Spektrum der Wissenschaft 2011 10.pdf

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ENERGIEVERSORGUNG

CYBERANGRIFF

AUF STROMNETZE

Wie sicher ist un-

sere Infrastruktur?

OKTOBER 2011

STRINGTHEORIE

Exotische Zahlen

erklären Welträtsel

KLIMA

Lehren aus der letzten

Erderwärmung

EVOLUTION

Das erste

Mal Sex

Netzwerk Gehirn

Die Komplexitäts theorie hilft

unserem Geist auf die Spur zu kommen

unserem Geist auf die Spur zu kommen

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Editorial

Carsten Könneker

Chefredakteur

koenneker@spektrum.com

Autoren in diesem Heft

Hirn mit Berechnung

N eulich saß ich mit dem Rektor einer großen deutschen Universität beisammen. Seit vie-

der Paläontologe John A. Long

ist experte für fischevolution. im

australischen Busch entdeckte

er sensationelle fossilien. sie

verlegen die erindung von Ge-

schlechtsakt und Lebendgeburt

vor – zu den ausgestorbenen

Panzerischen, von denen auch

wir abstammen (ab s. 30).

len Jahren ist er Abonnent von »Spektrum der Wissenschaft«; auch hat er bereits für

unser Magazin geschrieben. Im Lauf des Gesprächs stellte er mir die Frage, warum wir über-

durchschnittlich oft astrophysikalische und neurowissenschaftliche Artikel im Angebot

hätten. Ich entgegnete, dass Themen wie Schwarze Löcher, Paralleluniversen oder eben Hirn-

forschung ihm vermutlich vor allem deshalb ins Auge springen, weil wir sie besonders häuig

zu Titelthemen erheben. Der Grund dafür ist natürlich, dass entsprechend aufgemachte

Hefte erfolgreicher am Kiosk sind. Haben wir also zu häuig Astro- und Neurothemen im

Heft – oder präsentieren wir sie nur sehr oft prominent auf dem Cover?

Auch das neue Titelthema ist eine Hirngeschichte. Schon vor zwei Jahren berichtete der

Wissenschaftsjournalist Carl Zimmer in »Spektrum« über die Erforschung höherer kogniti-

ver Fähigkeiten. Konkret ging es um die erheblichen Schwierigkeiten, spezielle Gene für Intel-

ligenz festzumachen. Offenbar sind unsere geistigen Leistungen auf ein unerwartet komple-

xes Wechselspiel aus Erbanlagen und Umwelteinlüssen zurückzuführen (»Das Versteckspiel

der Intelligenz«, Heft 7/2009, S. 74). Das Thema hat Zimmer seither nicht losgelassen. Nach-

dem er zwei weitere Jahre recherchiert hat, präsentiert er nun eine Zusammenschau neuer

Studien zu der Frage, wieso Netzwerke von Milliarden Neuronen den menschlichen Geist

hervorbringen können – während eine einzelne Nervenzelle lediglich ein sehr überschauba-

res Reiz-Reaktions-Verhalten zeigt. Mathematiker wie Daniel N. Rockmore und Scott D. Pauls

vom Dartmouth College in New Hampshire versuchen derzeit, dieses Rätsel mit Methoden

zu lösen, die sich bei der Analyse anderer komplexer Systeme bis zu einem gewissen Grad be-

währt haben – Aktienmärkten etwa. In beiden Fälle ist das Einzelelement – hier das feuernde

Neuron, dort der handelnde Aktienhändler – in all seinem Tun in ein riesiges komplexes

Netzwerk eingebunden. Es steht mit kleinen Ausschnitten desselben in Kontakt und übt Ein-

luss aus, mit den meisten Teilen ist es jedoch nicht direkt verbunden. Wer die dynamische

Architektur eines solchen Netzwerkes versteht, hat gute Chancen, die emergierenden Phäno-

mene wie Intelligenz einerseits und Kursentwicklungen andererseits zu begreifen, so der For-

schungsansatz von Rockmore und Pauls.

der Geowissenschaftler Lee R.

Kump von der Pennsylvania

state university ahnt, was der

Klimawandel bringen wird –

denn er kennt die folgen der

drastischen erderwärmung vor

56 millionen Jahren (ab s. 76).

Wie steht es um die Themenvielfalt in »Spektrum«? Teilen Sie den Eindruck, dass wir man-

chen Themen – etwa aus dem Bereich der Neurowissenschaften – zu häuig Vorrang einräu-

men? Finden Sie Beiträge in unseren Heften, die Sie persönlich besonders interessieren? Wir

freuen uns über Ihr Feedback!

für den Computeringenieur

und sicherheitsberater David M.

Nicol ist ein Cyberangriff auf

unser stromnetz eine realistische

Bedrohung. Wie sich Betreiber

davor schützen können, erklärt er

ab s. 82.

