur soviel angemerkt, als das so grundlegende physikalische Gesetzmäßigkeiten wie der 2. Hauptsatz der Thermodynamik und das Plancksche Strahlungsgesetz ein solches Wirkprinzip sehr zweifelhaft erscheinen lassen.

Ebenfalls als gezielter Eingriff in die Umwelt kann eine gezielte Vergiftung des Bodens bzw. Veränderung des pH-Werts desselben gesehen werden. Normales Saatgut würde eingehen, während spezielles genetisch verändertes Saatgut weiter wachsen und somit Saatgutgroßkonzernen zu Milliardenverdiensten helfen würde. Während diese Theorie wissenschaftlich erstmal nicht völlig abwegig ist, darf sie aber auch angezweifelt werden, da auch andere Pflanzen angegriffen würden und letztendlich zum völligen ökologischen Kollaps führen würde. Womit sich die Saatgutkonzerne ins eigene Fleisch schneiden würden.
Reduktion von Überbevölkerung Schließlich gibt es Theorien zur gezielten Vergiftung der Bevölkerung. Wie dies genau geschehen könnte, da gibt es viele verschiedene teilweise recht exotische Theorien, die von simpler Vergiftung, bis hin zum Hervorrufen von Unfruchtbarkeit (Geburtenreduktion) reichen.
Ebenfalls beliebt: Psychopharmakologische Beeinflussung der Bevölkerung, um diese Gefügig zu machen. Oder, als Motiv der Reduktion von Überbevölkerung: Beeinflussung des Paarungsverhaltens der Bevölkerung, dass diese sich eher zum eigenen Geschlecht hingezogen fühlt. Eine Theorie die etwas an die hypothetische Sex Bomb oder Gay Bomb aus der US amerikanischen Forschung zum Thema nicht-tödliche Chemiewaffen erinnert.

Chemische Indizien & Probleme

Was genau wird denn da nun eigentlich versprüht ? Die Auswahl an möglicher Substanzen ist recht vielfältig: Barium- & Aluminiumverbindungen, Titan, radioaktives Thorium, Ethylendibromid (EDB), Polymerfasern, Aerosolimpfstoffe gegen Milzbrand & Masern (Impfgegner aufgepasst !) und und und… Insbesonders Barium ist ein Stichwort, dass immer wieder fällt.

Behaupten kann man ja viel. Daher ziehen immer mal wieder Befürworter der Theorie mit Meßequipment los, um die Ausbringung giftiger Substanzen nachzuweisen. So z.B. geschehen im Jahre 2007 durch den Amerikaner Bill Nichols. Experimenteller Aufbau: Zwei Glasschalen wurden ca. 1 Monat im Freien stehen gelassen, um Regen und andere vom Himmel herabfallende Emissionen aufzufangen. Diese Proben wurden sodann in Kooperation mit einem lokalen Radiosender zur Analyse geschickt. Die dabei entdeckten vermeintlich stark überhöhten Bariumwerte waren leider eine Fehlinterpretation des Analysenergebnisses auf Grund von inkorrekt durchgeführter Umrechnung von Maßeinheiten.

Zusätzlich gilt es zu Bedenken, dass eine einwandfreie Probennahme, so daß aussagekräftige Analysen erhalten werden, ein recht komplexes Unterfangen sein können. So gilt es z.B. zu Beachten, dass die Probe nicht durch kontaminierte Probengefäße eben mit dem gesuchten Stoff verunreinigt wird, so dass ein falsch-positives Ergebnis erhalten wird. Ein gutes Beispiel hierfür ist z.B. der Fall des Phantoms von Heilbronn, bei dem die Polizei aufgrund von kontaminierter Testbestecke für DNA Tests lange einem Phantom hinterher jagte.

Ebenso ist die Art und Weise, wie im genannten Beispiel Proben genommen wurde nicht ganz unproblematisch. So kann mit einer Probe, die 1 Monat mehr oder minder unbeaufsichtigt irgendwo rumsteht allerhand passieren.

