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Auf der Suche nach dem Versteck:Wo seid ihr, ihr Neutrinos, Knochen, Diamantenschätze?

Wissenschaftler fahnden an unglaublichen Orten nach neuen Erkenntnissen und verborgenen Geschichten. Aber wie genau machen sie das eigentlich?

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Löcher am Südpol

IceCube

Quelle: Katharina Bitzl

Wie findet man die am schwersten zu findenden Elementarteilchen des Universums? Darauf haben Physiker eine überraschende Antwort: Man bohrt 86 Löcher ins Eis der Antarktis, jedes 2500 Meter tief. In diese Löcher versenkt man tausende lichtempfindliche Module. Und dann heißt es Warten.

Irgendwann kommt es in den Weiten des Kosmos zu einem heftigen Ereignis, zum Beispiel wenn ein alter Stern explodiert als Supernova explodiert. Dabei werden riesige Mengen der so schwer zu findenden Elementarteilchen ins All geschleudert, sogenannte Neutrinos. Diese Neutrinos reisen dann quer durch das Universum und reagieren höchst selten mit normaler Materie. Milliarden von ihnen schießen in dieser Sekunde ungehindert durch diese Zeitungsseite, durch unsere Körper, und dann weiter, durch den gesamten Erdball. Sie nehmen Materie kaum als Hindernis wahr. Sie tragen keine elektrische Ladung und haben fast keine Masse. Nur ganz selten prallt ein Neutrino doch auf ein Atom und löst eine Reaktion aus. Dabei kann es zu einem winzigen Lichtblitz kommen.

Diese Lichtblitze soll die gewaltige Detektoranlage im ewigen Eis der Antarktis aufspüren. Die Elementarteilchenjäger nutzen den massiven Eispanzer auf dem Südkontinent sozusagen als Prellbock für Neutrinos. Und da das Eis durchsichtig ist, können die optischen Module die Blitze auffangen, die ein Neutrino auslöst, wenn es eben doch auf ein Molekül des Eises trifft. Zu Gute kommt den Forschern dabei auch, dass die Eisschicht die übrige, für das Experiment störende Strahlung aus dem Weltraum abschirmt. Icecube, englisch für Eiswürfel, haben die Physiker ihre Anlage genannt, weil die insgesamt mehr als 5000 Blitzgeräte unter dem Eis so angeordnet sind, dass ein sechseckiges, rund einen Kubikkilometer großes Stück des antarktischen Eises unter Beobachtung steht. Mehr als eine Milliarde Tonne gefrorene H₂O-Moleküle.

Der Icecube-Detektor, von dem an der Oberfläche nur eine vergleichsweise kleine Station für die Wissenschaftler zu sehen ist, befindet sich in unmittelbarer Nachbarschaft der Scott-Amundsen-Forschungsstation, welche die USA dort betreiben. Die Löcher, in denen die lichtempfindlichen Sensoren versenkt wurden, haben die Physiker übrigens auf denkbar einfache Weise gebohrt: Mit heißem Wasser. Jedes der Löcher wurde sozusagen in das Eis geschmolzen.

Patrick Illinger

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Versteckkünstler

Ausgestorbene Tiere

Quelle: Katharina Bitzl

Es gibt immer einen, der nicht aufgibt. Im Fall des tasmanischen Tigers heißt der Mann Bill Laurance. Der Ökologe von der James Cook University im australischen Queensland wird sich im Norden des Kontinents mit 50 modernen Kamerafallen auf die Suche begeben - nach einem Tier, das, falls es wirklich noch existiert, wohl einer der größten Versteckkünstler der Erdgeschichte wäre.

In der Wildnis war das Beuteltier zuletzt vor 100 Jahren auf Tasmanien gesichtet worden, ganz im Süden Australiens. Das letzte gefangene Exemplar starb 1936 in einem Zoo. Seither hat es zwar unzählige Berichte über Begegnungen gegeben. In keinem Fall ließ sich jedoch schlüssig belegen, dass es sich bei den beobachteten Tieren tatsächlich um tasmanische Tiger gehandelt hatte.

Die bislang größte Suchaktionen fand zwischen 1967 und 1973 an der tasmanischen Westküste statt, schon damals wurden Kameras aufgestellt, doch ohne Erfolg. Und selbst im Kino wurde das gestreifte Wesen gesucht. "The Hunter" erzählt von der Idee, den tasmanischen Tiger, fände man denn einen, zu klonen. Diese Wiederauferstehung fällt im Film jedoch aus: Am Ende erschießt der Jäger den letzten Tiger, nach dem er so lange gefahndet hat - und verbrennt ihn. Auf dass ihn wirklich keiner mehr finden kann.

