1 KSO FINGERABDRÜCKE EF Skript Fingerabdrücke EF V1.0 08/15 | ©Bor 2 INHALTSVERZEICHNIS "FINGERABDRÜCKE" 1. Einleitung............................................................................................ 03 2. Fette.................................................................................................... 04 2.1 Aufbau der Fett-Moleküle........................................................... 04 2.2 Fettsäuren................................................................................. 05 2.3 Zusammensetzung von Fetten..................................................... 07 2.4 Aggregatzustand der Fette.......................................................... 07 2.5 Eigenschaften und Bedeutung der Fette........................................08 2.5.1 Fettnachweis.................................................................. 08 2.5.2 Brennbarkeit................................................................... 08 2.5.3 Fette als Energiespender....................................................08 2.5.4 Weitere Aufgaben von Fetten............................................. 09 3. Kohlenhydrate..................................................................................... 11 3.1 Was sind Kohlenhydrate............................................................. 11 3.2 Glucose (Traubenzucker)............................................................. 12 3.3 Fructose.................................................................................... 13 3.4 Ribose und Desoxyribose............................................................ 14 4. Fingerabdrücke.................................................................................... 15 4.1 Die wundersamen Muster der Fingerabdrücke.............................. 15 4.2 Welche Rolle spielen Fingerabdrücke........................................... 18 4.3 Die Daktyloskopie – was steckt hinter dieser Methode................... 19 4.4 Von den feinen Merkmalen im Fingerabdruck............................... 21 4.5 Wie lassen sich Spuren sichtbar machen....................................... 22 4.6 Wer hat die Sparkasse in Nunheim überfallen............................... 26 5. Quellen................................................................................................ 27 3 1. Einleitung1 Straftäter hatten schon immer ein ureigenes Interesse daran, ihre Identität zu verschleiern. Die Personenidentifikation ist daher seit jeher ein zentrales Element der Verbrechensbekämpfung. Die erste wirklich schlagkräftige Waffe in dieser Hinsicht wurde mit der Daktyloskopie, der Identifikation mittels Fingerabdrücken, entdeckt und erarbeitet. Die Grundlage der Daktyloskopie ist die Einzigartigkeit und Unveränderlichkeit der Papillarlinienmuster auf den Handinnenflächen und den Fusssohlen. Dank dieser Methode können Personen, die über ihre Identität keine oder falsche Angaben machen, zuverlässig und schnell aus hunderttausenden von hinterlegten Fingerabdruckdaten wiedererkannt werden. Durch die US-amerikanischen CSI-Fernsehserien ist die Arbeit der Kriminaltechniker heute breiten Bevölkerungsschichten in der ganzen Welt ein Begriff. Die Methoden werden in diesen Serien jedoch meist stark überzeichnet; das heisst, es ist fast immer alles möglich und das erst noch ohne Zeitverzug. Immerhin: Dank diesen Serien ist gerade das Fingerabdruckverfahren wieder vermehrt in den Fokus der Öffentlichkeit gerückt. Mit unseren Fingern und Händen hinterlassen wir auf berührten Gegenständen Abdrücke, ähnlich einem Stempelabdruck. Da über die Poren der Haut dauernd Schweiss und andere Sekrete abgesondert werden, übernehmen diese Quelle: dakty.de die Funktion der Stempelfarbe. Personen, die bereits erkennungsdienstlich registriert sind, können so mit speziellen Methoden zweifelsfrei als Spurenleger an einem Tatort festgestellt werden. Ein Fingerabdruck kann sich je nach Sicherungsort für eine Person entlastend oder belastend auswirken, wie das Beispiel des ersten in der westlichen Welt, anhand eines Fingerabdrucks aufgeklärten Mordfalles exemplarisch zeigt. Da einzigartig und unveränderlich, ist der Fingerabdruck gleichzeitig prädestiniert für die Identifikation auch ausserhalb von Strafverfahren, so zum Beispiel beim Reisepass. Die vorliegende Publikation leuchtet die biologischen Hintergründe sowie die lange 4 Geschichte und die Methodik dieses Identifikations- und Beweisverfahrens aus und soll zum 100-jährigen Jubiläum seit Einführung der Daktyloskopie auf Bundesebene einen bleibenden Eindruck der bewegten Geschichte der Daktyloskopie vermitteln. 