Plenarvorträge 2010

Vortrag am 11.6.2010
Annette G. Beck-Sickinger (Leipzig), Mitglied der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse

Dr. rer. nat., Professorin für Bioorganische Chemie/ Biochemie am Institut für Biochemie der Universität Leipzig; am 13. Februar 2009 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Forschungsschwerpunkte liegen in der biochemischen und bioorganischen Forschung und beinhalten Ligand-Rezeptor-Wechselwirkungen von Peptid- und Proteinhormonen, Signaltransduktion, Proteinexpression und Modifikation durch Ligationsstrategien zur Aufklärung der Regulation der Nahrungsaufnahme sowie zur Entwicklung neuartiger Biomaterialien.

Sehen, Riechen und Gefühle aus der Sicht der Moleküle!

Was heißt „Sehen“? Das menschliche Auge enthält zwei „Sehsysteme“: das eine ist für das sogenannte „Dämmerungssehen“, das andere für das „Farbensehen“ zuständig. Jedes „Sehsystem“ ist in bestimmten Sehzellen lokalisiert, die zusammen die Netzhaut unseres Auges bilden. Beiden Systemen liegt das gleiche Prinzip zu Grunde: Ein Protein (mit Namen „Opsin“) hat einen „Sensor“ für Lichtquanten (11-cis-Retinal) gebunden. Fällt Licht auf den Sensor-Protein-Komplex mit Namen Rhodopsin (Sehpurpur), so ändert sich der Sensor und damit die dreidimensionale Gestalt des Proteins. Diese Strukturänderung des Opsins löst eine ganze Kaskade biochemischer Reaktionen in der Zelle aus und führt schlussendlich zu einem Signal im Gehirn. Unser Körper nimmt jedoch die Eindrücke seiner Umgebung nicht nur mit den Augen wahr: Geschmack und Geruch spielen ebenfalls eine wichtige Rolle. Interessanterweise sind die Moleküle, die für Gerüche zuständig sind, denen des Sehens sehr ähnlich: auch sie enthalten sieben Transmembrandomänen und weisen denselben Bauplan auf wie die Opsine.

Hat ein System einmal Erfolg, so wird es immer wieder eingesetzt. Dieses Motto findet man natürlich auch in der Natur. Und so darf es nicht verwundern, dass unser Körper diese Art der Informationsübertragung in die Zelle an vielen, ganz verschiedenen Systemen unseres Körpers einsetzt: das Prinzip ist immer das Gleiche. Ein Protein mit sieben Transmembrandurchgängen, ein sogenannter G-Protein gekoppelter Rezeptor, sitzt in der Membran einer Zelle. Als Folge eines Signals von außen ändert er seine dreidimensionale Struktur. Diese Änderung ermöglicht die Weiterleitung des Signals in die Zelle. Die Signalmoleküle können dabei äußert vielfältig sein: Neurotransmitter, wie Adrenalin und Dopamin, nutzen das System genauso wie Hormone des Magen/Darmtraktes für „hungrig“ und „satt“, Chemokine des Immunsystems und Morphin. G-Protein gekoppelte Rezeptoren sind somit interessante Zielmoleküle für neue Therapieansätze bei Krankheiten. Ein Drittel aller auf dem Markt befindlichen Pharmazeutika beeinflusst diese Proteinfamilie. Biochemisch sind wir allerdings erst am Anfang, diese Vorgänge zu verstehen.

Somit ist es faszinierend und beeindruckend, dass das Übertragen der Signale im Körper – durch Hormone und Transmitter – und der Signale von außen – durch Auge und Nase – über die gleiche Klasse von Proteinen und über ähnliche Mechanismen der Signaltransduktion vonstatten geht.

Vortrag am 11.6.2010
Ulrich Kühn (Leipzig), Mitglied der Philologisch-historischen Klasse

Dr. theol., Professor i. R. für Systematische Theologie an der Universität Leipzig; am 10. März 1995 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Arbeitsgebiete: ökumenische Theologie, ev.-kath. Dialog, Lehre von der Kirche, Lehre von den Sakramenten.

„Gott“ in der Verfassung

Die Frage, ob es in einer europäischen Verfassung einen Gottesbezug geben soll, hat zu einer grundsätzlichen Debatte geführt. Obwohl der europäische Verfassungsvertrag von 2004 dann nicht ratifiziert wurde, sind seine diesbezüglichen Bestimmungen, die einen solchen Bezug nicht enthalten, in den Vertrag von Lissabon übernommen worden. Die Verfassungen von Mitgliedsstaaten der EU haben in der hier zur Diskussion stehenden Frage sehr unterschiedliche Bestimmungen, worauf im ersten Teil des Vortrags eingegangen wird.

Im Grundgesetz der Bundesrepublik Deutschland begegnet ein ausdrücklicher Gottesbezug in der Präambel. Außerdem ist auf die von der Weimarer Verfassung nach GG Art. 140 übernommenen sog. Religionsartikel, auf die Artikel über die Grundrechte (insbes. GG Art 1–14), auf die Länderverfassungen sowie auf die verschiedenen Staat-Kirche-Verträge zu verweisen.

