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Biophysik
Künstliche Zellen
Sie sehen aus wie Schmuckstücke aus einer Glasbläserei: synthetische Zellen, im Computer simuliert und künstlerisch dargestellt. Sie dienen als Modellsystem für biologische Zellen, die unterschiedlichste Formen annehmen können, wenn sie sich fortbewegen oder Nährstoffe aufnehmen. Forschende aus Jülich und Zürich haben an dem Modell untersucht, wie physikalische Kräfte zu der natürlichen Vielfalt von Zellformen und Zellbewegungen führen – die Jülicher mit Simulationen, die Züricher im Labor. Die Erkenntnisse sollen helfen, künftig synthetische Zellen als Miniaturfabriken oder Mikroroboter einzusetzen.
– Institut für Biologische Informationsprozesse –
Eine Videosimulation der Forscher zeigt die Umwandlung einer zunächst nahezu kugelrunden Zelle in eine sternförmige Zelle. Ähnliche Sternformen besitzen zum Beispiel bestimmte Nervenzellen im Gehirn, die Astrozyten. Lebenswissenschaften
Eine Frage der Form
Rote Blutkörperchen in unserem Körper transportieren Sauerstoff in das Gewebe. Sie sind mit dem Protein Hämoglobin gefüllt, das Sauerstoff bindet und wieder freisetzt. Forschende aus Australien, Schweden und Jülich haben mit Neutronenstreu-Experimenten herausgefunden: Die Form der Blutkörperchen beeinflusst die Eigenschaften des Hämoglobins, etwa die Beweglichkeit in der Zelle, die wichtig für den effizienten Sauerstoffaustausch ist.
– Jülich Centre for Neutron Science –
Lebenswissenschaften
Stickstoff-Speicher
Ein internationales Forscherteam unter Jülicher Leitung hat herausgefunden, dass Mikroalgen lebensnotwendigen Stickstoff in Form winziger Kristalle speichern, als Guanin. Von dieser Reserve können sie dann in „schlechten Zeiten“ zehren. Zugleich beugt diese spezielle Speicherform einem schädlichen Stickstoff-Überschuss im Organismus vor. Das Stickstoff-Gleichgewicht der Mikroalgen ist unter anderem wesentlich dafür, dass das Phytoplankton enorme Mengen CO2 aus der Atmosphäre entfernen kann. Mindestens die Hälfte des CO2, das weltweit durch Photosynthese aufgenommen wird, geht auf das Konto dieser winzigen Pflanzen.
– Institut für Bio- und Geowissenschaften –
Lasermikroskopische Aufnahme von kristallinem Guanin (blau) in einer Alge der Gattung Symbiodinium NACHGEFRAGT
Mit Daten Blackout vermeiden
Am 8. Januar 2021 stand Mitteleuropa kurz vor einem großflächigen Stromausfall. Leonardo Rydin Gorjão vom Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-STE) analysiert Daten, die helfen sollen, solche Situationen zu verhindern.
Sie haben eine Datenbank mit weltweiten Frequenzmessungen in Stromnetzen mit aufgebaut. Was bringt diese?
Im Stromnetz kommt es dauernd zu kleinen Frequenzabweichungen. Diese können wir dank unserer Datenbank analysieren. So lassen sich Risiken identifizieren und Regelungsmechanismen verbessern, um zu große Frequenzstörungen und somit einen Blackout zu verhindern.
Eine erste Analyse der Daten liegt vor. Was zeigt sie?
Frequenzstörungen im selben Netz an weit auseinanderliegenden Orten wie Istanbul, Karlsruhe und Lissabon beeinflussen sich gegenseitig. Wir haben festgestellt, wie schnell diese Störungen abklingen. Außerdem zeigt die Analyse, dass es vor allem in Kleinst- und Inselnetzen zu bedrohlichen Schwankungen kommen kann.
Warum ist es wichtig, dass Ihre Daten öffentlich zugänglich sind?
Besonders in gesellschaftlich bedeutsamen Forschungsgebieten ist es wichtig, dass alle Forschenden Daten vergleichen und überprüfen können. Offene Daten erleichtern zudem die Zusammenarbeit über Fächer- und Ländergrenzen hinweg.