2. Fette2 Fette kommen in vielen Lebensmitteln tierischer und pflanzlicher Herkunft vor. Nach ihrem Aggregatzustand bei Zimmertemperatur teilt man sie in feste, halbfeste (streichfähige) und flüssige Fette ein. Die flüssigen Fette bezeichnet man auch als fette Öle, um sie eindeutig von den Mineralölen zu unterscheiden, bei denen es sich um Kohlenwasserstoffgemische handelt. Quelle: fid-gesundheitswissen.de 2.1 Aufbau der Fett-Moleküle2 Fette und fette Öle lassen sich chemisch durch Reaktion mit heissem Wasserdampf zerlegen (Hydrolyse). Dabei entstehen Glycerin (1,2,3-Propantriol) und langkettige Carbonsäuren (Fettsäuren). Die Reaktion ist eine Esterspaltung. Fette sind Ester. Mit dem systematischen Namen werden die Fette als Triacylglycerine bezeichnet; üblicher ist jedoch die Bezeichnung Glycerin Quelle: commons.wikimedia.org Fettsäuretriglycerid oder kurz Triglycerid. Bei manchen Fett-Molekülen ist ein Glycerin-Molekül mit drei gleichen FettsäureMolekülen verestert (einfache Triglyceride); weit häufiger kommen jedoch FettMoleküle vor, in denen ein Glycerin-Molekül mit zwei oder drei verschiedenen Fettsäure-Molekülen verestert ist (gemischte Triglyceride). Fette sind Ester bestimmter langkettiger Carbonsäuren (Fettsäuren) und Glycerin. Natürlich vorkommende Fette sind Gemische verschiedener Triglycerid-Moleküle. 5 2.2 Fettsäuren2 Als Fettsäuren bezeichnet man alle Carbonsäuren, die bei der Esterspaltung aus Fetten entstehen. Für die Fettsäuren werden anstelle der systematischen Namen meist die Trivialnamen verwendet. Am häufigsten sind Stearin-, Palmitin-, Laurin-, Myristin-, Ölund Linolsäure am Aufbau von Fetten beteiligt. Öl- und Linolsäure werden als Quelle: chemieplanet.org ungesättigte Fettsäuren bezeichnet, da ihre Moleküle C=C-Doppelbindungen enthalten. Die Moleküle einfach ungesättigter Fettsäuren enthalten eine Doppelbindung, das heisst 2 Wasserstoff-Atome weniger als die Moleküle gesättigter Fettsäuren. Die Moleküle mehrfach ungesättigter Fettsäuren enthalten zwei bis vier Doppelbindungen, das heisst 4, 6 oder 8 Wasserstoff-Atome weniger als die Moleküle gesättigter Fettsäuren. Enthält ein Fettsäure-Molekül mehrere Doppelbindungen, so sind sie in der Regel durch eine CH2-Gruppe voneinander getrennt; sie sind als nicht konjugiert. Pflanzliche Fette enthalten praktisch ausschliesslich Fettsäuren mit einer geraden Anzahl an C-Atomen (meist zwischen 12 und 16). Bei tierischen Fetten hingegen treten in geringen Mengen auch Fettsäuren mit einer ungeraden Anzahl an C-Atomen auf. Weiter liegen die Doppelbindungen bei Molekülen pflanzlicher Fette immer in der cisForm (auf der gleichen Seite) vor, während bei Fett-Molekülen mancher Tierarten auch sogenannte trans-Fette (gegenüber) mit trans-konfigurierten C=C-Doppelbindungen auftreten. Gewisse tierische Fette enthalten sogar in geringer Menge einfach und mehrfach verzweigte Fettsäuren. Dies alles weist darauf hin, dass die Bildung von Fetten 6 in tierischen Organismen zum Teil nach komplizierteren Mechanismen erfolgt als in Pflanzen. Aufgrund der Doppelbindungen reagieren ungesättigte Fettsäuren mit Brom; dabei erfolgt eine elektrophile Addition der Brom-Moleküle an die Doppelbindung. Durch Reaktion mit Wasserstoff (Hydrierung) können ungesättigte Fettsäuren in gesättigte überführt werden. Dies ist bei der Fetthärtung von Bedeutung. Die meisten Fettsäuren sind unverzweigt und enthalten eine gerade Anzahl an CAtomen. Treten Doppelbindungen auf, haben diese meist cis-Konfiguration. Obwohl ein Ölsäure-Molekül (C17H33COOH) nur zwei Wasserstoff-Atome weniger aufweist als ein Stearinsäure-Molekül (C17H35COOH), liegt die Schmelztemperatur der Stearinsäure wesentlich höher als die der Ölsäure: Ölsäure ist bei Zimmertemperatur flüssig, Stearinsäure fest. Dieser Sachverhalt erklärt sich damit, dass die Moleküle eines Stoffs im festen Zustand dicht aneinander liegen: Je besser sie zusammenpassen, desto stärker wirken sich die Van-der-Waals-Kräfte aus und desto höher liegt die Schmelztemperatur. Die Moleküle der gesättigten Fettsäuren können eine linear gestreckte Form annehmen und sich so gut zusammenlagern. Die Moleküle der ungesättigten Fettsäuren weisen jedoch Knicke auf, da an den Doppelbindungen in natürlichen Fettsäuren fast immer eine cis-Konfiguration vorliegt. In dieser Stellung sind die C-Ketten fixiert, weil die Doppelbindung eine Drehung des Moleküls um die