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8 Sternenstaub und Sonnenstäubchen: Kreative Materie Wir sind alle aus Staub entstanden und am Ende unserer Tage werden wir wieder zu Staub zerfallen. Diese düstere Perspektive menschlicher Endlichkeit wird vielleicht ein wenig durch die Vorstellung aufgehellt, dass der irdische Staub, aus dem wir hervorgegangen sind, Sternenstaub darstellt. Sein kosmischer Ursprung verknüpft die faszinierende Geschichte der Entstehung des Lebens mit der Evolution des Universums. Der Sternenstaub ist das Produkt eines kosmischen Schöpfungsakts, der seit Jahrmilliarden abläuft und noch immer stattfi ndet. In dem geheimnisvollen Staub sind wir gewissermaßen potenziell existent. Unter günstigen Bedingungen, wie sie etwa auf unserer Erde geherrscht haben, ist die Möglichkeit der Entfaltung von Lebensprozessen gegeben. Es entwickeln sich komplexe, anpassungsfähige organische Strukturen, die aktiv sind und kaum mehr etwas mit dem toten mineralischen Staub gemeinsam zu haben scheinen, aus denen sie entstanden sind. Die biologische Evolution hat uns schließlich hervorgebracht, und unser Geist beginnt, die kreativen Prozesse, denen wir unsere Existenz verdanken, allmählich zu verstehen. Was treibt diese Entwicklung vom Einfachen zum Komplexen an, die von der grauen Monotonie des Staubs zur bunten Vielfalt des Lebens geführt hat? Schon in der Antike hat man sich Es ist alles aus Staub gemacht und wird wieder zu Staub. Prediger 3,20 Intelligenter Staub: Eine Reise in die fantastische Welt des Kleinen Prof. Dr. Manfred Euler ähnliche Fragen gestellt und ist auf spekulativem Weg zu erstaunlichen Einsichten gelangt, die manches von dem spiegeln, was uns noch heute bewegt. Im Alltag sehen wir im Staub vor allem ein Ärgernis: graues, inertes und passiv wirkendes Material, das uns stört. So tot und unbeweglich, wie der Staub vielleicht oberfl ächlich erscheinen mag, ist er jedoch keineswegs. Unter dem Titel „Sonnenstäubchen“ schildert der römische Dichter und Philosoph Lukrez eine Erscheinung, die zeigt, dass es auch in der Welt des Staubs sehr dynamisch zugeht. In einem Sonnenstrahl, der in ein abgedunkeltes Zimmer fällt, werden Staubteilchen sichtbar. Sie führen einen geheimnisvollen Tanz auf, der nie aufzuhören scheint. Die Staubteilchen, von unsichtbaren Stößen kleinerer Atome getrieben, werden in alle möglichen Richtungen gelenkt. Für den Dichter-Philosophen offenbart ihre immerwährende Bewegung ein verborgenes Weben von Kräften, welches die Materie durchdringt – Kern aller Wandlungsprozesse. Der Tanz der Staubteilchen ist Ausdruck einer schöpferischen Kraft, die sich in den großen Dingen ebenso äußert wie im Kleinen. Bewegungen und Stöße, so die Vorstellung von Lukrez, pfl anzen sich vom Mikrokosmos in den Makrokosmos fort und verbinden die Welt der kleinen Teilchen mit der sinnlich wahrnehmbaren Welt.
Die tanzenden Staubpartikel sind ein Beispiel für dynamische Prozesse im Mikrokosmos, die uns normalerweise verborgen bleiben. In den folgenden Abschnitten begeben wir uns auf eine Reise in diese geheimnisvolle Mikrowelt, die den unsichtbaren Untergrund unseres Daseins bildet und die voller Überraschungen ist. Unser Ziel ist es, die Eigenschaften und die in kleinen Systemen ablaufenden Prozesse besser zu verstehen und systematisch zu untersuchen, wie diese mit der makroskopischen Welt zusammenhängen. Die gewonnenen Erkenntnisse bieten einerseits ein großes Potenzial für technologische Innovationen. Andererseits tragen sie zu einem gewandelten Selbstverständnis bei: Sie lassen uns die gewohnte Alltagswelt und uns selbst in einem anderen Licht sehen. Sprünge über Größenordnungen: Staubkörner und biologische Zellen Die unserer alltäglichen Makrowelt angepasste Längeneinheit ist das Meter (m). Unsere eigene Körpergröße lässt sich bequem in Metern ausdrücken, beispielsweise 1,80 m. Kilometer (1 km entspricht 1000 m) und Millimeter (1 mm entspricht 0,001 m) sind ebenfalls noch gut vertraute Größenordnungen der Länge. Unsere Alltagswelt ist mit Mikrowelten verbunden, die unseren Sinnen nicht direkt zugänglich sind. Staubpartikel, wie etwa Gräserpollen, die Heuschnupfen verursachen, sind so klein, dass wir Abb. 1: Größenordnungen und typische Objekte vom Meter- bis zum Nanometerbereich sie mit bloßem Auge nicht mehr sehen können. Um sie sichtbar zu machen, benötigen wir ein Mikroskop. Die unmittelbare Beobachtung der Sonnenstäubchen durch Lukrez wird möglich, weil die kleinen Partikel vor einem dunklen Untergrund so das Licht streuen, dass sie als leuchtende Punkte sichtbar werden. Unter diesen günstigen Umständen ist man nicht auf besondere Hilfsmittel für die Beobachtung angewiesen. Die für Staub charakteristische Größenordung, die mit dem Mikroskop erschlossen werden kann, ist der Mikrometer-Bereich (Bild 1). Ein Mikrometer entspricht 0,000001 Metern – also ein millionstel Meter! Nur die größten Staubpartikel sind mit bloßem Auge sichtbar (ca. 100 Mikrometer). Noch kleinere Staubteilchen sind auch in dem Lichtmikroskop nicht mehr zu erkennen. Sie messen einige 10 bis 100 Nanometer. Ein Nanometer ist ein milliardstel Meter (1000 Nanomometer = 1 Mikrometer). Auf der Nanometer-Skala werden atomare Abmessungen erreicht: Je nach Element kann man auf einem Nanometer ungefähr zehn Atome aneinander reihen. Wir selbst bestehen aus kleinsten biologischen Einheiten, den Körperzellen. Ihre Abmessungen betragen meist nur wenige Mikrometer. Ihre Zahl ist dagegen kaum vorstellbar groß: Rund 1014 oder hunderttausend Milliarden Zellen wirken in unserem Körper zusammen. Staubpartikel und biologische Zellen sind 9
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