In der Realität lebt der Mythos aber weiter. Es gibt neue Berichte über Sichtungen, dieses Mal will man den tasmanischen Tiger am nördlichen Zipfel Australiens entdeckt haben. Falls das stimmt, hätte das elegante Tier für ein ziemlich gutes Versteck mehr als 3000 Kilometer zurückgelegt. Zumindest Bill Laurance glaubt wohl dran.

Kathrin Zinkant

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Vergessene Städte

Flugzeug

Quelle: Katharina Bitzl

Man meint ja immer, die Welt sei schon lange bis in den letzten Winkel vermessen und kartografiert, nur stimmt das nicht. Erst zu Beginn des Jahres gelang es einem internationalen Forscherteam im Dschungel von Guatemala etwa 60 000 bis dahin unbekannte Maya-Ruinen aufzustöbern. Sie waren versteckt unter dem Blätterdach des Regenwaldes.

Man darf sich den Fundort allerdings nicht vorstellen wie einen akkurat gepflegten deutschen Nadelwald, sondern mehr wie einen Schneesturm aus Gestrüpp und Ästen, in dem man keine paar Meter weit sehen kann. Auch von oben, mit Blick aus dem Flugzeugfensterchen, war und ist dort nicht viel zu erkennen; der Wald sieht aus der Luft betrachtet aus wie ein stilles, grünes Meer. Und so ruhten die Maya-Ruinen jahrhundertelang im Dschungel. Doch ist der Mensch ist nicht Mensch, wenn ihm nicht etwas einfallen würde, in diesem Fall heißt seine Erfindung: Lidar, "light detection and ranging". Archäologen schicken seit ein paar Jahren aus Flugzeugen harmlose Laserstrahlen zu Boden.

Diese werden von Steinen, Sträuchern oder Gebäuden reflektiert und rasen wieder zurück zur Maschine. Aus der Zeit, die die Lichtstrahlen für ihre Reise brauchen, und der exakten Position des Flugzeugs gelingt es, ein akkurates Computermodell der Oberfläche zu erstellen. Bäume und Sträucher lassen sich aus den Daten bei Bedarf herausrechnen, übrig bleibt ein 3-D-Bild, auf dem Hügel, Häuser und Hindernisse zu erkennen sind. Mit der Technik ist es möglich, durch den Wald hindurchzuschauen, ohne ihn zu zerstören. Was einfach klingt, ist dennoch aufwendig und teuer. Denn das Flugzeug muss das zu untersuchende Gebiet in Streifen abfliegen; das kostet viel Sprit und Zeit, man denke nur an die Weite des schier unendlichen Regenwalds.

Dennoch: Das Verfahren hat die Archäologie revolutioniert. Während früher Abenteurer und Wissenschaftler, oft waren sie beides, über Jahre am Boden nach den Spuren alter Kulturen suchten, und dabei immer wieder an den Hindernissen der Natur scheiterten, ist es mit Lidar nun möglich, riesige versteckte Areale zu untersuchen. Im aktuellen Fall der versunkenen Maya-Stätten überflogen die Forscher allerdings nur eine vergleichsweise winzige Fläche 2100 Quadratkilometern, das entspricht etwa sieben Mal der Fläche Münchens. Will sagen: Der Regenwald ist noch ein kleines bisschen größer, und wer weiß, was er noch versteckt hält.

Felix Hütten

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Ein neunter Planet

Neunter Planet

Quelle: Katharina Bitzl

Die Suche dauert nun schon zwei Jahre, und kurz gesagt: Es wird eng für Planet Nummer 9. Sofern es diesen Himmelskörper tatsächlich gibt, versteckt er sich äußerst geschickt. Zur Erinnerung: Planet 9 ist ein Objekt, von dem Astronomen bislang nur vermuten, dass es ihn gibt und dass man ihn zu den Planeten unseres Sonnensystems zählen sollte - anders als den Ex-Planeten Pluto, dem vor einigen Jahren der Planetenstatus aberkannt wurde, weil dieser zu klein ist und es zu viele ähnliche Objekte gibt in den eisigen Außenbezirken des Sonnensystems.