Der ausdrückliche Gottesbezug des deutschen Grundgesetzes war nach 1990 bei den Überlegungen zu einer neuen gesamtdeutschen Verfassung umstritten. Als Argumente gegen einen Gottesbezug einer künftigen Verfassung wurden u.a. geltend gemacht:

1. Ein großer Teil der deutschen Bevölkerung hat sich von der Religion abgewandt.
2. Eine Verfassung ist ohnehin ein „weltlich Ding“ und kann weltanschauliche Fragen nicht  regeln oder gar entscheiden.
3. Der Gottesbegriff, der im Grundgesetz verwandt wird, ist allzu unbestimmt.

Da es schließlich bei der Geltung des Grundgesetzes von 1949 geblieben ist, ist über den Sinn der einleitend ausgesagten „Verantwortung vor Gott und den Menschen“ nachzudenken. Er besteht wenigstens in einem Dreifachen:

1. Durch den Gottesbezug wird eine Verabsolutierung staatlichen Handelns abgewehrt, insbesondere darf der Staat keine – religiöse oder nichtreligiöse – Weltanschauung vorschreiben.
2. Die „Würde des Menschen“ (GG Art.1.1) enthält in ihrer Unverfügbarkeit, die den Menschen niemals zum bloßen Mittel eines Zweckes werden lassen darf, einen Transzendenzbezug.
3. Die Gleichheit des Menschen vor dem Gesetz (GG Art. 3) wird durch diesen Transzendenzbezug sichergestellt.

Diese „Leistungen“ können weithin auch ohne ausdrücklichen Gottesbezug, der freilich nicht einmal in der Erklärung der Menschenrechte von 1789 fehlt, erbracht werden. Da der Gottesbezug im deutschen Grundgesetz vorgegeben ist, wird man zu fragen haben, in welchem Maße sein Sinn auch denen einleuchtend sein kann, die keinen Gottesglauben haben.

Vortrag am 14.5.2010
Olaf Werner (Jena), Mitglied der Philologisch-historischen Klasse

Dr. jur., em. Professor für Bürgerliches Recht, Zivilprozessrecht, Handels-, Gesellschafts- und Wirtschaftsrecht, Geschäftsführender Direktor des Abbe-Instituts für Stiftungswesen an der Friedrich-Schiller-Universität Jena; am 10. März 1995 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Hauptarbeitsgebiete: Stiftungs- und Vereinsrecht, Erbrecht, Insolvenz- und Verfahrensrecht und zur Unternehmensnachfolge.

Privatautonome Gestaltungsmöglichkeit im Stiftungswesen – Problemlösungsmodell Stiftung

Trotz so genannter Krise steigt die Zahl der Stiftungsgründungen und Stiftungszuwendungen erheblich. Diese Rechtsform wird als Möglichkeit aller Problemlösungen allerdings überschätzt. Aufgrund der weitestgehenden privatautonomen Gestaltungsfreiheit und des erheblichen Kapitals in privater Hand bietet die Stiftung jedoch nach wie vor in zahlreichen – nicht aber allen – Gebieten die Möglichkeit, Defizite in der Gesellschaft auszugleichen. Da der Name „Stiftung“ nicht geschützt ist, wird diese Bezeichnung wegen ihres allgemein guten Rufs gelegentlich zu Unrecht herangezogen. Zunächst soll daher das Rechtsinstitut Stiftung mit den einzelnen Merkmalen angegangen werden. Es handelt sich um eine juristische Person, die mit einem unantastbaren Grund­stockvermögen ausgestattet vom Stifter für einen auf Dauer angelegten Zweck durch Rechtsgeschäft errichtet wird, wobei der Stifter auch die Organisation (Vorstand, Beirat usw.) bindend festlegt, ebenso wie den Kreis der begünstigten Destinatäre, denen die Erträge (Zinsen, Mieteinnahmen usw.) aus dem Grundstockvermögen zugute kommen sollen. Daneben bestehen noch weitere Voraussetzungen. Zur Erlangung der Rechtsfähigkeit bedarf die Stiftung der staatlichen Anerkennung (subjektiv-öffentliches Recht) und unterliegt anschließend der behördlichen Stiftungsaufsicht der Länder und bei Gemeinnützigkeit zusätzlich des Finanzamtes. Im Gegensatz zu körperschaftlich strukturierten juristischen Personen (Verein) hat die Stiftung keine Mitglieder, so dass die Dauerhaftigkeit des Stifterwillens garantiert bleibt.

