01 zwischen genuss und sucht ab wann die alltagsdroge alkohol gefährlich wird d u n k e l h o c h h i n a u s a b w e s e n d auf der jagd nach gammastrahlen interview mit alexander gerst die geheimnisse der winterschläfer

grünes licht für bessere luft die grün und gelb leuchtenden farben unseres wissenschaftsbil- des verströmen einen hauch von frühling. doch bei dem abgebil- deten experiment wird es sicher nicht nach narzissen duften. wissenschaftler des karlsruher instituts für technologie (kit) forschen hier daran, schadstoff- emissionen von flugzeugen zu minimieren. ein schlüsselmoment ist der prozess, in dem treibstoff in die brennkammer eingespritzt wird. das untersuchen die for- scher im experiment. im oberen plexiglaskörper zerstäuben sie eine kerosinähnliche flüssigkeit. mithilfe modernster technik zeichnen die forscher den zerfall der flüssigkeit in tropfen auf und können ihn so untersuchen. eine andere methode ist die virtuelle simulation der zerstäubung – die software, die dazu genutzt wird, diente ursprünglich dazu, explosi- onen von galaxien zu berechnen. die kit-forscher ergänzten das programm um tsunami-simulati- onen und visuelle wassereffekte, die auch für filme und video- spiele genutzt werden. mit ihrem gewonnenen wissen konnten sie die einspritzdüsen schon entschei-  dend verbessern. franziska roeder www online mehr eindrucksvolle bilder aus der wissenschaft finden sie hier: www.helmholtz.de/ wissenschaftsbild helmholtz perspektiven | winter 2016/17 3

e d i t o r i a l liebe leserinnen, liebe leser, gehört für sie ein gläschen wein oder bier zu einem entspannten abend dazu? mir geht das so. aus gesundheitlicher sicht könnte das problematisch sein. rund elf liter reinen alkohol trinkt jeder deutsche im schnitt pro jahr. doch ab wann wandelt sich der genuss zur sucht? und wer ist besonders gefährdet? das lesen sie in unserer titelgeschichte. außerdem können sie mit uns das sternenstädtchen in moskau besuchen. hier trainiert alexander gerst für seinen zweiten flug zur iss. im interview erzählt er von experimenten im all, lieblingsplätzen auf der iss und seinen träumen für die zukunft. warum sich die raumfahrt für winterschläfer interessiert, erfahren sie im artikel „leben auf sparflamme“. hier verraten wir viele geheimnisse von winterschläfern. sie wollen zu einzelnen themen mehr wissen? folgen sie einfach den icons im heft und tauchen sie noch tiefer ein in die bunte welt der forschung. viel spaß beim lesen, anschauen und hören! annette doerfel pressereferentin abonnement möchten sie die druckausgabe der helmholtz perspektiven kostenlos beziehen? dann schreiben sie eine mail an: perspektiven@helmholtz.de helmholtz perspektiven 01/2018 5 08 40 36 26 32

helmholtz extrem das kleinste spektrometer f o r s c h u n g zum mitnehmen das mini-esr-spektrometer ermöglicht neue messmethoden. bild: b. schlecker der trend geht hin zum kleinen: seit jahren sind miniaturisierungen ein großes thema, auch in der elektronikbranche – kaum jemand kann sich noch vorstellen, an raumfüllenden computern zu arbei- ten. dabei werden die geräte nicht nur verklei- nert, sondern zudem mit neuen funktionen ausge- stattet. das ist forschern am helmholtz-zentrum berlin für materialien und energie (hzb) kürzlich gelungen: sie haben mit kollegen der universität stuttgart ein elektronenspinresonanz(esr)-spek- trometer entwickelt, das in einen schuhkarton passt. bislang brauchte man für den betrieb der geräte ein ganzes labor. die esr-spektroskopie wird in der medizi- nischen diagnostik und in der materialforschung eingesetzt. so können forscher beispielsweise die konzentration von freien radikalen, also hochre- aktiven molekülen, im blut ermitteln und daran zellalterungsprozesse studieren. auch solarzellen, katalysatoren und batterie-elektroden lassen sich untersuchen. konventionelle