Die Spekulation um den ominösen neunten Planeten ist fundiert. Astronomen des renommierten California Institute of Technology haben die Bahnen mehrer kleinerer Objekte am Rande des Sonnensystems, im sogenannten Kuiper-Gürtel, vermessen und ein bizarres Ungleichgewicht entdeckt. Zu viele der dort vorhandenen Zwergplaneten schwingen auf ihren elliptischen Bahnen in die gleiche Richtung. Diese Unwucht ließe sich mit einem starken Gegengewicht erklären, einem massiven Himmelskörper, dessen Bahn in die andere Richtung ausschert.

Zehn Mal so schwer wie die Erde wäre dieser Körper und 20-mal so weit von der Sonne entfernt wie der Neptun. Kann man ein derart entferntes Objekt überhaupt mit Teleskopen sehen? Das hängt davon ab, ob Planet 9 auf seiner elliptischen Bahn an einem sonnennahen Punkt unterwegs ist, oder auf einem der äußeren Bahnpunkte. Falls letzteres der Fall ist, brauchen Astronomen viel Geduld. Denn ein Bahnumlauf von Planet 9 dauert vermutlich 20 000 Jahre.

Patrick Illinger

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Milliarden am Meeresgrund

U Boot

Quelle: Katharina Bitzl

Na klar, die Suche nach Schiffen, gluckernd hinabgestrudelt in die Dunkelheit der Weltmeere, war immer schon ein großes Abenteuer, denn wer weiß denn schon, ob in der Bordkombüse noch die Leiche des Kochs klemmt - oder doch der Diamantenschatz? Das Handelsschiff "Flor de la Mar" zum Beispiel, im Jahre 1511 irgendwo vor Sumatra gesunken, soll bis heute eine Ladung versteckt halten, die angeblich Milliarden wert ist. Doch niemand findet das Wrack. Immerhin sollen in den Weltmeeren Schätze im Wert von 30 Milliarden Euro schlummern, genug Motivation also für weitere Expeditionen in die Tiefe.

Doch trotz moderner Technik und viel Willem, das Wasser behält viele Geheimnisse für sich. Das ist aus zwei Gründen ein Problem: Erstens lagern in etwa 8500 Großschiffwracks Treibstoffreste, die jederzeit eine Umweltkatastrophe auslösen könnten. Und zweitens sind viele Geschichten der geschätzt drei Millionen Wracks im Meer für immer untergegangen; dorthin, wo viel Leben ist, nur für den Menschen keins. Wie viele Menschen in den Wracks gestorben sind, das weiß niemand.

Und auch in der Gegenwart gibt das Meer Rumpf und Mensch und das Wissen um ihr Schicksal nicht wieder her, trotz Tauchrobotern, Strömungsmodellen und Satellitenbildern bleiben manche Antworten wohl für immer da unten. Zum Beispiel: Was ist passiert mit jenen 239 Menschen an Bord des Flugs MH370, verschollen seit März 2014? Bis heute ist nicht geklärt, wo das Wrack der Boeing 777 aufgeschlagen ist, wo die Menschen ihre letzte Ruhe gefunden haben, dort, wo es schwarz ist, ganz tief im Ozean.

Felix Hütten

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Was Menschen schön macht

Schönheit

Quelle: Katharina Bitzl

Erbanlagen für Schönheit in der menschlichen DNA aufzuspüren, ist aus vielen Gründen ziemlich schwierig. Das fängt schon damit an, dass niemand genau, und für alle Menschen gleichsam gültig sagen könnte, was schön ist. Immerhin scheint es einen gemeinsamen Nenner zu geben: Alle Kulturkreise können sich auf Symmetrie einigen. Ein ebenmäßiges Gesicht gefällt fast überall auf der Welt mehr als Ungleichheiten zwischen den Gesichtshälften.

Das wäre also ein Ansatzpunkt für die Suche nach dem Schönheitsgen, doch selbst dieses scheinbar einfache Merkmal ist noch immer viel zu komplex. Nicht ein Gen bestimmt darüber, dass die rechte der linken Körperhälfte gleicht wie ein Spiegelbild, sondern eine Vielzahl von Erbanlagen. Um also die Suche nach einem Gen zu veranschaulichen, muss es noch ein bisschen einfacher sein: Die Augenfarbe zum Beispiel. Und selbst das ist noch schwierig genug, denn mindestens drei Gene sind an der Mischung der Augenfarbe beteiligt.