Je nach Stiftungszweck bestehen selbstständige oder unselbstständige (fiduziarische) Stiftungen des Privatrechts, des öffentlichen Rechts und des Kirchenrechts. Jedweder gemeinschaftskonforme Zweck ist zulässig, so dass sich über die privatautonome Gestaltung die Bewältigung zahlreicher Probleme anbietet. Dabei ist zu berücksichtigen:

• die Stiftung ist kein Steuersparmodell
• Stiftungen können zur Absicherung der Unternehmensnachfolge und Perpetuierung von Vermögen eingesetzt werden
• Modell für eine soziale und sonstige Absicherung der Familie (Altersversorgung)
• zur Bewältigung regionaler Probleme (Bürgerstiftung)
• kein Einsatz als Thesaurierungsmodell
• Verbrauchsstiftungen sind ebenso unzulässig wie die Stiftung für den Stifter
• Während der Verein kurzfristig agiert, ist die Stiftung daneben auf langfristige Projekte ausgelegt, so dass sich das Verhältnis von Stiftung und Verein als besonderes Problem darstellt.
• Über fiduziarische Stiftungen können Kunstsammlungen, Bibliotheken usw. auch dann eingebracht werden, wenn diese keinen Ertrag bringen.
• Förderung sozialer, wissenschaftlicher, forschender, kultureller und sonstiger Zwecke
• zulässig nur als gemeinwohlkonforme Stiftung
• Verhinderung von Erbschaftsstreitigkeiten
• Lösung internationaler Probleme (Beutekunst)
• Missbrauch als Nebenhaushalt der öffentlichen Hand
• Einsatzmodelle für neue gesellschaftliche Herausforderungen
• Schulung und Beratung
• Sicherung des Familienzusammenhalts.

Durch das Nebeneinander von behördlichen Anforderungen der Länder und der Finanzbehörden entstehen Reibungsverluste und Versuche, das Stiftungswesen entgegen der gesetzlichen Intention zurückzudrängen. Hier gilt es Lösungsmodelle zu entwickeln, die dem Stifterwillen gerecht werden und – wie die historische Entwicklung belegt – Stiftungen weit über Jahrhunderte hinaus mit vollem Erfolg wirken lassen.

Vortrag 14.5.2010
Jürgen Tomas (Magdeburg), Mitglied der Technikwissenschaftlichen Klasse

Dr.-Ing., Professor für Mechanische Verfahrenstechnik an der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg; am 10. März 2006 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Forschungsschwerpunkte: Partikeltechnik, Verfahrenstechnik komplexer Stoffkreisläufe, Produkteigenschaften ultrafeiner Partikel – Mikromechanik und Fließverhalten kohäsiver Pulver

Erzeugung ultrafeiner Partikel durch Zerkleinerung

Ultrafeine bis nanoskalige Partikel können in Suspensionen sowohl durch sogenannte „bottom-up“ (z.B. Fällungskristallisation) als auch durch „top-down“ Prozesse (Nassmahlung) hergestellt werden. Zur Herstellung von Nanopartikelsuspensionen hat die Fällungskristallisation den Vorteil der schnellen Prozesskinetik, was sowohl die Erzeugung nahezu beliebig kleiner Partikelgrößen als auch relativ enger („monodisperser“) Verteilungen begünstigt. Ungünstig sind jedoch die geringen Partikelkonzentrationen in den Suspensionen, d.h. das verfügbare Prozess- oder Reaktorvolumen wird vergleichsweise nur geringfügig ausgenutzt. Damit ist ein beachtlicher verfahrenstechnischer und energetischer Aufwand für die anschließenden mechanischen und thermischen Fest-Flüssig-Trennungen verbunden. Demgegenüber lassen sich bei der Feinstzerkleinerung deutlich höhere Partikelkonzentrationen innerhalb des Mahlraumes nutzen. Allerdings sind die erzeugten, vergleichsweise breiten Größenverteilungen unerwünscht.

Aufgrund der erzielten großen spezifischen Oberflächen und der damit verbundenen hohen Bindungsenergien (Oberflächenenergien) müssen in beiden Prozessen die entstehenden Partikelkollektive gegen die unerwünschte Aggregation bzw. Agglomeration stabilisiert werden. Diese Vermeidung der Agglomeration stellt bei der Erzeugung ultrafeiner bis nanoskaliger Partikel einen wesentlichen Mikroprozess (Elementarvorgang) bei der Partikelerzeugung innerhalb einer wässrigen Suspension dar. Darüber hinaus müssen einmal gebildete (verwachsene) Aggregate oder (vergleichsweise schwach gebundene) Agglomerate desintegriert bzw. redispergiert und anschließend wiederum stabilisiert werden. Dabei kommen Elektrolyte zum Einsatz, deren Wirkung auf der Abstoßung gleichsinnig geladener elektrochemischer Doppelschichten zwischen den benachbarten Partikeloberflächen beruht. Als Alternative können polar/unpolar aufgebaute Tensidmoleküle zugesetzt werden, die auf den Oberflächen adsorbiert werden und deren unpolare Kohlenwasserstoffketten in das Dispersionsmittel reichen und als „Abstandshalter“ zwischen den benachbarten Partikeln eine sterische Repulsion bewirken.