Einen weiteren Faktor gibt es ebenso zu Bedenken: Geht man davon aus, dass die fraglichen Substanzen als Zusatz im Flugbenzin vorliegen, dann ergibt sich das Problem, dass diese a) in diesem löslich sein müssen und b) die Verbrennung des Treibstoffs unbeschadet überstehen müssen. Während a) für viele anorganische Salze der Metalle Barium und Aluminium ein Problem darstellt, ist Anforderung b) ebenfalls ein Problem, da bei den hohen Verbrennungstemperaturen organische Substanzen verbrennen und damit unschädlich werden und für viele reaktive anorganische Substanzen ebenso anzunehmen ist, dass sie in eine inaktive Form übergehen.

Bliebe also nur der Einsatz von speziellem Sprühequipment, was wieder ein Problem mit der Geheimhaltung nach sich zieht (siehe auch unten).

Schließlich gibt es immer mal wieder Bilder von Flugzeugen mit mysteriösen Tanks im Passagierraum oder vermeintlichen Sprühdüsen. Soweit ich dies jedoch aus den mir zur Verfügung stehenden Quellen beurteilen kann, handelt es sich bei dem Bildmaterial oft um aus dem eigentlichen Kontext gerissene Fotos bzw. teilweise sogar gezielt manipulierte Bilder.

Chemtrail-Tanks ? Nein, eher Versuch zur Gewichtsverteilung mit Wassertanks in Passagierflugzeug Prototyp

Logistische Probleme

Gut, nehmen wir mal an, es gibt ein funktionierendes Wirkprinzip, welches via Flugzeug ausgebracht werden könnte. Die entsprechende technische Umsetzung einer lückenlosen Versprühung ist problematisch, wie man anhand einer überschlagsmäßigen Abschätzung (inspiriert von psiram.com) sehen kann:

Geht man von der geringen Dosierung von 1 mg pro m² aus, dann kommt man auf einen Materialbedarf von 1 kg pro km². Geht man von einer Landfläche von 10,2 Mio. km² für Europa aus, benötigt man 10200 t Material. Legen wir einen Airbus A380² zu Grunde, der eine typische Nutzlast von 66 t hat, kann man sich vorstellen, dass man für eine einzelne flächendeckende Sprühung 155 Flüge bräuchte. Sind wir etwas großzügiger und nehmen ein Tankflugzeug A330 MRTT dann sind es immer noch 93 Flüge. In dem Falle wäre unser Flieger aber mit reinem Wirkstoff betankt. Sofern dieser nicht gleichzeitig ein gutes Flugbenzin ist, müßten wir ihn noch verdünnen, was die Anzahl der Flüge um 1 mg Wirkstoff auf den Quadratmeter zu bringen nochmal deutlich erhöhen würde. Schließlich müßten die Flüge auch regelmäßig durchgeführt werden, um einen Effekt von Partikeln in der Atmosphäre konstant aufrecht zu erhalten, da diese sich irgendwann Schwerkraftbedingt absetzen würden.

A330 MRTT Lufttanker

Die Ausbreitung gasförmiger Stoffe kann auch eine ganz eigene Dynamik entwickeln. Denn Wind und Wetter spielen auch eine Rolle. Regen wäscht den Wirkstoff aus der Luft und Wind pustet ihn sonst wo hin u.a. auch dort hin wo man ihn nicht haben will.

Geht es nur um das flächenhafte Leutevergiften, ist Trinkwasser sicher ein geeigneteres Medium.

Überhaupt gibt es sicher effektivere Methoden, wollte man die Bevölkerung reduzieren. Allein schon eine Reduktion von Alkohol- und Tabaksteuern, Aufhebung von Geschwindigkeitsbegrenzungen und ähnliche Maßnahmen würden schon einen entsprechenden Effekt auf die Bevölkerung haben und von dieser sogar teilweise noch begrüßt werden.

Die Luft vergiften ? Danke, machen wir selbst…

Heimlich & Co.

Sehen wir einmal davon ab, das viele dieser Theorien wissenschaftlich nicht haltbar sind, so ergibt sich noch ein ganz anderes offensichtliches Problem: Um ein solches weltweites Geheimunterfangen durchzuführen und vor allen Dingen geheim zu halten, bedarf es einer großen Zahl an Eingeweihter: Von den strategischen Planern, über die Firmen, die technische Ausrüstung und Chemikalien herstellen und liefern, weiter zu den Flugbesatzungen, welche die Flüge durchführen, bis hin zu denen, die alles am Ende vertuschen. Aber je größer die Anzahl der Mitwisser, desto schwieriger ist die Geheimhaltung. Ein Phänomen, das jedem, der schonmal eine Überraschungsparty organisieren musste, wohl bekannt sein sollte. Hierbei wäre noch nicht mal berücksichtigt, dass alle benötigten Teilnehmer mit diesem unmoralischen Projekt einverstanden sein müssten. Und selbst wenn nicht jeder eingeweiht wäre: Genügend Zeit vorausgesetzt, findet sich früher oder später immer jemand, dem etwas verdächtig vorkommt.