C-C-Bindungsachse verhindert. Wegen der gewinkelten Form können sich die Moleküle nicht so gut aneiQuelle: seilnacht.com 7 nanderlagern. Die zwischenmolekularen Kräfte wirken sich daher schwächer aus; die Schmelztemperatur ist niedriger. Fette könne vom menschlichen Stoffwechsel auch aus Kohlenhydraten (siehe Kapitel 3) aufgebaut werden. Einige der in Fetten enthaltenen ungesättigten Fettsäuren sind vom menschlichen Stoffwechsel jedoch nicht synthetisierbar. Da sie zur Aufrechterhaltung wichtiger Körperfunktionen benötigt werden, müssen sie mit der Nahrung zugeführt werden. Sie werden essenzielle Fettsäuren genannt. Für den Menschen sind alle Fettsäuren essenziell, die mindestens eine Doppelbindung am C-9-Atom (von der Carboxygruppe aus gezählt) aufweisen. Zu ihnen gehören Linolund Linolensäure. 2.3 Zusammensetzung von Fetten2 Bei Temperaturerhöhung erweichen Fette allmählich. Für die in der Natur vorkommenden Fette kann deshalb kein genauer Wert der Schmelztemperatur angegeben werden, sondern nur ein Schmelztemperaturbereich. Dies lässt sich damit erklären, dass natürliche Fette keine Reinstoffe, sondern Gemische verschiedener Triglyceride sind. Aus der Zahl der in Frage kommenden gesättigten und ungesättigten Fettsäuren, ihren Kombinationsmöglichkeiten und dem Anzahlverhältnis der verschiedenen Molekülarten zueinander ergibt sich eine Vielzahl verschiedener Fette. Jede Pflanzen- oder Tierart besitzt bestimmte arteigene Fette. Selbst die verschiedenen Organe eines Lebewesens enthalten verschiedene Fette. 2.4 Aggregatzustand der Fette2 Die Eigenschaften eines Fetts werden von der Kettenlänge der Fettsäure-Moleküle beeinflusst und davon, ob es überwiegend aus Triglycerid-Molekülen mit gesättigten oder ungesättigten Fettsäureresten besteht: Mit steigender durchschnittlicher Kettenlänge der Fettsäurereste und zunehmendem Anteil an gesättigten Fettsäuren steigt der Schmelztemperaturbereich. Fette Öle zeichnen sich vor allem durch einen hohen Anteil an Estern ungesättigter Fettsäuren aus. Es handelt sich dabei meist um pflanzliche Fette. 8 2.5 Eigenschaften und Bedeutung der Fette2 2.5.1 Fettnachweis2 Fette verdunsten nur langsam. Sie bilden auf saugfähigem Papier bleibende Flecke. Durch diese Fleckprobe können beispielsweise Fette in Pflanzensamen nachgewiesen werden. 2.5.2 Brennbarkeit2 Flüssiges Fett lässt sich bei Zimmertemperatur nicht mit einem Streichholz entzünden, da seine Flammtemperatur zu hoch ist. In einem Docht steigt flüssiges Fett leicht auf und lässt sich durch die Wärme eines brennenden Streichholzes verdampfen. Fettdampf brennt mit sehr stark russender Flamme. Gerät heisses Fett in Brand, darf es keinesfalls mit Wasser gelöscht werden. Gibt man nämlich Wasser zu heissem oder brennendem Fett, so sinkt ein Teil des Wassers aufgrund seiner grösseren Dichte unter Quelle: meinbezirk.at das Fett. Wegen der hohen Temperatur des Fetts verdampft das Wasser schlagartig; dabei tritt eine starke Volumenvergrösserung ein (1 Liter Wasser bildet etwa 1700 Liter Wasserdampf). Mit dem Wasserdampf wird heisses, brennendes Fett emporgeschleudert, das in der feinen Verteilung besonders heftig mit dem Sauerstoff der Luft reagiert. Fettbrände werden durch Abdecken gelöscht; dadurch wird der Zutritt des zur Verbrennung notwendigen Sauerstoffs verhindert. 2.5.3 Fette als Energiespeicher 2 Für den Körper sind Fette eine wichtige Energiequelle. Sie sind in vielen Nahrungsmitteln enthalten, nicht nur als sichtbares Fett in Butter, Margarine oder Öl, sondern auch als verstecktes Fett, zum Beispiel in Käse, Wurst, Kartoffelchips, Erdnüssen und Schokolade. Beim Abbau von Fetten wird mehr als doppelt so viel Energie frei wie beim Abbau einer Zuckerportion gleicher Masse. Der tägliche Energiebedarf sollte nur zu etwa 30 bis 35% durch den Verzehr von Fetten gedeckt werden; dies entspricht etwa einem Gramm Fett pro Kilogramm des Normalgewichts. In den Industrieländern wird aber täglich etwa die 9 doppelte Fettmenge verzehrt. Dies führt zum Abbau von Reservefett und ist eine Ursache für Übergewicht. Bei der Verdauung werden Fette einer teilweisen oder vollständigen Esterspaltung unterworfen. Nur die Spaltprodukte, nicht aber die Moleküle des Fetts können die Darmwand durchqueren. Anschliessend werden köpereigene Fett-Moleküle synthetisiert. Sie können biochemischen Reaktionen zugeführt werden, als Reservefett gelagert oder unter Bildung von Kohlenstoffdioxid und Wasser abgebaut werden. 