Im Vortrag werden die physikalischen Grundlagen und Mikroprozesse der Zerkleinerung vorgestellt. Am Beispiel von Schwerspat (Bariumsulfat) wird der Einfluss ausgewählter Prozessparameter und der Einfluss der Additive zur Stabilisierung vorgestellt. Es können sowohl Primärpartikel als auch Agglomerate bis in den nanoskaligen Bereich von etwa d₅₀ = 150 nm (Median der Verteilungsfunktion) gemahlen bzw. desintegriert werden. Dabei wird eine scheinbare Mahlbarkeitsgrenze unterschritten, die früher um etwa 1 µm angenommen wurde und nunmehr bei etwa 50 nm liegen dürfte. Außerdem wird ein integrierter Prozess als Kombination von Fällung und Mahlung gezeigt, der Gegenstand eines aktuellen Forschungsprojektes ist.

Festvortrag zur Öffentlichen Frühjahrssitzung am 9.4.2010
Uwe-Frithjof Haustein (Leipzig), Mitglied der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse

Dr. med. habil., Professor i. R. für Dermato-Venerologie an der Universität Leipzig, 2005–2007 Präsident der Sächsischen Akademie der Wissenschaften; am 3.6.1988 zum Ordentlichen Mitglied der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse gewählt.

Altern in der Moderne

Der Titel des Vortrags könnte auch lauten: Altern im Wandel der Zeiten. Die Thematik wird in erster Linie durch die dramatische demographische Entwicklung der älter werdenden Gesellschaft, die Veränderungen der Umwelt und die durch verantwortungsloses Handeln hervorgerufene Finanz- und Wirtschaftskrise mit den Folgen des Verlustes von monetären, moralischen und menschlichen Werten sowie der Würde begründet. Die biologischen Grundlagen des Alterns sind natürlich die gleichen geblieben, werden heute aber besser verstanden als noch vor Jahren.

Altern stellt ein inhärentes biologisches Phänomen des Lebens dar. Es umfasst körperliche, geistige, soziale und psychologische Bereiche. Im Prinzip beginnt das Altern mit der Befruchtung. Für regenerative Zwecke stehen allerdings den meisten Zellen eine begrenzte Anzahl von Teilungen und den entsprechenden Organsystemen Kompensationsmöglichkeiten zur Verfügung. Dies trifft jedoch für Nervenzellen des Gehirns, Herzmuskel- und Pankreaszellen nicht zu.

Der komplexe Prozess des Alterns mit Bezügen zu Individuum, Familie, Beruf und Gesellschaft stellt eine Herausforderung für Biologen, Mediziner, Neurowissenschaftler, Informatiker, Demographen, Psychologen, Soziologen, Wirtschafts-, Rechts- und Technikwissenschaftler sowie Politiker dar. Der Vortrag widmet sich vor allem den medizinischen, aber auch den psychologischen, sozialen und politischen Dimensionen des Alterns.

Vortrag am 12.3.2010
Hans-Jürgen Hardtke (Dresden), Mitglied der Technikwissenschaftlichen Klasse

Dr.-Ing. habil., Professor für Maschinendynamik und Schwingungslehre an der TU Dresden, Direktor des Institutes für Festkörpermechanik von 1996 bis 31. Oktober 2009; am 9. Februar 2001 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Arbeitsgebiete: Rotordynamik, Parameteridentifikation, Strukturakustik, Biomechanik (Holz, Knochen, Mittel- und Innenohr).

Das Ohr – eine Herausforderung zur interdisziplinären Zusammenarbeit

Das Sinnesorgan Ohr, bestehend aus Außen-, Mittel- und Innenohr, gehört zu den faszinierendsten biomechanischen Strukturen des menschlichen Körpers. Der durch den Gehörgang eintreffende Luftschall wird im Mittelohr über Trommelfell und die Ossikel (Hammer, Amboss, Steigbügel) in mechanische Schwingungen umgewandelt und über die Steigbügelfußplatte an das Innen­ohr übertragen. Die dort ausgelöste Wanderwelle wird in der Cochlea durch die komplexen Mechanismen im Cortiorgan Frequenz selektiert, aktiv verstärkt und in neuronale Erregungen über Hörnerven dem Gehirn zugeführt. Bis heute sind die einzelnen Funktionsweisen des sogenannten cochlearen Verstärkers nicht voll bekannt.

Die Signalverarbeitung in der Cochlea beruht auf einer komplexen Wechsel­wirkung zwischen Flüssigkeiten (Perilymphe, Endolymphe) unterschiedlicher ionisierter Zusammensetzung (180 mV innere Spannungsquelle) und biolo­gischen Strukturen, die im Nano- bzw. µ-Bereich schwingen. Unsere mangel­haften Kenntnisse der Funktionsweise liegen in der biophysikalischen Komplexität und der experimentellen Unzugänglichkeit. Sowohl die enormen technologischen Fortschritte auf den Gebieten der Laserinterferometrie, der Laser-Scanning-Mikroskopie, der µ- Computertomographie, aber auch der Molekularbiologie, brachten bei der Analyse von Teilen der Ohrstruktur in den letzten Jahren neue wichtige Erkenntnisse. Auf der anderen Seite ermöglich­ten die „Quantensprünge“ in der Rechentechnik dem Mechaniker die Lösung komplizierter struktur- und strömungsmechanischer Berechnungen, die uns der Lösung der cochlearen Funktionsweise näher bringen und auch bei der Mittelohrmechanik zu völlig neuen Erkenntnissen, z.B. bei der Rekonstruktion des Mittelohres, führten. Die Aufklärung dieser Vorgänge erfordert eine Zusammenarbeit von Medizinern, Struktur- und Strömungsmechanikern, Expe­rimentoren, Werkstoffwissenschaftlern und Mathematikern. Dabei ist das Ziel, ein 3-dimensionales Strukturmodell unter Einsatz der Finiten-Element-Methode (FEM) des Mittel- und Innerohres zu schaffen, das es erlaubt, die wichtigsten Vorgänge zu simulieren und zum besseren Verständnis der Wirkungsweise beizutragen.