esr-spektrometer nutzen einen großen elektromagneten. die for- scher platzieren eine probe im gerät, regen sie mit mikrowellen einer festen frequenz an und variie- ren das magnetfeld. aus der mangetfeldstärke, bei der die jeweilige probe die mikrowellenstrahlung absorbiert, lassen sich ihre chemischen und physi- schen eigenschaften ableiten. die forscher arbeiten bei ihrem schuhkar- tongerät mit einem dauermagneten in der größe eines hamburgers. herzstück des mini-esr ist ein wenige quadratmillimeter großer mikrochip. er variiert die mikrowellenfrequenzen und arbeitet gleichzeitig als sensor, der die anregungen aus der probe detektiert. die neuartige technik spart platz – und sie ermöglicht neue messmethoden. „während man sonst die probe in das spektro- meter legt, könnte man jetzt sogar den mikrochip in die probe hineinplatzieren, um beispielsweise tumorzellen im körper zu untersuchen“, sagt der hzb-forscher klaus lips. das interesse an der neuen technologie sei groß. „schon jetzt haben wir angebote von führenden herstellern, die an lizenzen interessiert sind.“  silvia zerbe www online alle ausgaben von helmholtz extrem unter: www.helmholtz.de/ extrem helmholtz perspektiven 01/2018 7

t i t e l t h e m a (k)ein glas wein am abend? alkohol hat ein hohes suchtpotenzial. das ist schon lange bekannt. jetzt mehren sich die belege, dass er auch andere schwere erkrankungen begünstigt – bis hin zu diversen krebsarten. der erstmalig erstellte alkoholatlas fasst zusammen, was die wissenschaft über die oft unterschätzte alltagsdroge weiß. helmholtz perspektiven 01/2018 9

1 2 genuss sucht? wann wird aus sind drei oder mehr der folgenden kriterien erfüllt, liegt in der regel eine abhängigkeitserkrankung vor: 1 starkes verlangen oder zwang 2 kontrollverlust 3 abstinenzverlust 4 toleranzentwicklung 5 entzugserscheinungen 6 vernachlässigung anderer interessen institut für suchtforschung und die bundeszen- trale für gesundheitliche aufklärung etwa sehen die grenze bei einem tagesdurchschnitt von mehr als 24 gramm reinalkohol bei männern und zwölf gramm bei frauen, das robert koch-institut hingegen etwas niedrigere werte von 20 und 10 gramm – eine menge, die etwa in einem halben liter bier enthalten ist – beziehungsweise beim wert für frauen in einem viertelliter. ist also das allabendliche gläschen wein oder bier schon zu viel? ab wann wird der regelmäßige alkohol- konsum zur sucht? und wer ist besonders gefährdet? „bei frauen sehen wir (…), dass es vor allem die höher gebildeten sind, die ab dem 45. lebensjahr einen riskanten konsum aufweisen.“ „man mag das bild des arbeitslosen alkoholikers im kopf haben, der sich mit billigwodka aus dem discounter betrinkt“, sagt ute mons, „und auf der anderen seite die vorstellung, dass sich menschen in höheren sozialen schichten gesundheitsbewuss- ter verhalten.“ dieses klischee treffe aber nicht zu: „bei männern ist der konsum in den verschiede- nen statusgruppen recht ähnlich. und besonders bei frauen sehen wir sogar im gegensatz dazu, dass es vor allem die höher gebildeten sind, die ab dem 45. lebensjahr einen riskanten konsum 3 4 5 6 aufweisen“, berichtet ute mons. der grund ist noch nicht geklärt; sie vermutet allerdings, dass alkohol häufig auch ein statussymbol ist, vom guten cognac bis zur erlesenen weinsammlung im keller. auch hohe berufliche belastung könnte ein grund sein – eine einschätzung, die karl- heinz ladwig teilt, leiter der gruppe psychische gesundheit am helmholtz zentrum münchen: „die belastungen am arbeitsplatz haben zugenommen und damit auch die notwendigkeit, kompensato- risch gegenzusteuern. unsere untersuchungen unter federführung von marianna virtanen vom finnischen institut für gesundheit am arbeits- platz zeigen etwa, dass lange arbeitszeiten mit einem erhöhten alkoholkonsum assoziiert sind.