2.5.4 Weitere Aufgaben von Fetten 2 Fett stellt für den menschlichen Körper nicht nur ein Energiedepot dar; es isoliert auch gegen Wärmeverlust und schützt empfindliche Organe vor Stössen. Quelle: meinbezirk.at Obwohl Fette als Energiespeicher durch Kohlenhydrate ersetzbar sind und auch Körperfett aus Kohlenhydraten aufgebaut werden kann, erkranken Menschen bei einer völlig fettfreien Ernährung. Der Grund dafür ist, dass einige der in den Fetten gebundenen Fettsäuren zur Aufrechterhaltung wichtiger Körperfunktionen benötigt werden, vom menschlichen Stoffwechsel aber nicht hergestellt werden können. Der tägliche Bedarf eines Menschen an diesen essenziellen Fettsäuren wird mit 10 Gramm angegeben. Es ist deshalb notwendig, mit der Nahrung Fette aufzunehmen, in denen ein hoher Anteil an Triglyceriden mit essenziellen Fettsäuren vorhanden ist. Solche finden sich vor allem in pflanzlichen Fetten. Eine zusätzliche Aufgabe haben Fette in Verbindung mit dem Vitaminstoffwechsel: Bestimmte Vitamine können nur zusammen mit Fetten aufgenommen werden, da sie fett, aber nicht wasserlöslich sind. Dazu gehören die Vitamine A, D, E und K. 10 Aufgabe I: Wie viele verschiedene Triglyceride können bei der Reaktion von Glycerin mit einem Gemisch aus Palmitin- und Stearinsäure gebildet werden? Stelle die Konstitution der verschiedenen Fett-Moleküle schematisch dar. Aufgabe II: Fleckenpasten werden eingesetzt, um Fettflecken zu entfernen. Worauf beruht ihre Wirkung? Aufgabe III: Nenne möglichst viele Funktionen von Fetten im menschlichen Körper. Aufgabe IV: Begründe, warum Türschlösser nicht mit Speiseöl geölt werden sollen. Aufgabe V: Erläutere, warum brennendes Fett nicht mit Wasser gelöscht werden darf. Wie löscht man im Haushalt brennendes Fett? Aufgabe VI: Wodurch unterscheiden sich flüssige und feste Fette in ihrer Zusammensetzung? 11 3. Kohlenhydrate2 Eine der wichtigsten chemischen Reaktionen auf der Erde ist die Fotosynthese. Dabei stellen Pflanzen aus Kohlenstoffdioxid und Wasser mit Hilfe von Sonnenenergie und Chlorophyll energiereiche Kohlenstoffverbindungen her. Etwa ein Tausendstel der auf die Erdoberfläche auftreffenden Sonnenenergie wird durch die Fotosynthese in Form von chemischer Energie gespeichert. Die durch Fotosynthese gebildeten Stoffe wie Zucker und Stärke werden als Reservestoffe in Früchten und Samen, Blättern und Stängeln, Wurzeln und Knollen gespeichert. Diese von den Pflanzen aufgebauten Nährstoffe bilden die grundlegende Energiequelle praktisch aller Lebensvor- Quelle: eqiooki.de gänge. Die gespeicherte Sonnenenergie wird im Körper von Mensch und Tier wieder frei. Auch der Gerüststoff der Pflanzen, die Cellulose, ist ein Fotosyntheseprodukt. Cellulose ist der bedeutendste nachwachsende Rohstoff: Durch die Fotosynthese werden jährliche zwischen 50 und 100 Milliarden Tonnen weltweit neu gebildet. Damit ist sie die häufigste organische Verbindung auf der Erde. 3.1 Was sind Kohlenhydrate2 Versetzt man Zucker mit konzentrierter Schwefelsäure, so zersetzt er sich unter Bildung von Kohlenstoff; auch beim Erhitzen von Zucker in einem Reagenzglas tritt eine Verkohlung ein, und an der Glaswand bildet sich Kondenswasser. Stärke und Cellulose verhalten sich beim Erhitzen ähnlich. Genauere Untersuchungen dieser Stoffe ergeben, dass in ihnen neben Kohlenstoff-Atomen auch Wasserstoff- und Sauerstoff-Atome gebunden sind. Beide kommen meist im gleichen Anzahlverhältnis wie im Wasser-Molekül vor, nämlich 2:1; ihre allgemeine Formel ist Cx(H2O)y. Daher bezeichnet man diese Stoffe als Kohlenhydrate. Man nennt sie auch Zucker oder Saccharide (lat. saccharum, Zucker). 12 Nach ihrem molekularen Aufbau werden sie in verschiedene Klassen eingeteilt. Ihre Namen haben meist die Endung „-ose“. Die einfachsten Kohlenhydrate Quelle: cmapspublic.ihms.us sind die Monosaccharide: Sie lassen sich durch Hydrolyse nicht in kleinere Einheiten zerlegen. Die Moleküle der Disaccharide entstehen durch Zusammenschluss (Kondensation) von zwei Monosaccharid-Einheiten. Polysaccharide sind Makromoleküle, die aus mehreren Tausend Monosaccharid-Einheiten aufgebaut sein können. 