Was die Fledermaus, das U-Boot und die Geburtshilfe verbindet – Die unglaubliche Geschichte des Ultraschalls.

Der Ultraschall ist aus dem Alltag der medizinischen Diagnostik nicht mehr wegzudenken. Nicht nur in der Geburtshilfe oder der Gynäkologie wird er tagtäglich angewandt, sondern auch in der Notfallmedizin, zur Erstdiagnose von schwerwiegenden Organschäden, in der Kardiologie zur Beurteilung vom Herz und in vielen weiteren Bereichen der Medizin. Doch wie konnte sich der Ultraschall, als eines der wichtigsten diagnostischen Instrumente durchsetzen? Und was genau haben die Fledermaus und das U-Boot damit zu tun? Wagen wir einen, mehr oder weniger, kurzen Blick in die unglaubliche Geschichte des Ultraschalls und lernen dabei, auch ein wenig dessen Funktion kennen.

Beginnen wir in der Tierwelt und starten mit einer Spezies, welche dem Menschen viel Kopfzerbrechen verursachte. Die Fledermaus. Lange Zeit blieb deren problemlose Fortbewegung in dunklen Höhlen und in der Nacht ungeklärt. Die Forschung an Fledermäusen und Flughunden war zudem keineswegs einfach, sondern barg viele Gefahren. Neben gelegentlichen infizierten Biss- und Kratzwunden, sind die Tiere bekannte Träger von, für den Menschen, gefährlichen Krankheitserregern. Aktuelle Beispiele sind das Ebolavirus und wahrscheinlich auch das Coronavirus.

Als einer der ersten Pioniere in der Forschung der Fledermäuse, galt Lazzaro Spallanzani, ein italienischer Priester, Biologie und Physiologe. Er verband den Tieren die Augen um zu sehen, wie sie sich verhalten, wenn ihnen der Sehsinn geraubt wurde. Interessanterweise konnten sich die Tiere auch blind, weiterhin problemlos fortbewegen. Somit bewies er, dass die Fledermäuse nicht aufgrund eines ausgeprägten Sehvermögens im Dunkeln so gut fliegen konnten. Kurz nach Spallanzanis Entdeckung, gelang es dem Genfer Forscher C. Juni, den Tieren den Orientierungssinn mit Hilfe von Wachs verstopften Ohren zu nehmen. Auch die Fledermäuse vom Holländer Dijkgraaf, welche mit einer Maulkappe verschlossenem Mund versuchten zu fliegen, verloren ihre Orientierung. Warum die Ohren und der offene Mund, jedoch nicht die Augen, für die Fortbewegung der Fledermäuse so wichtig war, konnte man sich nicht erklären. Rückblickend, erscheint die Lösung jedoch ziemlich einfach. Denn was haben diese zwei Sinnesorgane gemeinsam? Die Akustik.

Erst der Zoologe Martin Eisetraut, konnte durch die Zusammenfassung und Weiterentwicklung, bereits erfolgter Experimente an Fledermäusen, den richtigen Schluss zwischen diesen Phänomen ziehen. In seinem 1957 publizierten Werk „Aus dem Leben der Fledermäuse und Flughunde“, beschrieb er die Eigenschaft der Fledermäuse, sich durch die Aussendung von hochfrequenten, für den Mensch nicht hörbaren Töne, fortbewegen zu können. Das Weltbild der Fledermaus, ist ein durch Ultraschall erzeugtes Hörbild. Übrigens sind die Fledermäuse nicht die einzigen Tiere, welche sich mit Hilfe der Echoortung fortbewegen. Ein weiteres bekanntes Tier, ist der im Weltmeer beheimatete Zahnwal. Der bekannteste Vertreter dieser Familie ist der Delfin. Doch wie können die Tiere solch hohe Frequenzen produzieren? Wie kann dies der Mensch? Und was hat das mit der Unterwassersehfahrt, den U-Booten zu tun?

Während das Geheimnis um die unglaublichen Flugkünste der Fledermäuse noch längst nicht gelüftet war, machte 1880 Pierre Curie, Ehemann von Marie Curie, an Quarzkristallen, eine für die Sonographie entscheidende Entdeckung. Der piezoelektrische Effekt. Simpel zusammengefasst: Die elastische Verformung von Festkörpern führt zur elektrischen Spannung. Pierre Curie jedoch dachte noch weiter und kehrte das Experiment um. Er setzte die Quarzkristalle unter Strom, was zu deren Verformung führte. Man kann dadurch also elektrische Energie in mechanische Energie umwandeln. Ein Stromstoss versetzt so einen Kristall in Schwingung, verwendet man Wechselstrom, kann man somit hochfrequente Schallwellen produzieren: Die menschliche Erzeugung von Ultraschallwellen war geboren. Auch in den modernen Ultraschallgeräten werden noch heute mit Hilfe von Kristallen die Schallwellen erzeugt.

Nächsten #männermontag könnt ihr euch auf den zweiten Teil zum Ultraschall freuen.

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