Radioaktive Uhr: Halbwertszeiten und Datierungsmethoden

„Radioaktive Uhr“

Radioaktive Elemente sind instabil; sie zerfallen mit einem charakteristischen Rhythmus. Zur Messung der Geschwindigkeit dieses Zerfalls verwendet man die Halbwertszeit, d. h. die Zeit, in der eine Menge des Materials auf die Hälfte reduziert wird.

Ausgewählte Isotope und Halbwertszeiten

• Chlor-36. Halbwertszeit: ca. 300.000 Jahre.
• Wasserstoff-3 (Tritium). Halbwertszeit: ca. 12,32 Jahre.
• Technetium-99m. Halbwertszeit: ca. 6 Stunden.
• Kohlenstoff-14. Halbwertszeit: ca. 5.730 Jahre.

Technetium-99m und Wasserstoff-3 können aufgrund ihrer vergleichsweise kurzen Halbwertszeiten nicht zur Altersbestimmung von Fossilien verwendet werden.

Relevante Wissenschaften

Die für die Datierung relevanten Wissenschaften sind Archäologie (Untersuchung der Überreste antiker Zivilisationen), Paläontologie (Erforschung vergangener Lebewesen anhand von Fossilien) und Anthropologie (Untersuchung des Menschen, physisch und kulturell).

Kohlenstoff-14 und Datierung

Kohlenstoff-14 (14C) eignet sich zur Datierung relativ junger organischer Proben. Es entsteht in der Atmosphäre durch Einwirkung kosmischer Strahlung und wird mit dem häufigeren Kohlenstoff-12 (12C) vermischt. Lebende Organismen nehmen Kohlendioxid auf, und ihre Gewebe enthalten ständig ein bestimmtes Verhältnis von 14C zu 12C. Nach dem Tod eines Organismus nimmt dieser Anteil ab, da das 14C radioaktiv zerfällt — die radioaktive "Uhr" beginnt zu laufen. Daraus lässt sich das Alter der Probe berechnen.

Pflanzen, die Metalle aufnehmen (Phytomining)

Eine Forschergruppe vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Oxford hat herausgefunden, dass eine Pflanze aus Griechenland, Alyssum lesbiacum, Nickel aus dem Boden aufnehmen und in beträchtlichen Mengen anreichern kann. Dr. Andrew Smith und Ute Krämer vermuten, dass mit Hilfe gentechnischer Verfahren künftig Pflanzen so gezielt verändert werden können, dass sie Metalle aus dem Boden entfernen — schneller und kostengünstiger als viele derzeitige Methoden.

A. lesbiacum absorbiert Nickel sehr effizient und reichert es im Gewebe an, sodass eine "Ernte" zur Dekontamination des Bodens möglich ist. Wie andere Hyperakkumulatoren nimmt diese Pflanze Mengen des Metalls auf, die für die meisten Pflanzen tödlich wären. Ein Problem ist das langsame Wachstum der Pflanze; es könnte Jahre dauern, bis ein Standort dekontaminiert ist. Deshalb versuchen Forscher, die Gene zu lokalisieren, die für die Hyperakkumulation verantwortlich sind, um diese in schnell wachsende Kulturpflanzen (z. B. Brassica-Arten) einzuführen, die große Mengen Biomasse produzieren und Metalle aufnehmen können.

Einige der heute eingesetzten Methoden verwenden starke Säuren zur Bodenbehandlung. Solche Verfahren sind neben der Dekontamination teuer, töten Mikroorganismen ab und machen den Boden unfruchtbar. Phytomining könnte eine günstigere und umweltfreundlichere Alternative sein.

Bakterien, die Metalle binden bzw. entfernen

Die Metallindustrie, insbesondere Galvaniktechniken, setzt oft Abfälle in die Umwelt frei, darunter Schwermetalle wie Nickel und Cadmium. Diese Metalle sind bedeutende Schadstoffe in der Biosphäre, einschließlich des Wassers, und verursachen gravierende Umweltauswirkungen. Schwermetalle sind in geringen Konzentrationen weit verbreitet, und ihre Entfernung durch physikalische oder chemische Methoden ist häufig sehr schwierig und teuer.

Andererseits gibt es in der bakteriellen Welt erstaunliche Organismen, die in der Lage sind, Öl, Schwefel, Methan und eine Vielzahl anderer Chemikalien zu „verstoffwechseln“. Bei manchen Bakterien können diese Fähigkeiten genutzt werden, um verschmutzte Umgebungen zu reinigen. Bei Schwermetallen war das lange Zeit schwieriger, da Nickel und Cadmium als unverdauliche, stabile Rückstände gelten und die einzige Lösung oft das Herausfiltern und sichere Lagern war.

Ein Forscherteam um Dr. Víctor de Lorenzo in Spanien ist es gelungen, durch gentechnische Verfahren ein Bakterium zu entwickeln, das dieses Problem angeht und nebenbei eine Technik liefert, die auch zur Gewinnung von Edelmetallen verwendet werden könnte. Die ursprüngliche Idee beruhte darauf, dass Bakterien natürliche negative Ladungen auf ihrer Außenmembran tragen und dadurch Metalle binden können. Diese Fähigkeit allein reicht jedoch nicht aus und kann durch Gentechnik verbessert werden.

Im Experiment wurden Escherichia-coli-Gene so verändert, dass an der Membran ein kleines Peptid — Polyhistidin — exprimiert wird. Dieses Molekül hat eine hohe Affinität zu Schwermetallen und "hakt" sie gewissermaßen ein. Durch die Einbindung dieses Moleküls in die Membran können die veränderten Bakterien deutlich mehr Metallatome binden als unveränderte Zellen. Der Nachteil der Technik ist, dass die veränderten Bakterien im Labor leicht wachsen, in freier Natur jedoch kaum konkurrieren. Die angedachte Lösung ist, Bakterien aus der Umwelt zu isolieren, sie gezielt zu verändern und damit gezielt verschmutztes Wasser zu reinigen.