Damit gelang es in der Mittelohrforschung, Implantate zu entwickeln, die nicht nur Operationstechniken berücksichtigen, sondern auch einen optimalen Frequenzgang besitzen. Des Weiteren konnten dem Chirurgen Hinweise zum optimalen Einsetzen des Implantates und zur Rekonstruktion des Trommelfells gegeben werden.

Die Arbeiten am Innenohr konzentrieren sich auf drei Bereiche:

• Rekonstruktion der Cochlea aus vorliegenden LSM-Schnitten durch Filterung, anschließender Splineglättung der Daten und Rekonstruktion der Geometrie
• Modellbildung der Basilarmembran durch orthotropes Material mit ortsabhän­giger Steifigkeit
• Abbildung der Pfeilerzellen und der Stereozillienbündel und Simulation der Beanspruchung beim Hörvorgang

Simulation und Experimente werden beim Innenohr am Meerschweinchen durchgeführt.

Die Schwierigkeiten bei der Bearbeitung liegen nicht nur in der komplexen Struktur und der notwendigen Abbildung von aktiven Elementen, sondern in der notwendigen skalenübergreifenden Modellbildung. Der Bereich geht von einigen Millimetern (Cochlea), über das Cortiorgan und den Stereozillien im µ- Bereich bis zu den Tiplinks und Strukturen der Stereozillien im Nanobereich. Die dabei entstehenden Gleichungssysteme liegen im Bereich von 36 Millio­nen Freiheitsgraden. Rekonstruktionstechniken und Homogenisierungsverfah­ren sind zur Lösung erforderlich. Die erreichten Ergebnisse stimmen hoffnungsvoll. Die Arbeiten sind nicht nur für das tiefere Verstehen des Hörens interessant, sondern spielen auch in der klinischen Praxis eine große Rolle. Schwerhörigkeit ist die am weitesten verbreitete Behinderung in den industria­lisierten Ländern. Die Folgekosten belaufen sich auf ein Vielfaches von z.B. Brustkrebsbehandlungen. Die meisten Schwerhörigen leiden unter Fehlfunkti­onen der Cochlea. Es sollen aber auch Hörsturz und Tinnitus genannt werden. Erste wichtige Hinweise für den Arzt konnten zum Beispiel durch die mathe­matische Abbildung des Entstehungsprozesses der so genannten otoakusti­schen Emissionen im Cortiorgan gegeben werden, die auch interessante Hinweise auf einige Symptome bestimmter Tinnitusformen gestatten.

Vortrag am 12.3.2010
Heinz Emons (Goslar), Mitglied der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse

Dr. sc. nat., Dr. h.c.mult., Professor i. R. für Organische und Anorganisch-technische Chemie an der Technischen Hochschule Leuna-Merseburg, Bergakademie Freiberg, Vizepräsident der Akademie der Wissenschaften der DDR; am 12. Oktober 1979 zum Ordentlichen Mitglied gewählt, seit 1. Oktober 1991 Korrespondierendes Mitglied.

Die Gewinnung und Verarbeitung anorganischer Salze im Zeichen der globalen Entwicklung

Salze sind heteropolare Verbindungen bzw. Ionenverbindungen, in deren Kristallgitter mindestens eine von Wasserstoffionen verschiedene Kationenart und mindestens eine von Hydroxionen verschiedene Anionenart beteiligt sind. Beschränkt werden soll sich auf anorganische Salze und hier speziell auf Verbindungen, an denen in der Regel Alkali- und/oder Erdalkalimetallionen sowie die Salzbildner (Halogene) und das Sulfation beteiligt sind. Weltweit werden von diesen Stoffen hunderte Millionen von Tonnen pro Jahr gewonnen, aufbereitet, verarbeitet und veredelt.