3.2 Glucose (Traubenzucker)2 Glucose ist das wichtigste Monosaccharid. Sie kommt in vielen süssen Früchten und im Honig vor. Im menschlichen Körper wird Glucose sehr schnell ins Blut aufgenommen. Deshalb ist Traubenzucker bei körperlicher Anstrengung ein schnell wirkendes Stärkungsmittel. Das menschliche Blut enthält 0.1% Glucose. Glucose ist ein kristalliner, farbloser Stoff. Er ist gut wasserlöslich, aber unlöslich in Benzin und anderen unpolaren Lösungsmitteln. Seine Summenformel ist C6H12O6. Das offenkettige Molekül weist fünf Hydroxygruppen und eine Aldehydgruppe auf. Monosaccharide, deren Moleküle wie die der Glucose eine Al- Quelle: wikipedia.org dehydgruppe aufweisen, werden als Aldose bezeichnet. Der Nachweis der Glucose beruht in der Regel auf der reduzierenden Wirkung der Aldehydgruppe und kann mit Hilfe der Silberspiegelprobe erfolgen. Oft wird auch die FehlingProbe ausgeführt: Aus gleichen Teilen FehlQuelle: wikipedia.org ing’scher Lösung I und II entsteht ein tiefblaues 13 Reagenz; die Farbe rührt von Kupfer(II)-ionen her. Mit Glucose bildet sich in der Hitze und unter dem Einfluss der Aldehydgruppe ein ziegelroter Niederschlag, der Kupfer(I)oxid enthält. Bei der Reaktion wird die Aldehydgruppe der Glucose zur Carboxygruppe oxidiert. Auch das in der Medizin übliche Glucosetestverfahren zum Nachweis der Glucose beruht auf der reduzierenden Wirkung der Aldehydgruppe. Da die Reaktion enzymatisch katalysiert wird, zeigt wegen der Substratspezifität des Enzyms nur Glucose eine positive Reaktion. Glucose zeigt aber nicht alle für Aldehyde typischen Reaktionen: So lässt sich die für Aldehyde typische Rotfärbung mit Fuchsinschwefliger Säure nicht beobachten. Der Grund dafür ist, dass neben offenkettigen Molekülen auch isomere Ringformen ohne Aldehydgruppe auftreten. Quelle: abiweb.de Sie kommen dadurch zustande, dass die Hydroxygruppe am fünften C-Atom mit der Aldehydgruppe reagiert. 3.3 Fructose2 Zusammen mit Glucose kommt in vielen Früchten und im Honig ein weiterer süss schmeckender Stoff vor: die Fructose (Fruchtzucker). Aus wässrigen Lösungen kristallisiert sie sehr schlecht aus und bildet stattdessen eine sirupartige Flüssigkeit. Fructose findet als Süssungsmittel für Diabetiker Verwendung, da sie unabhängig von Insulin im menschlichen Stoffwechsel abgebaut werden kann. Wie Glucose hat auch Fructose die Summenformel C6H12O6. Anders als beim Glucose-Molekül liegt aber keine Aldehydgruppe, sondern eine Ketogruppe am C-2-Atom vor. Monosaccharide, deren Moleküle wie die der Quelle: wikipedia.org Fructose eine Ketogruppe aufweisen, werden als Ketone bezeichnet. 14 Ähnlich wie die Glucose bildet Fructose ebenfalls ringförmige Isomere, die in wässriger Lösung miteinander im Gleichgewicht stehen. Neben der Kettenform des Moleküls enthält das Gleichgewicht zwei verschiedene Arten ringförmigen Molekülen, Quelle: wikipedia.org von die als Pyranose beziehungsweise Furanose bezeichnet werden. Der Name wird von Pyran (C5H6O) bzw. von Furan (C4H4O) abgeleitet, die ein entsprechend gebautes ringförmiges Molekül besitzen. 3.4 Ribose und Desoxyribose2 Die Träger der Erbinformation in den Zellkernen, die DNA und die RNA, sind Verbindungen der Ribose und der 2-Desoxyribose (das Präfix „2Desoxy“ bezeichnet die Entfernung eines O-Atoms am C-2-Atom der Ribose). Diese Monosaccharideinheiten liegen in den Nucleinsäuren als Fünfringe (Furanosen) vor. Quelle: schullv.de Aufgabe VII: Glucose und Fructose weisen beide die Summenformel C6H12O6 auf. Wodurch unterscheiden sich die offenkettigen Moleküle beider Stoffe? 15 4. Fingerabdrücke3 4.1 Die wundersamen Muster der Fingerabdrücke3 Habt ihr schon einmal eure Handinnenflächen und eure Fingerkuppen genauer unter der Lupe angesehen? Dort erkennt ihr wundersame Muster. Ihre Struktur steht mit dem Bau der Haut im Zusammenhang. Beschäftigt euch jetzt mit dem Aufbau unserer Haut. Unsere Haut – was steckt alles in ihr? Die Haut unseres Körpers ist überall aus drei Schichten aufgebaut. Sie An den Fingerkuppen befinden sich feine Linien – wie entstehen sie? werden als „Unterhaut“, „Lederhaut“ und „Oberhaut“ bezeichnet. Die Unterhaut (Subcutis) Durch die Unterhaut wird die gesamte Haut an Muskeln, Organen und Knochen befestigt. Sie besteht größtenteils aus Fettgewebe und dient als Isolierschicht, Energiespeicher und Stoßdämpfer. Zudem finden sich dort auch Bindegewebe und Blutgefäße. Die Lederhaut (Dermis) Sie liegt über der Unterhaut und in ihr befinden sich Blutgefäße zur Durchblutung, Schweißdrüsen, Haare und Rezeptoren. Mithilfe der Rezeptoren können wir Wärme, Kälte, Berührungen und Schmerzen empfinden. Die Oberhaut (Epidermis) Die Oberhaut ist die Haut, die wir sehen. Sie ist meist sehr dünn. Ihre Dicke entspricht in etwa der einer Buchseite. Die äußerste Schicht der Oberhaut ist verhornt. Diese Schicht aus Hornhaut wird als „Hornschicht“ bezeichnet. Sie besteht aus abgestorbenen Zellen. Durch die