Der inzwischen üblichste Weg, um jenes Gen zu finden, das die biologischen Instruktionen für jenes Merkmal transportiert, für das sich ein Forscher gerade interessiert, wäre der Vergleich. Als Korrelationsstudien bezeichnen Genetiker solche Gegenüberstellungen von Erbanlagen. Um beim Beispiel Augenfarbe zu bleiben, würden die Forscher die Gene von ein paar hundert oder besser noch tausend blauäugigen Menschen mit jenen von braunäugigen vergleichen. Sie würden so unüberschaubar viele Unterschiede in den DNA-Bausteinen aller Versuchsteilnehmer finden und dann mit statistischen Methoden nach jenen suchen müssen, die mit der größten Wahrscheinlichkeit für die Augenfarbe verantwortlich sind. Das wäre dann das Kandidatengen.

Dieses Vorgehen klappt besonders gut, wenn man sich halbwegs sicher sein kann, dass die Vergleichsgruppen sich nur in dem einen gesuchten Merkmal unterscheiden, bei Krankheiten etwa. Blaue Augen gehen oft mit hellen Haaren einher und braune Augen mit dunklen Haaren. Da ist es schon schwieriger, zu entscheiden, ob die Unterschiede im Erbgut nun wirklich von der Augenfarbe rühren. Hier kann die Gentechnik helfen. Die Forscher schalten das dem Kandidatengen ähnlichste Gen in einem Versuchstier aus ("Knockout"), und schauen, was passiert. Hat sich die Augenfarbe bei der Knockout-Maus verändert? Dann hat man den Bauplan für diesen Phänotypen gefunden.

Hanno Charisius

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Die Knochenjäger

Höhle

Quelle: Katharina Bitzl

Es gibt wesentlich mehr Paläoanthropologen als wichtige Funde. Neue Ausgrabungsstätten für die oft mehrere Millionen Jahre alten Knochen zu finden, ist extrem schwierig. Nicht selten hilft der Zufall, wie in Jebel Irhoud, einem Felsmassiv rund 100 Kilometer westlich von Marrakesch. Dort brachen 1961 Minenarbeiter zu einer Karsthöhle durch, in der sich ein gut erhaltener menschlicher Schädel fand. Erst 2004 begann unter dem Leipziger Anthropologen Jean-Jacques Hublin eine systematische Untersuchung. Er entdeckte die mit einem Alter von bis zu 300 000 Jahren bislang ältesten Vertreter des Homo sapiens.

Vor allem in Afrika, das als Ursprungskontinent der Menschheit gilt, gibt es zwei Hotspots für die Suche, hinter beiden stecken geologische Besonderheiten. Im Süden liegen 50 Kilometer nordwestlich von Johannesburg in Millionen Jahre altem Gestein auf einer Fläche von 250 Quadratkilometern hunderte Karsthöhlen, dort wurden mehr als ein Drittel aller wichtigen Vormenschen entdeckt. Das zweite Fund-Eldorado liegt in der Region des Ostafrikanischen Grabenbruchs im sogenannten Afar-Dreieck in Äthiopien.

Die Erosion des Hochlandes lagerte dort seit Millionen Jahren Sedimente ab, in ihnen finden sich Überreste von Pflanzen, Tieren und Menschen, die nun etwa an den Ufern des Flusses Awash zum Vorschein kommen. Die Gegend ist geologisch sehr aktiv, das Gebiet hat sich immer wieder gehoben und gesenkt - und so auch uralte Gesteinsschichten ans Licht gebracht. Geologisch interessante Formationen müssen die Forsche dann gezielt absuchen. Der berühmteste Fund hier ist Lucy, die 1974 entdeckt wurde.

Immer wieder hilft der Zufall, auch in Südafrika, wo im Jahr 2008 Matthew, der damals 9-jährige Sohn des berühmten Paläoanthropologen Lee Berger, seinem Hund hinterher rannte, dabei über einen Baumstamm stolperte und so den Zugang zur Malapa-Höhle fand, sie war voller Fossilien. Diese zu bergen, war kein Kinderspiel. Dies zeigt auch Lee Bergers jüngster Erfolg, als seine Mitarbeiter systematisch eine Reihe von Karsthöhlen erkundeten und in der Rising-Star-Höhle auf eine neue Art der Gattung Mensch stießen, den Homo naledi. Die meisten der gut 1500 Knochen lagen in einem Teil der Höhle, der nur über einen extrem schmalen Schacht zugänglich war. Berger suchte deshalb für sein Team gezielt zierliche Ausgräberinnen mit schmalen Hüften, die durch den Engpass passten.

