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Einzigartig

Beyond Science

Unter dem Mikroskop entdeckt Biologe Gary Greenberg die Welt jeden Tag neu. Sein liebstes Objekt: Sand.

Gary Greenberg mistete sein Büro aus, als ihm ein Döschen voll Sand in die Hände fiel. Sein Bruder David hatte es ihm aus Maui ins klirrend-kalte Philadelphia geschickt. Dort war Gary damit beschäftigt, herkömmliche Mikroskope mit speziellen Vorrichtungen auf 3-D-Standard aufzurüsten. Wie würden die Sandkörnchen wohl vergrößert aussehen?, schoss es Gary durch den Kopf.

Was er durch das Okular erblickte, erstaunte ihn. Wie konnte jedes einzelne Korn so individuell sein, so bunt, so schön – und so verschieden davon, was wir auf den ersten Blick als Sand erfassen? Als Wissenschaftler gab er sich nicht mit einer Probe zufrieden und bat einen Freund, ihm Sand von den Virgin Islands zu schicken. Auch dieser war verblüffend anders. Mit jedem Körnchen mehr erkannte Greenberg, dass selbst banale Dinge außergewöhnliche Geheimnisse bergen – die sich allerdings gut verstecken. „Da war es um mich geschehen“, erzählt Greenberg, „fortan sammelte ich über Bekannte Sand von überallher und begann, die kleinen Juwelen vergrößert zu fotografieren.“


Sand aus aller Welt – und vom Mond


Für Greenberg sind die rein physikalisch betrachtet losen Sedimente mit einer Korngröße zwischen 0,063 und 2 Millimetern einzigartige Preziosen. Sie entstehen, wenn Gesteine physikalisch oder chemisch verwit­tern, und kommen in verschiedenem Ausmaß auf der gesamten Erdoberfläche vor. So lag bei Greenberg mittlerweile auch Sand von Japan bis Belgien auf dem Objektträger.

Am meisten fasziniert den Naturwissenschaftler allerdings ein Exemplar aus noch weiterer Ferne: Mondsand, gesammelt von der NASA® bei ihren „Apollo“-Missionen. Durch Greenbergs Buch über Sand war die Raumfahrtbehörde auf ihn aufmerksam geworden und übergab ihm Proben; später erhielt er auch ein Stipendium, um den lunaren Sand zu fotografieren. Letzterer besteht zwar aus denselben Mineralien wie die Erdkruste, sieht aber vollkommen anders aus. Nämlich dunkler, wie schimmerndes Metall, statt gläsern und edelsteinartig wie die meisten irdischen Sandarten. Der Unterschied basiert auf der Entstehung: „Die Mondoberfläche wird ständig von Meteoriten und Mikrometeoriten bombardiert“, erklärt Greenberg. „Statt wie auf der Erde durch Wasser und Wind entwickelt sich Sand hier durch die Hitze und den Druck dieser Kollisionen.“


Mikroskopische Verbesserungen


Doch auch auf der Erde gibt’s genug zu entdecken, Geheimnisse und Gesetze der Natur zu erforschen. Schon lange vor dem Sand hat Greenberg den präziseren Blick auf die Dinge gesucht. In den Achtziger­jahren, als Assistant Professor an der University of Southern California®, untersuchte er anhand von Gewebe die Entstehung von Geburtsdefekten. Dabei vermisste er die notwendige Tiefe der vorhandenen Mikroskope mit ihren „nur“ zweidimensionalen Bildern. Er begann an ihrem Beleuchtungssystem zu experimentieren und veränderte den Winkel des Lichts, das auf die Probe fällt. Die Tiefenschärfe nahm dramatisch zu.

Mit dieser Entdeckung setzte Greenberg die Entwicklung seiner eigenen 3-D-Mikro­skope in Gang, für die er heute 20 US-Patente hält. Seine Firma „Edge-3D“ rüstet Industrie und Forschung mit den Geräten aus, die unter anderem in der Neurowissenschaft, Geologie oder Pathologie Anwendung finden. Auch hier lüften sie Geheimnisse, die direkt vor der eigenen Nase liegen. Wenn man genau hinschaut.


Interview:


Herr Dr. Greenberg, warum sollte man sich Sand unter einem Ihrer 3-D-Mikroskope anschauen?


Gary Greenberg:
Konventionelle Mikroskope liefern nur 2-D-Bilder mit einer sehr begrenzten Tiefenschärfe. Bei ihnen ist jeweils immer nur ein kleiner Abschnitt der Probe im Fokus. 3-D-Mikroskope fotografieren eine Serie von Bildern mit verschiedenen Fokusebenen. Eine Software setzt die Einzelauf­nahmen dann zu einem Bild zusammen, in dem alles im Fokus liegt. Auf dem Bildschirm kann man sich das dann in 3 D anschauen.

Ist das auch in anderen Bereichen von Vorteil?

Greenberg:
Ja, überall dort, wo Objekte untersucht werden, die von Haus aus dick und komplex sind. In der Neuro­biologie, Entwicklungsbiologie, Pflanzenbiologie, der Geologie, bei Biopsien und für lebende Zellgewebe­kulturen sind 3-D-Geräte besonders nützlich.

Warum?

Greenberg:
Man kann mit ihnen Fehler und Fehlinterpretationen reduzieren. Für 2-D-Mikroskope werden Proben meist in Fünf-Mikron-Sektionen aufbereitet. Das ist jedoch problematisch, da beispielsweise die durchschnittliche Zelle zwischen 10 und 30 Mikron groß ist. Untersucht man also nur Ausschnitte, werden Ergebnisse mög­licherweise missinterpretiert.

Buch Empfehlung

„The Secrets of Sand“ Eine neue Seite der Welt zeigt das Buch von Gary Greenberg, Carol Kiely und Kate Clover. Die mikroskopischen Aufnahmen von Sand von der Erde bis zum Mond vermitteln nicht nur unentdeckte Schönheit, sondern auch viel Wissen über unseren Planeten.

„The Secrets of Sand. A Journey into the Amazing Microscopic World of Sand“,
128 Seiten, V
oyager Press,
ca. 18,99 Euro