Papillarschicht (fingerförmige Einstülpungen, siehe Abbildung) ist sie mit der Lederhaut verzahnt. Je nach mechanischer Beanspruchung sind diese sogenannten Papillen unterschiedlich stark ausgeprägt. An Stellen mit starker mechanischer Beanspruchung sind 16 die Papillen besonders ausgebildet. Deshalb finden wir je nach Körperregion verschiedene Oberflächen der Oberhaut. Dabei wird zwischen Felder- und Leistenhaut unterschieden. Die Felderhaut ist in kleine rautenförmige Felder gegliedert und fast eben. Zwischen den Feldern befinden sich feine Furchen. Demgegenüber ist die Leistenhaut deutlich gerippt, wesentlich dicker als die Felderhaut und widerstandsfähiger, da aufgrund der hohen Beanspruchung dort die Papillen besonders stark ausgestaltet sind. In der Leistenhaut befinden sich zudem keine Haare. Dort sind Papillarlinien (Hautleisten) zu erkennen. Diese Leistenmuster entstehen aufgrund der Anordnung der Papillen in Längsreihen. Diese Papillarlinien bilden die verschiede artigen Muster aus. Aufgabe VIII: Beschrifte folgende Abbildung. 17 Aufgabe IX: a) Betrachtet mit der Haut der Fingerkuppen und der Haut am Unterarm zwei verschiedene Hauttypen. Verwendet dazu auch eine Lupe. b) Zeichnet in der Tabelle von jedem Hauttyp das Hautbild. c) Notiert in der Tabelle, was für die Oberflächenbeschaffenheit des jeweiligen Hauttyps charakteristisch ist. Hauttyp I (Fingerkuppe) Hauttyp II (Haut am Unterarm) Zeichnung Charakteristische Merkmale Bezeichnung des Hauttyps d) Ordnet die von euch beschriebenen Hauttypen der Felderhaut bzw. der Leistenhaut zu, indem ihr diese Bezeichnungen unten in der Tabelle eintragt. Tipp Lest euch den Text über die charakteristischen Merkmale der Felder- und Leistenhaut nochmals genau durch. 18 4.2 Welche Rolle spielen Fingerabdrücke3 Fingerabdrücke – individuelle Visitenkarten jedes Menschen Die Leistenmuster der Leistenhaut (Papillarlinien) hinterlassen Spuren, wenn wir etwas berühren, die berühmten Fingerabdrücke. Dies ist möglich, da die Haut Schweiß über die Schweißporen absondert. Schweiß besteht zum größten Teil aus Wasser. Verdunstet es, bleiben die restlichen Inhaltsstoffe als Abdrücke zurück. Dabei handelt es sich insbesondere um Aminosäuren, Natriumchlorid, Harnstoff, Harnsäure und Fette. Die Kriminalistik nutzt Fingerabdrücke, um Verbrecher zu identifizieren und zu überführen. Hat ein Einbrecher beispielsweise am Fenster Fingerabdrücke hinterlassen, so können sie mit den Fingerabdrücken möglicher Verdächtiger verglichen werden. Einzigartigkeit und Unveränderbarkeit – warum Fingerabdrücke von besonderem Wert sind Fingerabdrücke erfüllen zwei Bedingungen, die für die erfolgreiche Identifizierung von Tätern eine wichtige Voraussetzung sind. Sie sind einzigartig und unveränderlich. 1. Fingerabdrücke sind einzigartig: Das Muster der Fingerabdrücke wird einerseits durch Erbanlagen bestimmt, andererseits auch durch die individuelle Entwicklung im Mutterleib. Daher gleicht kein Fingerabdruck dem anderen. Die Fingerabdrücke eineiiger Zwillinge ähneln sich zwar, unterscheiden sich aber dennoch in einigen Details. Diese reichen in der Regel zur eindeutigen Identifizierung aus. 2. Fingerabdrücke bleiben unverändert: Das spezifische Muster der Hautleisten (Papillarlinien) entwickelt sich bereits im Mutterleib im vierten Embryonalmonat. Es ist auf der einen Seite genetisch festgelegt, auf der anderen Seite spielen Einflüsse im Mutterleib wie Ernährung, Temperatur und Druck ebenfalls eine Rolle. Nach der Geburt verändert es sich dann, bis auf eine Ausdehnung infolge von Wachstum, nicht. Eine Beschädigung der Haut kann zur Narbenbildung führen. Solche Narben sind auch im Fingerabdruck zu sehen. Sie lassen sich als Identifikationsmerkmal heranziehen. 19 4.3 Die Daktyloskopie – Was steckt hinter dieser Methode3 Um Fingerabdrücke zu vergleichen, ist es nötig, die Muster in den Papillarleisten zu identifizieren. Damit beschäftigt sich der Wissenschaftszweig der Daktyloskopie. Der Begriff „Daktyloskopie“ rührt von den altgriechischen Wörtern dáktylos „Finger“ und skopiá „Ausschauen“ her. Die Daktyloskopie ist eine Methode zur Identifizierung von Personen. Sie befasst sich mit der Aufnahme und dem Vergleich von Abdruckspuren der Haut. Mit ihrer Hilfe können Täter überführt werden. Dabei ermöglichen es sogenannte Grobkategorien (Grundmuster), schnell Ähnlichkeiten und Unterschiede in den Mustern der Fingerabdrücke zu erkennen. Es werden drei Grundmuster unterschieden: Schleifen, Wirbel und Bögen. Die Grobkategorien – daktyloskopische Grundmuster 1. Schleifen: Etwa 58 % der Grundmuster von Fingerabdrücken sind Schleifen. Bei der Schleife kommen die Linien von einer Seite, machen einen Bogen und führen wieder zurück in die gleiche Richtung. Je nach der Seite, von der die Linien ausgehen, unterscheidet man linke und rechte Schleifen. 