Die Fragen stellte Frank Frick.
Leonardo Rydin Gorjão vom Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-STE) 
0Tonnen
Biomasse könnten pro Jahr potenziell im Rheinischen Revier zu höherwertigen Produkten weiterverarbeitet werden. Diese Umwandlung von Biomüll, Grünabfällen oder Resten aus der Lebensmittelwirtschaft könnte ein wichtiger Standortvorteil für die Region zwischen Aachen und Köln werden, so das Ergebnis einer Studie der Prognos AG im Auftrag der Initiative BioökonomieREVIER, die vom Forschungszentrum Jülich koordiniert wird.
– Initiative BioökonomieREVIER Rheinland/Institut für Bio- und Geowissenschaften –
53.900
Erwerbstätige1
2.75 Mrd €
Bruttowertschöpfung1
0,6
weitere Arbeitsplätze
schafft ein Arbeitsplatz in der Land- & Ernährungswissenschaft1
1,17 Mio t
Biomassepotenzial2
1 Prognos AG, 2020: aus Landwirtschaft und Herstellunf von Nahrungsmitteln, Getränken in 2016, Datengrundlagen: Destatis 2019, Bundesagentur für Arbeit 2019
2 Prognos AG, 2020: Datengrundlagen: LANUV 2020, Landwirtschaftskammer NRW 2017, Hochschule Bremen, Institut für Umwelt- und Biotechnik 2012
Transfer beschleunigen
Die Sieger des Ideenwettbewerbs Clusters4Future gelten als neue Flaggschiffe der nationalen Hightech-Strategie 2025. An zwei der sieben ausgewählten Zukunftscluster ist das Forschungszentrum Jülich beteiligt: Bei dem einen dreht sich alles um den Energieträger Wasserstoff, bei dem anderen Cluster namens Neurosys geht es um biologisch inspirierte Chips für die künstliche Intelligenz. Die regionalen Netzwerke sollen dafür sorgen, dass Innovationen schneller im Alltag ankommen.
– Institut für Energie- und Klimaforschung/Peter Grünberg Institut –
Sicherheitsforschung
Referenz für die Nukleardetektive
Die Internationale Atomenergie-Organisation IAEO soll sicherstellen, dass Staaten nicht heimlich nukleares Material für Atomwaffen abzweigen. Proben, die Inspektoren in kerntechnischen Anlagen vor Ort nehmen, untersucht die IAEO mithilfe eines weltweiten Labor-Netzwerks (Network of Analytical Laboratories, NWAL). Neues Mitglied in dem Netzwerk ist das Jülicher Institut für Energie- und Klimaforschung (IEK-6). Es liefert als einziges der beteiligten Labore Uranoxid-Referenzpartikel, mit denen die Qualität der NWAL-Analysen von Wischproben überprüft wird.
– Institut für Energie- und Klimaforschung –
Dr. Philip Kegler (l.) und Dr. Stefan Neumeier Physik
Effekt mit trügerischem Fingerabdruck
Der Kondo-Effekt beeinflusst den elektrischen Widerstand von Metallen bei tiefen Temperaturen. Er ist für neuartige Konzepte zur Datenverarbeitung bedeutsam, etwa mittels Quantenpunkten. Nach der bisherigen Theorie lässt sich der Effekt mithilfe eines Rastertunnelmikroskops zweifelsfrei nachweisen (Abbildung zeigt eine schematische Darstellung), weil er einen charakteristischen spektroskopischen Fingerabdruck erzeugt. Nun aber konnten Jülicher Forschende zeigen: Womöglich geht dieses „Erkennungsmerkmal“ auf ein anderes Phänomen zurück. Ihr Fazit: Viele Erkenntnisse zum Kondo-Effekt müssen noch einmal neu untersucht werden.
– Peter Grünberg Institut –
Bilder: Forschungszentrum Jülich, Forschungszentrum Jülich und ETH Zürich, j.chizhe/shutterstock.com, Anya Salih, University of Western Sydney, Video: Forschungszentrum Jülich