Inspiration durch reale Vorkommnisse

Einen Eingriff in das Wetter mittels Flugzeug ist aber nicht völlig ein Phantasieprodukt, denn es gibt Hagelflieger und Wolkenimpfen. Hierbei werden kleine Flieger gezielt Schlechtwetterfronten geflogen, um die Wolken gezielt zum Abregnen zu bringen. Hiermit soll zum Beispiel Schaden durch Hagelschlag bei Bevölkerung und Landwirtschaft verhindert werden. Man versucht dies zu Erreichen, indem Silberiodid gelöst in Aceton ausgebracht wird oder am Flieger Fackeln mit Schießpulver/Silberiodid gezündet werden. Hierbei entstehen kleine Impfkristalle, die zur Tropfenbildung und damit Abregnen der Wolke führen sollen.

Die Effektivität dieser Hagelflieger wird jedoch angezweifelt. So sollte der G8 Gipfel in St. Petersburg durch Animpfen von Wolken frei von Regen gehalten werden, wurde jedoch dennoch von ergiebigen Regenschauern heimgesucht.

Motivation der Befürworter

Stellt sich also die Frage: Warum glaubt man an diese doch recht windige Theorie ? Man muß kein großer Beobachter der Medien sein, um zu Bemerken, dass aktuell und in jüngerer Vergangenheit in gewissen Kreisen die Tendenz besteht kein Gutes Haar an der Regierung zu lassen, bzw. ein Wirken düsterer Mächte auf Seiten der Großindustrie zu vermuten.

In der Tat gibt es unter der Anhängerschaft der politischen Rechten viele Chemtrail-Gläubige, da die Theorie gut in ihr ideologisches Gedankengebäude wider der Regierung und/oder der Supermacht USA passt. So versuchte zum Beispiel 2010 ein Abgeordneter der NPD im Landtag von Mecklenburg-Vorpommern mit einer Anfrage an die Landesregierung eine mögliche Wettermanipulation über MeckPomm aufzuklären. Auch in Österreich, hier seitens der FPÖ, sind solche Anfragen nicht unbekannt. Selbst bei den allmontaglichen Vorkommnissen in Dresden schimpft man auf Chemtrails.

Fairerweise muss man jedoch auch sagen, dass auch aus dem Lager der CDU oder der Grünen Beiträge zum Thema Chemtrail kommen. Entsprechende Beiträge aus dem rechten Lager sind jedoch dennoch weitaus häufiger.

Fazit

Vielgestaltig sind die Theorien zum Thema Chemtrail und ebenso vielgestaltig ist die Motivation aus der heraus man das Thema befürwortet, ob politische Motivation oder ökologisch motiviertes Mißtrauen gegen die Großindustrie (für die in vielen Fällen, tatsächlich wissenschaftlich belastbare Beweise für diverse Missetaten gibt).

Die Vorgetragenen Argumente für Chemtrails halten jedoch einer näheren Überprüfung nicht stand. Generell sind Theorien, die auf sehr komplexen Annahmen beruhen mit Problemen behaftet. Deshalb möchte ich dem geneigten Leser das Prinzip von Ockhams Rasiermesser ans Herz legen:

Von mehreren möglichen Erklärungen für ein und denselben Sachverhalt ist die einfachste Theorie allen anderen vorzuziehen.
Eine Theorie ist einfach, wenn sie möglichst wenige Variablen und Hypothesen enthält und wenn diese in klaren logischen Beziehungen zueinander stehen, aus denen der zu erklärende Sachverhalt logisch folgt.

Oder wie mein Mathelehrer es formulierte: Die einfachen Erklärungen sind oft die besten, die genialen sind meistens falsch.

Kofferwort aus Chemicals (Chemikalien) und Contrails (Kondensstreifen). ↩
stellvertretend für ein großes Flugzeug ↩

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