“ ab arbeitszeiten von wöchentlich mehr als 48 stunden steige demnach das risiko für riskanten alkoholkonsum deutlich an. das verharmlosende motto „work hard, drink hard“ sei aber eine instrumentalisierung des genusses in die falsche richtung, so ladwig. besser sei: „work hard, gym hard.“ aber letztlich, sagt der mediziner, hätten alkoholika auch einen wert als kulturgut: „auf ein gutes glas wein oder ein gele- gentliches bier möchte auch ich nicht verzichten. man sollte aber nicht über die stränge schlagen.“ wann ein problematischer konsum beginnt, sei indes häufig schwer zu erkennen, sagt norbert wodarz, leiter der abteilung suchtforschung an der universität regensburg. zwar gebe es, wie auch für andere substanzen, sechs kriterien, an denen man einen missbrauch festmachen könne: zwanghafter konsum, kontrollverlust, abstinenz- verlust, toleranz, entzugserscheinungen und ein rückzug aus dem sozialleben. wenn drei dieser kriterien erfüllt seien, liege eine abhängigkeit vor. „in der praxis ist es aber nicht immer ganz einfach festzulegen, wann die durchlässige grenze zwischen normalem gebrauch, missbrauch und helmholtz perspektiven 01/2018 1 1

hauptweg alkohol mögliche weitere wege alkohol alkohol synergismus alkohol und tabakrauch abbau genetische faktoren störung genetische faktoren acetaldehyd, reaktive sauerstoffspezies reaktion genetische faktoren dna-veränderungen persistenz mutation veränderung der dna-methylierung störung beeinflussung der ablesevorgänge an der dna hormonspiegel, hormonwirkung mögliche mechanismen: ■ alkohol ist ein lösemittel für die kanzerogene des tabakrauchs ■ alkohol verstärkt die wirkung der tabakkanzerogene ■ alkohol verstärkt die permeabilität der mundschleimhaut für tabakkanzerogene krebsentstehung krebsentstehung krebsentstehung (brustkrebs) krebsentstehung (v. a. mundhöhle, speiseröhre) ( h ) vorhergehenden jahre zurückzuführen sind. alleinfür das jahr 2010 schätzt man, dass 13.000 krebsfälle in deutschland auf alkoholkonsum zurückzuführen sind.“ zwar ist noch nicht für alle krebsarten geklärt, wie alkohol das erkrankungs- risiko erhöht, ein zusammenhang ist aber deutlich belegt. wer täglich alkohol in der menge von einem kleinen kölsch bis zu einem liter bier trinkt, hat ein fast doppelt so hohes risiko für mund- höhlen- und rachenkrebs gegenüber denjenigen, die keinen alkohol trinken; das gleiche gilt für speiseröhrenkrebs. für kehlkopfkrebs ist das risiko etwa 1,5-mal so hoch und für die leber zumindest erhöht. ein wesentlicher faktor für die krebsentstehung ist dabei vermutlich ein abbauprodukt des alkohols, wie alkoholforscher helmut seitz von der universität heidelberg erklärt: „bei mund- und speiseröhrenkrebs ist wahrscheinlich acetaldehyd verantwortlich für die schädigung der erbsubstanz, ebenso bei krebserkrankungen des dickdarms. in der leber kann eine zirrhose ein karzinom begünstigen.“ und selbst bei brustkrebs gibt es klare hinweise darauf, dass das risiko durch hohen alkoholkonsum steigt: „zwar gibt es keine schwellendosis – es gibt frauen, die empfindlicher reagieren als andere und solche, die weniger empfindlich sind. man kann aber davon ausgehen, dass von den jährlich 40.000 brustkrebsdiagnostiken etwa 4.000 auch mit durch alkohol induziert sind.“ folgenreich alkohol erhöht das risiko, an krebs zu erkranken. welche mechanismen dabei eine rolle spielen, ist noch nicht eindeutig geklärt. quelle: alkoholatlas deutschland 2017/deutsches krebs- forschungszentrum helmholtz perspektiven 01/2018 1 3