Basierend auf den eigenen langjährigen anorganisch- und physikalisch-chemischen Grundlagenarbeiten wurden in den letzten zwei Jahrzehnten zahlreiche Projekte international bearbeitet, wobei die umfangreichen Aktivitäten in China den Inhalt der weiteren Ausführungen bestimmen. Salzsolen und Festsalze unterschiedlicher Genese und Zusammensetzung im TARIM-Becken (TAKLAMATAN-Wüste) gewinnen zunehmend an Interesse für die Produktion anorganischer Salze speziell im Hinblick auf die Eigenproduktion von Kalium- und Stickstoffdüngemitteln. Während für die Gewinnung von Natriumchlorid das Verfahrensprinzip ohne Stoffumwandlung im Mittelpunkt steht, sollen Kaliumsulfat und -nitrat durch reziproke Umsetzung gewonnen werden. Aus der vor Ort vorgefundenen Situation ergaben sich u.a. folgende Aufgabenstellungen:

• Aufzeigen von Möglichkeiten zur Gestaltung des gesamten Produktionsablaufs chemisch-technologisch-apparativ;
• Berücksichtigung der territorialen und ökonomischen Gegebenheiten, Vorschläge für eine stufenweise Entwicklung;
• erste Aussagen zur Nutzung neuentdeckter Mineralsalzvorkommen.

In der Region Shandong erfolgt die Herstellung von Kaliumsulfat über eine Austauschreaktion in Anlehnung an das „klassische Mannheim-Verfahren“ sowie die Herstellung von Kaliumpermanganat aus heimischen Manganerzen durch thermische und elektrochemische Oxidation. Hier galt es nach eingehender Analyse der chemischen, chemisch-technologischen und verfahrenstechnischen Abläufe Empfehlungen zu erarbeiten und zu vermitteln, die die Produktion weltmarktfähiger Produkte ermöglichen. Abschließend sei auf die perspektivisch immer interessanter werdende Gewinnung von Lithium und Lithiumverbindungen hingewiesen.

Vortrag am 12.2.2010
Michael Göttfert (Dresden), Mitglied der Mathematisch-naturwissenschaftlichen Klasse

Dr. rer.nat.habil., Professor für Molekulargenetik am Institut für Genetik der Technischen Universität Dresden, am 13. Februar 2009 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Hauptarbeitsgebiet: Symbiose von Bradyrhizobium japonicum mit der Sojabohne und anderen Leguminosen. Von besonderem Interesse ist die Identifikation und Analyse der bakteriellen Proteine, die überwiegend nach „Kontakt“ mit der Pflanze gebildet werden. Ein weiterer Fokus liegt bei der Entwicklung eines Systems zur kontrollierten Freisetzung von Proteinen für biotechnologische Zwecke.

Leben und Kommunikation im Untergrund – Die Rhizobien-Leguminosen-Symbiose

Stickstoff ist ein Grundelement alles Lebendigen. Wegen seiner Stabilität bildet N2, das der mengenmäßig bedeutendste Teil der Luft ist, ein riesiges Stickstoffreservoir. Tiere und Pflanzen sind jedoch nicht in der Lage, diese Stickstoffquelle zu nutzen. Pflanzen verwenden in der Regel Ammonium und Nitrat des Bodens als Stickstoffquelle. Nitrat ist gut wasserlöslich und wird ausgewaschen, weshalb der Boden an Stickstoff verarmt. Ein weiterer Verlust ergibt sich durch die Denitrifikation, ein Prozess, in dem Nitrat als Elektronenakzeptor verwendet wird. Dabei entstehen gasförmige Stickstoffverbindungen, die in die Atmosphäre entweichen. Der einzige natürliche Prozess, der eine signifikante Menge an Stickstoff in den Boden einbringt, ist die biologische Stickstofffixierung, die nur von Prokaryonten durchgeführt werden kann. Von besonderer Bedeutung sind die Rhizobien, da sie mit Leguminosen eine Symbiose eingehen können und dabei die Pflanze mit Stickstoff versorgen. Leguminosen gehören zu den wichtigsten Nutzpflanzen. Sie vereinen zwei Vorteile: Ihre Samen liefern Öle und Proteine und sie sind in der Lage, ohne Stickstoffdüngung zu wachsen.

Eine bekannte Leguminose ist z. B. die Sojabohne, die nach Angaben der FAO weltweit auf einer Fläche von 96 Mio. ha angebaut wird. Der Anteil, den die biologische Stickstofffixierung zur Stickstoffversorgung der Pflanze beiträgt, hängt überwiegend von der Verfügbarkeit geeigneter Rhizobienstämme ab. Im Allgemeinen besteht eine sehr enge Beziehung zwischen Symbiont und Wirtspflanze, die einer wechselseitigen Kommunikation bedarf. Nach heutiger Kenntnis wird die Kommunikation von den Pflanzen begonnen. Sie sondern über ihr Wurzelsystem Flavonoide ab. Flavonoide sind Sekundärmetabolite der Pflanze, die sich durch eine große Strukturvielfalt auszeichnen. Pflanzen unterscheiden sich im ausgeschiedenen Flavonoidmuster. Rhizobien haben die Fähigkeit, bestimmte Flavonoide zu erkennen. Sind die passenden Flavonoide vorhanden, so werden im Bakterium verschiedene Gene aktiviert. Einige dieser Gene codieren für Proteine, die die Synthese von Signalmolekülen bewirken. Diese werden ausgeschleust und von der Pflanze als spezifische Signale erkannt. Daraufhin bildet die Pflanze Infektionsschläuche aus, in denen Rhizobien in das Wurzelinnere gelangen – Pflanzenarten unterscheiden sich im Infektionsverlauf, worauf hier nicht eingegangen wird. Im Wurzelinneren hat sich ein Meristem gebildet. Die sich teilenden Pflanzenzellen ergeben das charakteristische Wurzelknöllchen. Bakterien werden aus den Infektionsschläuchen in die Wirtszelle entlassen, wobei sie mit einer weiteren Membran umgeben werden. Etwa zwei Wochen nach der Infektion beginnen die Bakterien, molekularen Stickstoff zu fixieren und diesen der Pflanze zur Verfügung zu stellen.

