Exzellent erklärt - Spitzenforschung für alle

Unser Gehirn steuert und beeinflusst Prozesse und Krankheiten in mehr oder weniger höherem Maße, das ist seit Jahren bekannt. Unter diesem Aspekt wird die Forschung am CECAD zu zwei Krankheiten näher beleuchtet: Depression und Fettleibigkeit. Doch nicht nur das, beides wird auch unter dem Aspekt des Alterns erforscht.

Jedes Jahr erhalten etwa eine halbe Millionen Menschen in Deutschland die Diagnose Krebs ([Quelle](https://www.krebsinformationsdienst.de/forschung/krebszahlen )). Die Krankheit war 2023 die [zweithäufigste Todesursache](https://www.destatis.de/DE/Themen/Gesellschaft-Umwelt/Gesundheit/Todesursachen/_inhalt.html ) in der Bundesrepublik. Das Alter ist und bleibt der Hauptrisikofaktor für die Erkrankung, was vor dem Hintergrund steigender Lebenserwartung und einer immer älter werdenden Bevölkerung nach neuen Maßnahmen und Therapien ruft. Glücklicherweise arbeiten Forschende weltweit tagtäglich an der Entwicklung neuer Therapien oder der Weiterentwicklung bestehender. Darunter ist auch Jun. Prof. Dr. Josef Leibold. Zusammen mit seinem Team will er die sogenannte „CAR-T-Zell Therapie“, eine innovative Krebsimmuntherapie, verbessern.

Die Folgen des Klimawandels gefährden Ernten und damit die Ernährung der Weltbevölkerung. Auch wenn wir ein jahrhundertealtes Wissen über die Landwirtschaft haben, fehlt noch das konkrete Wissen darüber, warum Pflanzen so sind, wie sie sind. Besonders die neuen Herausforderungen machen es nötig herauszufinden, wie Pflanzen auf bestimmte äußere Gegebenheiten reagieren. Am Exzellenzcluster CEPLAS arbeiten die Forscherinnen und Forscher mit Computermodellen, um verschiedene Szenarien durchzugehen und neue Hypothesen zum Stoffwechsel der Pflanzen aufzustellen.

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Im Projekt „Syntopische Architekturen“ wollen Forscherinnen und Forscher natürliche Strukturen in die Architektur integrieren, die in Verbindung zu dem Ort stehen, an dem gebaut wird. Ein Beispiel dafür ist das Arbeiten mit Käferholz, also mit Holz, das vom Borkenkäfer befallen wurde. Die Berücksichtigung von Materialien, die in der direkten Umgebung und ihren Kreisläufen vorkommen, macht die syntopische Architektur zu einer besonders nachhaltigen Form des Bauens und Wohnens. Wer in Berlin ist, sollte sich das Activarium ansehen. Das ist der Showroom in Berlin-Mitte, in dem man die am Cluster erarbeiteten Prototypen sehen und testen kann. Dazu gehören auch die Objekte, von denen Karola Dierichs in der Podcast-Folge spricht.

In der Biologie gibt es noch viele Rätsel zu lösen. Beispielsweise verstehen wir noch nicht, wie es Tiere wie der Axolotl schaffen, Gliedmaßen nachwachsen zu lassen. Wir wissen auch nicht, wie Muskeln aufgebaut sind und funktionieren. All das versucht das Exzellenzcluster „Physik des Lebens“ mit den Werkzeugen der Physik zu entschlüsseln. Teilweise geschieht das durch Experimente, teilweise durch Simulationen. Es wird zudem auf verschiedenen Skalen gearbeitet, von der kleinsten mit RNA, DNA und Proteinen bis hin zu den größeren, sichtbaren Skalen.

Die Speicherung von Energie ist eines der großen Themen unserer Zeit. Die Photoelektrokatalyse kann hier einiges bewirken. Beispielsweise könnten Solarbatterien gleichzeitig Sonnenlicht aufnehmen, umwandeln speichern und wieder abgeben. Wichtig in dieser Grundlagenforschung ist es, die richtigen Materialien zu finden, um eine möglichst effiziente Arbeitsweise sicherzustellen. Dabei tauchen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler tief in den Nanokosmos ein und spüren Eigenschaften auf, die die Leistungsfähigkeit enorm prägen.