interview wenn das gehirn trunken ist beschwingt, enthemmt und unbesiegbar – so fühlen sich viele nach ein paar gläsern alkohol. katrin schaller vom deutschen krebsforschungszentrum (dkfz) kennt die biologischen hintergründe der glücksgefühle durch alkohol – und weiß, was passiert, wenn das wohlgefühl zur sucht wird. wieso fühlt man sich gut, wenn man alkohol trinkt? bereits geringe mengen alkohol haben eine entspannende, angstlösende und stimulierende wirkung. das hängt vor allem mit dem belohnungssystem im gehirn zusammen. generell reagiert es auf reize wie gutes essen, sex oder eben alkohol. sie stimulieren bestimmte bereiche im belohnungssystem und dar- aufhin wird dopamin ausgeschüttet, ein botenstoff, der oft auch als glückshormon bezeichnet wird. letztlich führt das zu einem wohlgefühl. alkohol hat eine sehr vielfältige wirkung im gehirn, weil er an verschiedene rezeptoren bindet. werden sie gerne konkreter! der angstlösende, entspannende effekt kommt in erster linie daher, dass alkohol an den γ-aminobuttersäure-rezeptor bindet und ihn aktiviert. das führt zu einer ausschüttung von botenstoffen, die eine hemmende wirkung auf das gehirn haben. dadurch fühlt man sich locker und entspannt. dann bindet alkohol auch noch an serotoninrezeptoren. das sorgt dafür, dass dopamin und letztend- lich endorphine ausgeschüttet werden, die wiederum ein wohlgefühl auslösen. alkohol bindet auch an den l-glutamat- rezeptor und wirkt dadurch lähmend. je mehr man trinkt, desto mehr kommt diese hemmende, betäubende wirkung durch. alkohol sorgt auch für den verlust der kritikfähigkeit. man fühlt sich ganz der kritikfähigkeit. man fühlt sich ganz toll und stark – das ist besonders bei toll und stark – das ist besonders bei jugendlichen problematisch. und ihre regulation unter- einander verändert. dadurch kommt es zu einer toleranzbildung. das bedeutet, man braucht immer mehr von einer substanz, b is eine wirkung auftritt – zum einen weil die rezeptoren weniger empfindlich werden und zum anderen weil mehr rezeptoren gebildet werden. und je mehr davon da sind, desto mehr wirkstoff ist nötig, um sie zu besetzen. außerdem kommt noch ein wichtiger punkt hinzu: die konditionie- rung. der abhängige verbindet bestimm- te situationen wie etwa eine kneipe mit diesem wohlgefühl, das er beim trinken empfunden hat. kommt er wieder in die situation, braucht er nicht einmal alkohol zu sehen und verspürt schon den drang, ein glas zu trinken. diese konditi- onierung ist leider etwas, das sich schwer wieder verlernen lässt. wie können medikamente beim entzug helfen? es gibt opiathemmer, die den beloh- nungseffekt im gehirn abschwächen. sie blockieren die rezeptoren, so dass weniger dopamin ausgeschüttet wird. dadurch stellt sich das wohlgefühl nicht ein und der drang lässt nach, alkohol zu trinken. aber das löst nur einen teil des problems: man kann den beloh- nungseffekt abschwächen, aber in erster linie ist es wichtig, dass alkoholiker mit kritischen situationen umzugehen lernen und gewohnheiten durchbrechen.  interview: annette doerfel annette doerfel warum sind jugendliche besonders gefährdet? jugendliche haben generell eine deutlich höhere risikobereitschaft. sie probieren gern neue dinge aus, und dazu gehört auch das trinken. in der pubertät bis ins junge erwachsenenalter hinein werden im gehirn viele bestehende verbindun- gen gelöst und neue geknüpft – insbeson- dere in einem bereich, der die kogniti- ven leistungen und die kontrolle von emotionen steuert und außerdem für die persönlichkeitsstruktur wichtig ist. wenn man in diesem alter viel alkohol trinkt, wird das gehirn nachhaltig anders aufge- baut: dadurch kann das gehirnvolumen abnehmen, das gedächtnis leiden und die räumliche wahrnehmung beeinträchtigt werden. bis zu welchem alter hat alkohol denn diese wirkung? ab 16 darf man ja schließlich schon legal bier trinken. besonders empfindlich ist das gehirn während der umbauprozesse in pubertät und jungem erwachsenenalter. daher fin- de ich es wichtig, dass die altersgrenze für jegliche form von alkohol – auch für bier – in deutschland einheitlich auf 18 jahre angehoben wird. allerdings kann ein hoher alkoholkonsum auch bei erwachsenen schwere schäden anrichten. viele trinken ja alkohol und werden trotzdem nicht süchtig. wie kommt es bei manchen zur sucht? dafür müssen viele faktoren zusammen- kommen, dazu gehören genetische und körperliche faktoren sowie umwelt- einflüsse wie psychische belastungen und der kulturelle umgang mit alkohol. mit blick auf das gehirn kann man sagen, dass sich die anzahl der rezeptoren helmholtz perspektiven 01/2018 1 5 1 5