Wir studieren die Interaktion von Bradyrhizobium japonicum und seinen Wirtspflanzen, wozu die Sojabohne gehört. Da seit einigen Jahren die Genomsequenz des Bakteriums verfügbar ist, kann die Reaktion des Bakteriums auf das Flavonoid Genistein, ein Signal der Sojabohne, mit modernen Methoden wie der Proteom- und Microarray-Analyse untersucht werden. Wir konnten zeigen, dass durch Genistein mehr als 100 Gene induziert werden. Einige der daran beteiligten Regulatoren wurden identifiziert. Eine Gruppe von induzierten Genen codiert für ein Typ III-Sekretionssystem. Es ist für den Transport von Effektorproteinen aus dem Bakterium direkt in die Pflanzenzelle verantwortlich. B. japonicum sekretiert mindestens 10 Proteine. Eines der Proteine zeigt eine ungewöhnliche Selbstspaltung in Anwesenheit von Calcium. Interessanterweise induzieren Flavonoide auch Effluxsysteme, die bei Bakterien für die Beseitigung von Schadsubstanzen zuständig sind. Somit zeigt sich, dass die Kommunikation zwischen Rhizobien und Leguminosen wesentlich komplexer ist, als lange angenommen wurde.

Vortrag am 12.2.2010
Christian Hannick (Würzburg), Mitglied der Philologisch-historischen Klasse

Dr. phil., em. Professor für Slavische Philologie an der Julius-Maximilian-Universität Würzburg; am 8. Februar 2002 zum Korrespondierenden Mitglied gewählt.
Hauptarbeitsgebiete: Slavische Philologie, insbes. Ideen- und Kulturgeschichte in Russland und bei den Südslaven, byzantino-slavische Kulturbeziehungen.

Die reformatorischen Bewegungen in den südslavischen Ländern in der Frühneuzeit und ihre Auswirkungen

Die Lehre des Jan Hus (1369–1415), der am Konstanzer Konzil den Tod fand, und die sozial-religiösen Bewegungen, die in Böhmen, dann in Polen, daraus entstanden, haben noch vor der Ausbreitung der Reformation aus Deutschland die geistesgeschichtlichen Entwicklungen bei den Westslaven geprägt. Sie führten u.a. in Böhmen zu einer Bereicherung des Schrifttums in tschechischer Sprache, die sich auch in den Übersetzungen und Umarbeitungen der Bibel, sei es die gesamte Heilige Schrift oder nur das Neue Testament, äußerte. Eine erste Übersetzung der Bibel ins Alttschechische (Dresdener Bibel) wird um das Jahr 1360 angesetzt, also noch vor dem Beginn der hussitischen Bewegung. Im Polen des 16. Jahrhunderts verbreiteten sich verschiedene religiöse Strömungen und Lehren mit reformatorischem Inhalt, Antitrinitarismus, Socianimus, Utraquismus, Kalvinismus. Die Elite der Gesellschaft wurde davon ergriffen, so daß die Literatur der Zeit, die als Goldenes Zeitalter in Polen apostrophiert wird, diese Bewegungen widerspiegelt. Die größten Dichter dieser Epoche, die andererseits an der europäischen Renaissance anknüpfen, wie Jan Kochanowski, Mikolaj Rej, wirkten im Lager der „Protestanten“ und somit in Opposition zum polnischen König, der konstant am katholischen Glauben festhielt. Dieser „Dualismus“ drückt sich wieder in den polnischen Übersetzungen der Bibel aus, wie im Falle der Brester Bibel am klarsten hervorgeht. Diese Bibelübersetzung aus dem Jahre 1563 entstand auf Initiative des Kanzlers von Polen-Litauen, des Fürsten Radziwill, der dem kalvinistischen Glauben angehörte. Von Polen aus verbreiteten sich die reformatorischen Bewegungen auch in den westrussischen Gebieten.

Im 16. Jahrhundert ergriff die Reformation (von Deutschland und Österreich aus) ebenfalls die heutigen Gebiete Sloweniens und Kroatiens. Auch hier führte sie zur Übersetzung der Bibel in die Volkssprache, wobei die heutigen mundartlichen Abgrenzungen damals anders aufgefaßt wurden.