Das Verhalten einzelner Atome und Moleküle kann man in der Quantenphysik sehr gut vorhersagen. Schwieriger wird das, wenn sich viele Teilchen zusammentun und kollektive Effekte eine wichtige Rolle spielen. Da sind noch viele Fragen offen. Die Quantensimulation – und zwar nicht am Computer, sondern im Labor – soll helfen, diese Fragen zu beantworten. Zum Beispiel möchte man herausfinden, wie genau Hochtemperatur-Supraleiter funktionieren – und ob man es durch das bessere Verständnis schaffen kann, diese Supraleiter eines Tages dann auch bei Raumtemperatur zu betreiben.

Wie wäre es, den Händedruck eines entfernten Kollegen oder die Umarmung eines geliebten Menschen über das Internet zu spüren? Wie nah sind wir dran, dies Wirklichkeit werden zu lassen? Der Exzellenzcluster CeTI der TU Dresden leistet Pionierarbeit bei der Erforschung der Übertragung von Berührungen über das Internet, welches wichtige Bereiche unseres Lebens revolutionieren wird.

Der Exzellenzcluster „Politics of Inquality“ befragt in seinem Ungleichheitsbarometer regelmäßig 6000 Menschen danach, welche Erfahrungen von Ungleichheit sie machen. Dabei geht es beispielsweise um Einkommen oder Vermögen, aber auch um Gesundheit oder Klimawandel. Manche Ergebnisse überraschen sehr, beispielsweise dass sich die meisten Menschen der Mittelklasse zuordnen, obwohl sie dort auf ihr Einkommen bezogen gar nicht hingehören. Warum das so ist und was das für politische Wahlentscheidungen bedeutet, erklärt Prof. Dr. Marius R. Busemeyer. Prof. Dr. Claudia Diehl widmet sich im Forschungsprojekt „PerFair“ Schülerinnen und Schülern um herauszufinden, ob diese bereits ein Gefühl der Ungleichheit haben und wie dieses entsteht. Dazu wurden insgesamt etwa 3000 Jugendliche und deren Eltern befragt.

Was wissen wir über Bakterien? Dieses Mal geht es um Bakterien, Antibiotika und Resistenzen. Zunächst sprechen wir mit Prof. Dr. Hannes Link darüber, wie der Stoffwechsel bei Bakterien funktioniert—denn wenn wir diesen verstehen, können Bakterien kontrolliert und so gezielt für unsere Zwecke eingesetzt oder unschädlich gemacht werden. Das zweite Thema sind Resistenzen und neue Antibiotika. Prof. Dr. Nadine Ziemert spricht mit uns über eine drohende Antibiotikakrise und erklärt, wie die Suche nach neuen Antibiotika mit modernsten Methoden funktioniert. Auf der Suche nach neuen Wirkstoffen gegen antibiotikaresistente Bakterien ist ihrem Team die Zeitreise zu einem Ur-Antibiotikum gelungen.

Essen spielt in unserer Welt eine große Rolle. Wir feiern, indem wir gemeinsam Speisen zu uns nehmen. Wir genießen besonders gute Lebensmittel. Und wir kochen für andere Menschen, um ihnen etwas Gutes zu tun. In dieser Episode haben wir zwei Forscherinnen zu Gast, die sich genauer angeschaut haben, wie Menschen und Bonobos (Menschenaffen) essen und was die Nahrungsaufnahme mit dem Sozialverhalten zu tun hat.

In Südamerika gibt es alte Frauen, die eine ganz bestimmte Art von Tätowierung besitzen. Am Unterarm wurde ihnen ein Tattoo gestochen, das zum Beispiel die Initialen ihres Ehemannes zeigt und weitere Zeichen. Es handelt sich um Frauen, deren Vorfahren als Vertragsarbeiter aus Indien in die damaligen britischen und niederländischen Kolonien gebracht wurden. Sinah Kloß erforscht diese alte Tattoo-Tradition, die mittlerweile als überholt gilt, daher tragen junge Frauen keine derartigen Tätowierungen mehr.

Lange Zeit war es in der Afrikaforschung üblich, aus dem globalen Norden zu forschen. Das Exzellenzcluster „Africa Multiple“ geht neue Wege, indem neben dem Bayreuther Cluster vier quasi gleichberechtigte Standorte auf dem afrikanischen Kontinent eingerichtet wurden. Gemeinsam werden nun in den fünf Zentren viele Forschungsprojekte auf den Weg gebracht, die die afrikanische Perspektive in den Fokus stellen. Geforscht wird beispielsweise zu einem islamischen Kulturarchiv und zu Erinnerungsorten des jahrhundertelangen Sklavenhandels, dessen Folgen sich bis heute in den Gesellschaften Afrikas und der weiteren betroffenen Länder wie Brasilien und Nordamerika abzeichnen.