schmetterlinge als vorbild für solarzellen was haben schmetterlinge den heutigen solarzellen voraus? die optimale aufnahme von sonnenlicht zum beispiel. bei solarzellen geht ein teil der energie des sonnenlichts ungenutzt verloren, da es reflektiert wird. dies ist beim schmetterling der art „gewöhnliche rose“ (pachliopta aristolochiae) nicht der fall. „der von uns untersuchte schmetterling hat eine augenscheinliche besonderheit: er ist dunkelschwarz. das liegt daran, dass er für eine optimale wärme- gewinnung das sonnenlicht besonders gut absorbiert“, sagt hendrik hölscher vom institut für mikrostrukturtechnik am karlsruher institut für technologie (kit). aber nicht nur wegen der schwarzen flügelfarbe nimmt der schmetterling das sonnenlicht optimal auf – seine flügel zeichnen sich zudem durch besondere nanostrukturen aus. sie haben kleinste löcher, die das licht wesentlich besser absorbieren als glatte oberflächen. die wissenschaftler bildeten die entdeckten nanostruktu- ren auf einer siliziumschicht einer dünnfilm-solarzelle nach und erzielten erstaunliche ergebnisse: die absorptionsrate bei senkrechtem lichteinfall stieg um 97 prozent im vergleich zu einer flachen oberfläche. bei einem einfallswinkel von 50 grad wurden sogar 207 prozent steigerung erreicht. „dies ist vor allem für europäische lichtverhältnisse interessant, da hier häufig diffuses licht abgeguckt die flügel des pechschwarzen schmetterlings „gewöhnliche rose“ absorbieren sonnenlicht besonders gut. grafik: radwanul h. siddique, kit/caltech spermien schwingen im „akkord“ riesenplanet widerlegt gängige theorie um vorwärts zu schwimmen, „wackeln“ spermien mit dem schwanz. wenn die schlagbewegung wie eine welle den schwanz durchläuft, werden die flüssigkeit nach hinten und die spermien nach vorne gestoßen. um zu navigieren, schlägt der schwanz mehr zu einer seite hin, wie das ruder eines bootes. deshalb schwimmen spermien auf gekrümmten bah- nen. wissenschaftler vom forschungszentrum jülich und dem forschungsinstitut caesar in bonn konnten nun zeigen, dass spermien einen ungewöhnlichen trick verwenden, um einen asymmetrischen schlag zu erzeugen. durch den schwanz wandern zwei wellen – eine mit der grundfrequenz und eine mit der doppelten frequenz. musikalisch ausgedrückt: spermien spielen mit „noten“ unterschiedlicher oktaven. wenn sich diese beiden wellen überlagern, ändert sich die auslenkung der welle mit der zeit. deshalb wellt sich der schwanz mehr zu einer seite. zu einem schiffsruder gibt es allerdings gewichtige unterschiede: die symmetrie wird nicht wie bei einem ruder räumlich gebrochen, sondern zeitlich. und am steuer steht kein kapitän, sondern botenstoffe: die forscher konnten zeigen, dass progesteron, ein weibliches sexualhormon, die beiden wellen oder „noten“ aufeinander abstimmt und so die schwimm- bahn des spermiums ändert. in unserem sonnensystem sind mehr als 99 prozent der gesamten masse in der sonne vereint und nicht einmal ein prozent in den acht planeten, kometen und asteroiden. diese verteilung folgt der bisher gängigen theorie: planeten sind immer kleiner als ihr zentraler stern, da sie in der gleichen wolke aus staub und gas entstehen, die auch ihren zentralstern hervor- brachte. astronomen haben nun allerdings einen riesenplaneten auf- gespürt, der größer als sein zentraler stern ist. der planet ngts-1b hat eine größe wie der jupiter