2. Wirbel: Nahezu 37 % der Grundmuster sind Wirbel. Die Linien verlaufen von beiden Seiten zur Mitte und bilden dort Kreise oder Spiralen. Wirbel ähneln dem Buchstaben „O“. 3. Bögen: Nur ca. 5 % aller Grundmuster sind Bögen. Bei einem Bogen ziehen sich die Linien von einer Seite zur anderen und formen eine Wölbung in der Mitte. 20 Übersicht über die daktyloskopischen Grundmuster Grundmuster Schema Fingerabdruck Rechte Schleifen Schleife Linke Schleife Wirbel Flacher Bögen Bogen Gewölbter Bogen Aufgabe X: Ordne die Fingerabdrücke den Grundmustern zu. Trage dazu die Buchstaben an der entsprechenden Stelle in der Tabelle ein. 21 4.4 Von den feinen Merkmalen im Fingerabdruck3 Minutien – Merkmale zur eindeutigen Identifizierung Bereits die Grundmuster ermöglichen eine Zuordnung der Fingerabdrücke. Doch für eine eindeutige Identifizierung eines Täters müssen zudem noch feinere Merkmale herangezogen werden. Dies sind in erster Linie die sogenannten Minutien. Als „Minutien“ werden die Endungen und Verzweigungen der Papillarlinien bezeichnet. Findet man am Tatort Fingerabdrücke, so werden sie gesichert und mit den Fingerabdrücken von Verdächtigen verglichen. Um eine Person rechtskräftig als Verursacher des Abdrucks zu überführen, müssen mindestens zwölf Merkmale in Lage und Form übereinstimmen. Aufgabe XI: In der Abbildung sind Minutien dargestellt und durch Nummern gekennzeichnet. Ordnet den Minutien im Fingerabdruck die richtige Nummer zu. 22 Aufgabe XII: Erstellt Fingerabdrücke. Dabei bringt jeder von euch seinen eigenen Abdruck auf ein Blatt Papier auf. Geht dabei folgendermaßen vor: 1. Drückt eure Zeigefinger in das Stempelkissen und macht einen Abdruck auf einem Blatt Papier. 2. Jeder von euch betrachtet seinen Fingerabdruck unter der Lupe. Dann benennt er die Grundmuster und Minutien, die er erkennt. 3. Vergleicht eure Fingerabdrücke untereinander 4.5 Wie lassen sich Spuren sichtbar machen3 Fingerabdrücke sind einzigartig und unveränderbar. Daher können mit ihnen Verbrecher überführt werden. Eine Voraussetzung ist allerdings, dass diese keine Handschuhe tragen. Sind Fingerabdrücke vorhanden, so sind diese zunächst im Verborgenen. Lernt zwei Verfahren kennen, mit denen sie sichtbar gemacht werden können. Grafit bringt den Abdruck ans Licht – ein physikalisches Verfahren Physikalische Verfahren nutzen den Effekt aus, dass bestimmte Reagenzien wie beispielsweise Grafit von den Bestandteilen des Schweißes stärker angezogen werden als von der Unterlage. Dadurch bleiben sie an den Spuren des Fingerabdrucks besser haften und der Abdruck wird sichtbar. Diese Verfahren eignen sich besonders für Materialien mit glatter Oberfläche wie Glas, Kunststoff und Porzellan. Die Fingerabdrücke können dann mit einem Klebestreifen gesichert und beschriftet werden. Versuch 1 Macht jetzt einen Fingerabdruck auf einem Objektträger sichtbar. Material (pro Gruppe) 1 Pinsel 1 Objektträger Grafitpulver Klebeband 1 Blatt Papier 23 Versuchsdurchführung Abbildung: Beim physikalischen Verfahren verwendet man häufig Grafitpulver. Es wird auf der Oberfläche, auf der man Fingerabdrücke vermutet, aufgebracht und macht den Abdruck sichtbar. Einer von euch erstellt auf dem Objektträger einen Fingerabdruck des Zeigefingers. Geht dann folgendermaßen vor, um ihn sichtbar zu machen: 1. Verteilt mit dem Pinsel vorsichtig Grafitpulver auf dem Objektträger. 2. Nehmt einen Streifen des Klebebands (die Klebefläche nicht berühren!) und klebt es auf den Fingerabdruck. 3. Nehmt den Klebestreifen ab und klebt ihn auf ein weißes Blatt Papier. Dem Fingerabdruck mit einem chemischen Verfahren auf der Spur Beim chemischen Verfahren reagieren die Bestandteile des Schweißes und das Reagenz miteinander. Es entsteht eine neue Verbindung, die direkt oder unter Zuhilfenahme von UV-Licht zu sehen ist. Diese Methode eignet sich gut für poröse Oberflächen wie beispielsweise Papier. Ein solches Reagenz ist Ninhydrin. Es reagiert mit den Aminosäuren aus dem Schweiß unter Bildung eines Farbstoffs. Versuch 2 Macht jetzt mit Ninhydrin einen Fingerabdruck sichtbar. 