Winzige Geräte haben das Gesicht der biologischen Forschung verändert

Wie eine Gruppe winziger Sensoren den Blavatnik Life Science Prize für israelische Wissenschaftler gewann und die Untersuchung "freizügiger Tiere" ermöglichte

Tiere im Labor zu studieren, ist, wie der Name schon sagt, eine Übung in wissenschaftlicher Frustration. Egal, was Sie tun, Tiere werden unter Laborbedingungen nicht alle Verhaltensweisen zeigen. Aber sie im Feld zu studieren bringt viele andere Schwierigkeiten mit sich, insbesondere wenn es um fliegende Kreaturen geht. Schlagen Sie, wie Sie möchten, aber Sie können Flughunde bei der Nahrungssuche nicht verfolgen und beobachten.

Jetzt hat das bahnbrechende Gerät, das erfunden wurde, um dieses Problem zu lösen – das Studium von Flughunden im Feld (und anderen als Nahrung bevorzugten Flughunden) – einen renommierten Preis für Professor Yossi Yovel von der Universität Tel Aviv gewonnen.

Die Organisation erklärte, dass der Blavatnik-Preis für junge israelische Wissenschaftler die vielversprechendsten akademischen Mitarbeiter des Landes anerkenne. Die Auszeichnungen werden in drei Bereichen vergeben: Biowissenschaften, Physik und Ingenieurwissenschaften sowie Chemie.

Yovel wurde als Gewinner der Kategorie Life Sciences 2021 ausgewählt. Weitere Preisträger in diesem Jahr sind Professor Ido Kaminer vom Department of Physics and Engineering des Technion-Israel Institute of Technology, der Licht, Röntgenstrahlen und andere Strahlungsarten durch die Wechselwirkung von Elektronen und neuen Materialien kreativ erzeugt, und das Weizmann-Institut Professor Rafal Klajn entwickelte dynamische Nanomaterialien, die auf äußere Reize reagieren, und entwirft Nanostrukturen, um chemische Reaktionen auf engstem Raum zu erkennen.

Wenn die Flughunde fliegen

Yovels Leistungen haben es Wissenschaftlern ermöglicht, sogar sehr kleine Tiere in der natürlichen Umgebung zu untersuchen, wie beispielsweise Fledermäuse, die als "frei verhaltende Tiere" bekannt sind. Es ist ein Wunder der Miniaturisierung: Ein Sensor wird auf dem kleinen pelzigen Rücken einer Fledermaus befestigt, wiegt nicht mehr als 1,5 bis 2 Gramm, kann aber verschiedenste Werkzeuge integrieren.

"Unsere Mini-Sensoren beinhalten GPS, um zu sehen, wo sich die Tiere befinden, und eine Reihe anderer Sensoren – wir haben Mikrofone, EKG-Rekorder, Herzschlag-Rekorder, Beschleunigungsmesser. Wir setzen das Labor auf Fledermäuse statt auf Fledermäuse sagte Haaretz.

Dieses Gerät wird die Natur der biologischen Forschung, die fast vollständig im Labor durchgeführt wird, verändern. Er erklärte, dass es nur sehr wenige Werkzeuge gibt, die es Forschern ermöglichen, "das Labor zu Tieren zu bringen".

Yovel sagte, dass mehrere neue Entdeckungen des Teams der Universität Tel Aviv diesem Miniatur-Fledermaus-Spionagegerät zugeschrieben werden, darunter auch, wie Fledermäuse in Gruppen arbeiten, um die Nahrungssuche zu verbessern. Sie finden Nahrung effektiver, wenn sie zusammenarbeiten als einzeln as

Wissenschaftler wissen jetzt, dass ägyptische Flughunde dank Yovels winziger Sensoranordnung eine mentale Karte ihrer Umgebung erstellen. Bildquelle: Weizmann Institute of Science

Den Wissenschaftlern gelang es auch zu untersuchen, wie die neugeborenen ägyptischen Flughunde mehrere Kilometer von ihren Höhlen oder Parkplätzen entfernt flogen und wie die neugeborenen ägyptischen Flughunde ihre Umgebung psychologisch navigierten und kartierten. Wissenschaftler in Tel Aviv verfolgten mit dem kleinsten GPS-Gerät der Welt 22 Fledermausjunge, suchten in der Stadt nach Nahrung und lösten ein früheres Rätsel. Das Forschungsteam berichtete, dass Fledermäuse eindeutig mentale Karten von Landmarken erstellen, die auf einzigartigen Gebäuden wie den Azrieli Towers und dem Dizengoff Center basieren.