und kreist um einen sogenannten zwergstern, der nur halb so groß ist wie unsere sonne. „das ist eine herausforderung für die theoreti- ker“, sagt heike rauer, leiterin des instituts für planetenfor- schung des deutschen zentrums für luft- und raumfahrt (dlr). ngts-1b ist der erste exoplanet, der mithilfe der chilenischen teleskopanlage next-generation transit survey (ngts) entdeckt wurde. er liegt rund 600 lichtjahre von der erde entfernt und umkreist seinen zwergstern sehr eng: er benötigt nur 2,6 tage für einen umlauf. kurios der zwergstern mit seinem riesenplaneten quelle: university of warwick & mark garlick helmholtz perspektiven 01/2018 1 7

der forschungspodcast der helmholtz-gemeinschaft f o r s c h u n g erst lesen, dann hören was verbindet kunst und wissenschaft? klangkünstler gerriet k. sharma ließ sich vom elektronenspeicherring bessy ii vsr zu einer klangkomposition inspirieren. akustische (gedanken-) räume eröffnen sich auch in unserem forschungspodcast, in folge 121 des resonator-podcasts. im frühjahr 2016 traf der klangkünst- ler und komponist gerriet k. sharma erstmals auf die beschleunigungsphy- siker vom helmholtz-zentrum berlin für materialien und energie (hzb). es war der anfang eines ungewöhnlichen experiments. im elektronenspeicherring bessy ii vsr am hzb werden teilchen in umlauf gebracht und gespeichert. die entstehende synchrotronstrahlung – also reines licht – wird in sogenannten beamlines gebündelt und von forschern für verschiedene wissenschaftliche experimente genutzt. der klangkünstler gerriet k. sharma setzte sich zum ziel, die hier gemessenen daten hörbar zu machen. dafür arbeitete er mit einem besonderen lautsprecher, der klänge extrem stark bündeln und sie auf diese weise plastisch im raum erfahrbar machen kann. doch können daten tatsächlich in klänge umgewandelt werden? wie werden teilchen hörbar? das experiment gelang: nach fast zwei jahren intensiver arbeit wurde im herbst 2017 das stück „gleam“ im bessy ii vsr aufgeführt. auf eine cd kann die komposition nicht gepresst werden, denn der spezielle ikosaeder- lautsprecher strahlt töne nicht einfach nur ab, sondern projiziert sie an ver- schiedene stellen in den raum und lässt sie zu klangskulpturen wachsen. sharma modelliert räumliche klänge, erweitert somit die sinnliche erfahrbarkeit und öffnet horizonte. „was schafft wissen? das ist auch die frage bei der kunst. kann kunst so etwas wie wissen schaffen? es ist viel- leicht ein anderes wissen, aber ich glaube, dass der antrieb ein sehr ähnlicher ist, beim wissenschaftler und beim künstler“, sagt gerriet k. sharma in folge 121 des resonator-podcasts. dieser hält inspirierende akustische (gedanken-)räume zu den themen kunstfreiheit, poesie, realität, neugier, wissenschaft und wahrheit mit dem klangkünstler und moderator holger klein bereit.  elena hungerland audio mehr wissenschaft auf die ohren gibt es hier: www.helmholtz.de/ resonator helmholtz perspektiven 01/2018 1 9

alexander gerst wurde am 03. mai 1976 in künzelsau (baden- württemberg) geboren studierte in karlsruhe und neuseeland geo- physik und erforschte vulkane auf der ganzen welt setzte sich gegen mehr als 8.000 bewerber durch und begann 2009 seine ausbildung als astronaut arbeitete 2014 ein halbes jahr lang auf der iss sich verändert hat. denn während des fluges fällt unser gleichgewichtssinn im prinzip komplett aus, weil er nicht mehr genutzt wird. das gehirn ändert sich dahingehend, dass es diesen bereich komplett ignoriert und sich navigatorisch mehr an das sehzentrum hält. das ist sehr ähnlich zu dem, was passiert, wenn wir auf der erde einen schlag- anfall haben. plötzlich fällt eine region im gehirn aus und es muss lernen, wie es umschalten kann. von den veränderungen, die wir auf der iss und nach dem flug beobachten, können wir schlüsse daraus ziehen, die dann