24 Material (pro Gruppe) Ninhydrin-Lösung (Xn) Handschuhe 1 Blatt Papier Schutzbrillen 1 Heizplatte, 1 Pinzette Arbeitsplatz mit Abzug Versuchsdurchführung Einer von euch erstellt auf einem Blatt Papier einen Fingerabdruck. Anschließend macht ihr ihn mit Ninhydrin-Lösung sichtbar. Hinweis: Dabei sollte nicht derselbe Schüler zum Zuge kommen, von dessen Finger bereits beim physikalischen Verfahren ein Abdruck erstellt wurde, sondern ein anderer. Abbildung: Ninhydrin macht beim chemischen Verfahren den Fingerabdruck sichtbar. Im Umgang mit Ninhydrin ist Vorsicht geboten (siehe Sicherheitshinweise)! Geht folgendermaßen vor: 1. Der Schüler, von dem ein Fingerabdruck erstellt wird, zieht für ca. 5 Minuten die Handschuhe an. Dies ist nötig, damit die Hände ein wenig schwitzen. 2. Jetzt zieht er die Handschuhe wieder aus und macht einen Abdruck von einem Finger auf dem Blatt Papier. 3. Der Lernende zieht die Handschuhe wieder an und setzt eine Schutzbrille auf. Er besprüht die Stelle des Fingerabdrucks mit Ninhydrin-Lösung. Wichtiger Hinweis: Die von der Lösung ausgehenden Dämpfe dürfen nicht eingeatmet werden! 4. Stellt die Heizplatte auf ca. 80 °C ein. Legt das Papier mit der Pinzette für kurze Zeit auf die Heizplatte. Hinweis: Achtet darauf, dass das Papier nicht verbrennt. 25 Achtung! Wichtige Sicherheitshinweise für den Umgang mit Ninhydrin – Ninhydrin ist leicht entzündlich. Die Lösung muss vor Hitze geschützt werden und von Zündquellen ferngehalten werden. – Ninhydrin ist ätzend! Geht mit der Lösung vorsichtig um! Ihr dürft während der Arbeit nicht essen oder trinken. – Dämpfe, die von der Lösung ausgehen, dürfen nicht eingeatmet werden. – Die Lösung darf nicht mit den Augen in Kontakt geraten. Bei Berührung mit den Augen müssen diese sofort ausgespült werden und ein Arzt konsultiert werden. • Tragt bei der Arbeit mit der Lösung unbedingt Handschuhe und Schutzbrille! • Arbeitet mit der Lösung nur unter dem Abzug! • Verschließt den Behälter mit der Lösung immer! • Wascht euch nach der Arbeit die Hände gründlich! 26 4.6 Wer hat die Sparkasse in Nunheim überfallen3 Banküberfall in Nunheim – kann der Täter durch Fingerabdrücke überführt werden? Pünktlich um 9:00 Uhr schließt der Angestellte Herr Meier die Tür der örtlichen Sparkasse in Nunheim auf. Kunden stehen noch keine vor der Tür. Die Sparkasse ist sehr klein. Sie hat nur einen Tresen. Normalerweise sind mindestens zwei Angestellte in der Filiale. Doch heute hat der Kollege Herrn Meier informiert, dass er sich durch einen Stau verspätet. Herr Meier ist nicht gern alleine in der Sparkasse. Nervös rückt er seine Krawatte zurecht. Plötzlich fliegt die Tür auf. © Thinkstock Eine maskierte Person steht mit einer geladenen Waffe am Tresen vor ihm: „Geld raus, sonst knallt’s!“, weist der Maskierte den Bankangestellten an und wirft ihm einen Sack hin. Herr Meier tut, wie ihm befohlen wurde, und räumt das Geld aus der Kasse in den Beutel. Der Maskierte nimmt den Sack, dreht sich wortlos um, zieht die Tür auf und verschwindet. Sofort alarmiert Herr Meier die Polizei. Kurz darauf sind die Kriminalbeamten bereits da und befragen ihn. Herr Meier gibt zu Protokoll, der Maskierte sei sehr schmal gebaut und ca. 1,70 m groß gewesen. Gefragt nach weiteren Auffälligkeiten, bringt Herr Meier die Täterstimme mit einem Jugendlichen aus seiner Nachbarschaft in Verbindung. Er ist sich jedoch nicht völlig sicher. Am Türgriff gelingt es der Spurensicherung, zwei Fingerabdrücke zu sichern. Des Weiteren befindet sich am Tresen ein Abdruck. Um einen Vergleich der Abdrücke anzustellen, werden Herrn Meier und dem verdächtigen Jugendlichen Fingerabdrücke abgenommen. Aufgabe XIII: a) Findet heraus, ob der Verdächtige als Täter infrage kommt. Ordnet dazu die drei gefundenen Fingerabdrücke den jeweiligen Personen zu. b) Könnt ihr aus dem Ergebnis eine Schlussfolgerung ziehen? Notiert eure Überlegungen. Fingerabdrücke vom Daumen (an der Tür und am Tresen der Bank): Tür Tür Tresen 27 Fingerabdrücke von Herrn Meier und dem Verdächtigen: Rechte Hand © Arnold & Kremer © www.colourbpx.com Linke Hand © www.colourbpx.com Verdächtiger (Herr Schwarz) © Arnold & Kremer Die Daumenabdrücke Herr Meier (Bankangestellter) 5. Quellen 1 https://www.fedpol.admin.ch/dam/data/fedpol/sicherheit/personenidentifikation/BEA/buch-d.pdf 2 Elemente – Grundlagen der Chemie für Schweizer Maturitätsschulen (Klett und Balmer Ver- lag Zug), 2007 3 Dem Verbrechen auf der Spur – forensische Methoden mit Haut und Haar, Julia Arnold & Kerstin Kremer, Universität Kassel
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