In einer weiteren bahnbrechenden Entdeckung untersuchte das Team die sensorische Frequenzinterferenz von Rattenschwanzfledermäusen, um zu klären, ob sich diese Fledermäuse aufgrund von Sonarquietschen gegenseitig stören. Myotis fliegen in Gruppen, die sich theoretisch gegenseitig in ihren Frequenzen stören.

"Es ist wie ein Mensch auf einer Cocktailparty", erklärte Yovel: "Man versucht, sich auf eine Stimme zu konzentrieren, aber man hört die Stimmen aller."

Was haben sie gefunden? Fledermäuse sind in der Tat Wunder. Er sagte, das Forschungsteam habe herausgefunden, dass Rattenschwänze sich nicht gegenseitig stören, und finde heraus, wie sie das Problem der Frequenz störungen lösen.

"Wir haben ein komplexes Modell verwendet, um zu beweisen, dass das Problem nicht so schlimm ist, wie die Leute denken. Aber ohne die hochgenauen Daten, die wir mit dem Miniatur-Fledermaussensor gesammelt haben, wäre das nicht möglich", erklärt er.

Auf die Frage, warum sich die Navigationsforschung auf Flughunde konzentriert und die Sonar-Anti-Jamming-Forschung Rattenschwanzfledermäuse untersucht, erklärte Yovel, dass ägyptische Flughunde mehr auf ihr Sehvermögen angewiesen sind. Sie verwenden zwar Sonar, aber auf andere Weise sind Interferenzen für sie kein Problem, da es theoretisch zu Störungen der Myotis kommen sollte.

Obwohl die psychologischen Theorien von Flughunden und Rattenschwanzfledermäusen in der Tat faszinierend sind, hat die Arbeit des Teams auch Anwendungen in der "realen Welt". Menschen können möglicherweise die Anti-Jamming-Technologie von Fledermäusen in Technologien wie autonomen Fahrzeugen verwenden. Stellen Sie sich eine Autobahn vor, die mit elektronischen Bestien überfüllt ist, die auf der gleichen Frequenz senden. Eines Tages könnten Menschen Rattenschwanzfledermäusen dafür danken, dass sie Auffahrunfälle vermeiden.

Eines Tages könnten Sie der Rattenschwanzfledermaus dafür danken, dass sie einen Verkehrsunfall vermieden hat. Bildnachweis: Ishika Ramakrishna/Wikimedia Commons

Als Mitglied der Young Scientists Organization kann Yovel den Preis von 100.000 US-Dollar bei der diesjährigen üblichen Preisverleihung vor Ort nicht entgegennehmen, da diese aufgrund des Coronavirus abgesagt wurde.

Er sagte, dass die drei israelischen Gewinner des Jahres 2021 zur Preisverleihung im nächsten Jahr eingeladen werden, die mit Genehmigung für die öffentliche Gesundheit in New York stattfinden wird. Im Gegensatz zur üblichen Zeremonie der Blavatnik-Stiftung wird das Israel Institute of Science and Humanities – eine Institution, die der Regierung wissenschaftliche und geisteswissenschaftliche Beratung bietet – am 2. August einen Empfang und ein Symposium veranstalten, um an die Auszeichnungen in den Jahren 2021 und 2020 zu erinnern. Aufgrund der Coronavirus-Pandemie wurde ihm auch die Teilnahme an notwendigen Zeremonien verweigert.

Wie wird Yossi mit Boni umgehen? "Ich weiß es nicht", sagte er. "Ich werde auf jeden Fall Partys für Labore veranstalten, die Daten beisteuern und arbeiten."