Herzlich Ihr

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SPEKTRUM DER WISSENSCHAFT · OKTObER 2011

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inhalt

76 Treibhausvor

Jahrmillionen

82 SchutzderStromversorgung

44 WarumgibtessowenigGalaxien?

62 EsskulturundGene

biologie & medizin

Physik & astronomie

mensch & kultur

TITELTHEMA

22Das vernetzte Gehirn

Carl Zimmer

DasGeheimisderLeistungsfähig

keitunseresDenkorganssteckt

imhochkomplexenVerknüpfungs

musterderHirnzellen

44Die fehlenden Galaxien

James E. Geach

Astronomensuchennichtnur

nachDunklerMaterie.DieZählung

vonGalaxienergibt,dasssie

offenbarauchdengrößtenTeilder

normalenMaterieübersehen

62 Evolution und Esskultur

Olli Arjamaa, Timo Vuorisalo

SeitderMenschwerdungentwi

ckeltensichErnährungsge

wohnheiteninKoevolutionvon

genetischenundkulturellen

Anpassungen

r

30 Die Pioniere des Sex

John A. Long

DieKopulationerfandenvor

375MillionenJahrenschondie

längstausgestorbenenPanzer

ische.IhrErbeprägtunsbisheute

r

Schlichting!

52Aufgewühlte See

im Bermudadreieck

H. Joachim Schlichting

LassenausdemOzeanaufsteigen

deGasblasenganzeSchiffesinken?

MAthEMAtiSchE UntErhAltUngEn

70Thomas Bayes oder die Tücken

der Statistik

Marc Dressler

Erstposthumkamermitseinem

Theoremüberbedingte

WahrscheinlichkeitenzuRuhm

36 Echte Gefahr durch

falsches Botox

Kenneth D. Coleman, Raymond A.

Zilinskas

DasGift–neuerdingsalsSchön

heitsmitteleingesetzt–könnte

allzuleichtinfalscheHände

geraten

54Exotische Zahlen –

Retter der Stringtheorie?

John C. Baez und John Huerta

VielleichtlieferndieQuaternionen

unddieOktonioneneineErklärung

dafür,warumdieWeltinvielen

Theorienzehndimensionalist

r

Titelmotiv: Jen Christiansen, nach Hagmann P.,

Sporns, O. et al., PLoS Biology 6, S. 1479 – 93,

2008, Fig. 3 C, mit frdl. Gen. von Olaf Sporns;

Hintergrund: fotolia / Viktoriya Sukhanova

die auf der titelseite angekündigten themen

sind mit r gekennzeichnet

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SPEKTRUMDERWISSENSCHAFT·OKTObER2011

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sPektrogramm

8 DreifarbigeFlüssigkristalle•Mantel

strömungenhobenundsenkten

Afrika•WindrädermitSchwarmin

telligenz•Blutbestandteilelassen

Hirnaltern•Teamarbeitbeiver

schachteltenSymbionten•Antipro

tonenringumhülltdieErde

bild des monats

11 Elektronisches Tattoo

forschung aktuell

12Kunst0rgan statt Tierversuch

BiochipssimulierenLeberundLunge

fürdieWirkstoffforschung

15Warum ist der Mars so klein?

DiewanderndenGasplanetenließen

denRotenPlanetenverkümmern

18Ursuppe, eiskalt serviert

TiefgekühlteQuantengasesimulieren

heißesUrknallplasma

20Springers Einwürfe

LehrenausFukushima

22

TITELTHEMA

DasGehirn

alsNetzwerk

erde & umwelt

technik & comPuter

weitere rubriken

3 Editorial

76Was lehrt uns die letzte

Erderwärmung?

Lee R. Kump

Vor56MillionenJahrengeriet

dieErdeschoneinmalzum

Treibhaus.Dochdamalsließsich

derKlimawandelvielmehrZeit

alsheute,wieneueStudienzei

gen.DierasanteErderwärmung

derGegenwartistbeispiellos

6 Leserbriefe/Impressum

r

EnErgiEvErSorgUng

r

96 Rezensionen

Lewis Smith:

WarumdieGepardinfremdgeht

Stephen Baker:

FinalJeopardy

Gottfried Schatz:

Feuersucher

u.a.

ENERGIEVERSORGUNG

82Angriff auf das Stromnetz

David M. Nicol

DrohenCyberattackenaufdie

Elektrizitätsinfrastruktur?

88Schwierige Hackerabwehr

Maik G. Seewald

DieAutomationinderEnergie

wirtschaftbirgtSicherheitsrisiken

102 WissenschaftimRückblick

VomKreiselkompasszurUrzeitfährte

90Stromzähler im Visier

André Suhr

SmartGridsmüssengegenHacker

gefeitsein

103 ExponatdesMonats

DieGeschichtederMelkmaschinen

106 Vorschau

92 Auftakt zum Cyberkrieg?

Sharon Weinberger

DasComputervirusStuxnetzielte

speziellaufIndustrieanlagen

NachS.94folgteine16-seitige

SonderpublikationdesKarlsruher

InstitutsfürTechnologie(KIT)

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