 Hubert Filser

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Blick in den Mikrokosmos

Nano

Quelle: Katharina Bitzl

Als der Delfter Tuchmacher Antoni van Leeuwenhoek 1675 mithilfe seines selbstgebauten Mikroskops einen Tropfen Regenwasser untersuchte, eröffnete sich ihm eine zuvor vollkommen unbekannte Welt. Kleinstlebewesen und Bakterien wimmelten vor seinen Linsen. Er nannte sie "Animalcule" - kleine Tiere. Zeitgenossen hielten ihn zunächst für verrückt.

Dies war der erste Blick in eine Welt, die dem ungerüsteten menschlichen Auge verborgen bleibt. Seither sind die Mikroskope immer raffinierter geworden und ihr Auflösungsvermögen immer besser. Bis ins 20. Jahrhundert galt es als unmöglich, Mikroskope zu bauen, die Dinge kleiner als 0,2 Mikrometer zeigen können, das entspricht 0,0002 Millimetern. Das hängt mit der Wellenlänge des notwendigen Lichts zusammen. Eine höhere Auflösung erlauben erst seit den 1930er Jahren Elektronenmikroskope, die keine Lichtstrahlen nutzen, sondern die Untersuchungsgegenstände mit Elektronen abtasten oder durchleuchten.

Inzwischen können sogenannte Transmissionselektronenmikroskope atomare Strukturen abbilden, die gerade einmal 50 Pikometer groß sind (0,00000005 Millimeter). Das entspricht grob dem Durchmesser eines Heliumatoms. Es wird also schwierig, noch etwas im Nanokosmos zu verstecken, was man mit heutigen Mitteln nicht doch aufspüren könnte.

Einige Mikroskope können nicht nur nanometergroße Strukturen abbilden, sondern sogar die Materie in dieser Größenordnung formen und verändern, Biomoleküle wie die DNA oder Proteine zerreißen zum Beispiel. Oder Löcher in Siliziumoberflächen stanzen.

 Hanno Charisius

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Alles, was glänzt

Bergkristall

Quelle: Katharina Bitzl

Die Nadel im Heuhaufen zu finden ist ein Kinderspiel im Vergleich zu dem, was sogenannte Strahler machen. Strahler - so werden die Kristallsucher genannt, die in den Bergen nach schimmernden Gesteinen Ausschau halten. Thilo Arlt ist studierter Chemiker und sucht seit mehr als 30 Jahren in seiner Freizeit nach den versteckten Schätzen. Rund 500 Kilogramm Kristalle hat er schon gefunden, zuhause bewahrt er sie in zwei Zimmern auf. Aus Zeitschriften erfährt Arlt, an welchen Stellen er in den Bergen suchen muss.

Besonders vielversprechend seien da die Orte, an denen schon mal etwas gefunden wurde. Wenn Arlt und seine Kollegen sich zu einer Strahlertour aufmachen, suchen sie nach Rissen in den Bergen, hinter denen die Mineralien im Laufe der Jahrtausende entstanden sind. Haben Sie eine Gruppe von mehreren Kristallen - eine sogenannte Stufe - gefunden, geht es mit Hammer und Meißel ans Werk. Vorsichtig trennen die Strahler die Stufe aus dem umliegenden Gestein heraus, stets darauf bedacht, die Mineralien nicht zu beschädigen. Anfängern rät Arlt, sich einer Gruppe anzuschließen, um sich das Handwerk beibringen zu lassen.

Weiße Quarzbänder am Gestein können ein Hinweis darauf sein, dass sich in der Umgebung Kristalle befinden. Wenn jemand zu Beginn mal nichts findet, sollte man sich nicht entmutigen lassen, bekräftigt Arlt. Bei ihm selbst sei im Schnitt jede zehnte Strahlertour erfolgreich. Der Profi hat noch einen weiteren Tipp parat: Je weiter weg man sich vom Parkplatz entfernt, desto weniger Leute haben dort gesucht und desto wahrscheinlicher findet man einen Kristall.

In Natur und Gesellschaft geht es beim Verstecken und Suchen manchmal um Leben und Tod. Ist es in heutigen Zeiten überhaupt noch möglich unterzutauchen? Lesen Sie mehr dazu mit SZ Plus.

Jing Wu

© SZ vom 31.03.2018

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