Vortrag am 8.1.2010
Anita Steube (Leipzig), Mitglied der Philologisch-historischen Klasse

Dr. phil., Professorin i. R. für Allgemeine Sprachwissenschaft am Institut für Linguistik der Universität Leipzig, am 11. Oktober 1991 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Hauptarbeitsgebiet: Grammatiktheorie

(gemeinsam mit Dr. Stefan Sudhoff, Promotion an der Philologischen Fakultät der Universität Leipzig 2008, jetzt in der Germanistik der Bergischen Universität Wuppertal)
Hauptarbeitsgebiete: Informationsstruktur, Syntax und Prosodie.

Kontrast als eigenständige grammatische Kategorie

Der Vortrag wurde angeregt durch unser DFG-Forschungsprojekt „Intonation und Bedeutung“ in der DFG-Forschergruppe „Sprachtheoretische Grundlagen der Kognitionswissenschaft: Sprachliches und nichtsprachliches Wissen“ an der Uni­versität Leipzig.

Eine grammatische Kategorie verfügt auf allen Ebenen der Grammatik (Semantik, Syntax, Phonologie) über spezifische Eigenschaften und Realisierungsformen. Dem Kontrastfokus mit dem Kontrastakzent als phonologischer Entsprechung wird dieser Status bis heute von vielen Linguisten abgesprochen. Er wird dann als nicht-kategoriale Variante des Satzfokus mit dem Satzakzent als phonologischer Realisierung angese­hen. Der Vortrag soll die kategoriale Eigenständigkeit des Kontrastfokus gegenüber dem Neuinformationsfokus anhand des heutigen Deutsch nachweisen. Das geht am sinnfälligsten durch eine Gegenüberstellung der Anwendungsgebiete und spezifischen Eigenschaften der beiden Fokustypen:

Vortrag am 8.1.2010
Winfried Hacker (Dresden), Mitglied der Technikwissenschaftlichen Klasse

Dr. rer. nat., em. Professor für Arbeits- und Organisationspsychologie, Allgemeine Psychologie (später Kognitions- und Motivationspsychologie) an der Technischen Universität Dresden, zur Zeit Leitung der Arbeitsgruppe „Wissen-Denken-Handeln“; am 8. Februar 1991 zum Ordentlichen Mitglied gewählt.
Hauptarbeitsgebiete: Arbeits- und Organisationspsychologie.

Fachunspezifische Unterstützung des konstruktiven Entwerfens („Non-technical skills“ im „engineering design problem solving“¹

In Deutschland gehen täglich ca. tausend Arbeitsplätze verloren; eine ausreichende Kompensation durch innovative neue gelingt nicht. Das Erzeugen innovativer Ideen und Umsetzen in marktgängige Lösungen ist daher für das gesellschaftliche System überlebenswichtig.

In Deutschland fehlen jedoch ca. 60.000 Ingenieure. Nur acht Prozent aller deutschen Abiturienten beginnen ein ingenieurwissenschaftliches Studium. Mindestens 35% der Studienanfänger erzielen keinen Abschluss. Ein Ausweg aus diesem gesellschaftlichen Dilemma wird oft in der Auto­matisierung menschlichen Entwurfsproblemlösens durch die Nutzung künstlicher Intelligenz gesehen, obgleich dabei die Erfolge im innovativen Problemlösen begrenzt sind und beispielsweise Expertensysteme bislang nur Nischenlösungen bieten.

Aus kognitionswissenschaftlicher Perspektive ist der rasche Fortschritt der Automatisierung kreativen Entwurfproblemlösens nicht sehr wahrschein­lich. Des Weiteren ersetzt Data Mining derzeit nicht das teilweise implizite Wissen von Menschen als Basis kreativen Denkens.

Ein grundlegend anderer Ansatz ist die systematische kognitionswissen­schaftlich begründete Unterstützung des menschlichen Entwurfsproblem­lösens (design problem solving) in seinen lösungsbestimmenden Teilen (i.S. von VDI 2221). Hierfür bedarf es eines ausgewogenen Systems von Hilfsmitteln zur Unterstützung der Stärken und Kompensation der Schwächen menschlichen Entwurfproblemlösens. Soweit das Entwurfs­problemlösen bislang unter kognitionsbezogenen Aspekten unterstützt wurde, erfolgte dies überwiegend durch die Nutzung von Kreativitäts­techniken. Diese bieten jedoch allein keine optimale Unterstützung: Schöpferische Lösungen entstehen häufig in wissensreichen Problem­löseprozeduren, welche auch intuitive Prozesse mit implizitem („schweigendem“) Wissen beinhalten. Lösungen, welche dabei gefunden wurden, werden im Nachhinein rational und systematisch bewertet (vgl. TEA-Modell).

Zur systematischen Unterstützung des Entwurfsproblemlösens wurde ein System von sechs aufeinander abgestimmten fachgebietsübergreifenden Modulen („non-technical skills“) entwickelt, welche in quasiexperimentel­len Studien hinsichtlich ihres Nutzens in der universitären Ausbildung von Ingenieuren geprüft werden.

[1] gefördert von der VW-Stiftung