Der Exzellenzcluster POLIS forscht an Batterien, die ohne Lithium funktionieren. Das Ziel kann zum Beispiel eine Natrium-Ionen-Batterie sein, die ohne kritische oder seltene Stoffe auskommt und zudem noch bessere Leistungen bringen kann, beispielsweise bei niedrigen Temperaturen im Winter. Aber wie funktioniert so eine Batterie überhaupt? Und welche Alternativen gibt es? Und vor allem: Vor welchen Herausforderungen stehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in diesem Bereich?

In dieser Podcastfolge beantworten der MATH+ Cluster-Sprecher, Prof. Michael Hintermüller und die Nachwuchsgruppenleiterin Dr. Sarah Wolf die spannende Frage, ob Mathematik die Welt verbessern kann. Sie sprechen darüber, wie sich die anwendungsorientierte Mathematik von MATH+ mit anderen Disziplinen bei relevanten Zukunftsfragen einbringt, zum Beispiel bei der nachhaltigen Energieversorgung und Mobilität, der Verkehrsplanung und Batterieforschung für langlebigere Akkus von Handys und Elektroautos. Sie sprechen auch darüber, wie mit Hilfe mathematischer Modelle schmerzstillende Medikamente entworfen werden, die wirksam sind, aber nicht süchtig machen. Die Themenvielfalt bei MATH+ ist unglaublich breit, denn Mathematik ist viel mehr als Rechnen: „Mathematik ist überall“!

Neutrinos sind Elementarteilchen, die im Standardmodell der Teilchenphysik, sozusagen dem Baukasten der Natur, vorkommen. Sie bilden einen wichtigen Forschungsschwerpunkt im Cluster PRISMA+ und werden anhand großer Experimente rund um den Globus untersucht. Das Ziel ist, mehr über diese Geisterteilchen zu erfahren – zum Beispiel, welche Masse sie haben.

Computersimulationen haben viele Vorteile: Sie sind schneller und kostengünstiger als Experimente im Labor, und manches wäre in der Realität gar nicht möglich, zum Beispiel Beobachtungen über sehr lange Zeiträume in der Astronomie, oder als Experiment, wenn diese wie Crashtests sehr gefährlich sind. Doch die Computermodelle sind nur so gut wie die Methoden, mit denen sie ihre Berechnungen anstellen und die Daten, mit denen sie gefüttert werden. Mit herkömmlichen Methoden stoßen wir an Grenzen, wenn es darum geht hochkomplexe Phänomene wie Umweltereignisse oder biologische Systeme abzubilden. Das Exzellenzcluster „Daten-integrierte Simulationswissenschaft (SimTech)“ will beides vereinen: Große Datenmengen, die aus Erhebungen, Sensormessungen, Experimenten oder Simulationen zur Verfügung stehen, bilden die Grundlage innovativer Modellierungs- und Berechnungsmethoden. So können Vorhersagen und daraus resultierende Entscheidungen besser getroffen werden. Steffen Staab und Anneli Guthke geben Einblicke in die datenintegrierte Simulation.

Wir wissen noch erstaunlich wenig über Intelligenz. Zum Beispiel wissen wir nicht, wie sie entsteht. Das Cluster Science of Intelligence in Berlin versucht, dazu grundlegende Hypothesen aufzustellen. Dazu forschen sie sowohl an Tieren wie Kakadus oder Fischen, gehen aber auch neue Wege und programmieren Roboter, um bestimmte Verhaltensweisen zu erforschen.

Die Exzellenzcluster widmen sich nicht nur naturwissenschaftlichen Forschungsfragen, sondern natürlich auch den Geisteswissenschaften. Daher geht es diesmal um die Literaturwissenschaft und Theaterwissenschaft. Anna Luhn beschäftigt sich mit dem Konzept der literarischen Übersetzungen. Torsten Jost hingegen hat sich dem Theater verschrieben und erforscht, wie wir Aufführungen rezipieren und welche internationalen Konzepte sich mit der Bühne verbinden lassen.