menschen helfen, die einen schlaganfall hatten. und was steht für sie wissenschaftlich noch auf dem programm? wir werden auch diesmal wieder zahlreiche experimente durchführen. aus dem bereich der materialwissenschaft zum beispiel. in einem erforschen wir granulate für industrielle prozes- se. wir wollen besser verstehen, wie granulate sich physikalisch verhalten. das ist wichtig zum beispiel für die pharmazie oder für die bauwis- senschaft. man muss wissen, wie sich zement vermischt oder sand oder wie man medikamente so abfüllt, dass sie immer genau die gleichen in- haltsstoffe haben. dafür muss man grundlegende physikalische gegebenheiten erforschen, und das können wir in diesem fall auf der raumstation machen. wir haben auch einige experimente zur immunphysiologie dabei, in denen es darum geht, das menschliche immunsystem und krebserkran- kungen besser zu verstehen. im weltraum lassen sich flüssigkeiten gut nachbauen, die unserem blut ähneln. so können wir zum beispiel krebs oder immunzellen in einem flüssigen substrat beobachten, das schwebt, ohne dass es sich nach einer gewissen zeit absetzt. oft entdeckt man auch dinge, die gar nicht geplant sind. sie waren bereits im jahr 2014 auf der iss, mit der mission blue dot. was wird auf dieser zwei- ten mission für sie anders sein? ich kann jetzt besser einschätzen, was wichtig ist und was nicht. die kunst des astronautenda- seins ist ja, dass man unnütze informationen von nützlichen trennt und filtert. das ist für mich vor allem wichtig, weil ich jetzt als commander freie kapazitäten brauche. das war mir vorher auch nicht so ganz klar, wie viel arbeit das tatsächlich schon im vorfeld des fluges sein wird. mit der crew muss vieles koordiniert werden. jeder muss zum beispiel genau das training bekommen, das er oder sie braucht. man muss auch schauen, dass sich alle von der crew und von der bodenstation gut kennen. das ist schon eine tolle aufgabe. also mir macht es spaß, weil es wirklich etwas ist, wo ich merke, da kann ich mit meiner erfahrung doch einen unterschied machen. ich kann wirklich den kollegen, die noch nicht geflogen sind, hier viel- leicht eine angst oder da eine sorge nehmen. und es macht spaß, wenn man sieht, dass die crew zusammenwächst. sie sind auf der iss rund um die uhr mit der crew zusammen. geht man sich da auch manchmal auf die nerven? bei meinem letzten flug gab es wirklich keine situation, wo wir uns irgendwie richtig angenervt hätten. das liegt daran, dass wir als kollegen nicht einfach nur zusammengewürfelt werden. wir trainieren so lange in den krassesten situationen, beim winter-survival-training, bei -30 grad etwa, wo man ohne schlafsack, ohne zelt nachts drau- ßen im schnee sitzt. da kommen diese sachen vorher raus. man lernt sich kennen und weiß, wo diese zonen sind, wo der andere vielleicht so ein bisschen was für sich braucht. und dann kommt noch das große volumen der raumstation dazu. helmholtz perspektiven 01/2018 2 1 manöverübung in der sojuskapsel bild: sebastian bolesch

alexander gerst auf dem gelände des sternenstädtchens bild: sebastian bolesch andenken im souvenirshop bild: sebastian bolesch s e b a s t i a n b o l e s c h b i l d : www online das interview in voller länge gibt es hier: www.helmholtz.de/ gerst weitere höhepunkte im raumfahrtjahr 2018: www.helmholtz.de/ raumfahrtjahr2018 reichen. für den rest hat man hilfe vom boden. wir haben jederzeit in der bodenkontrolle einen flight surgeon, einen fliegerarzt, der bereit ist, mir zur hand zu gehen, und der mir sagen könnte, hier schneiden, hier nähen, hier eine spritze. wenn was wirklich schlimmes passiert, ja, dann muss man nach hause fliegen. wir haben immer die kapsel, mit der wir gestartet sind. die ist immer startklar für einen heimflug. innerhalb von wenigen stunden wären wir auf der erde. was für persönliches gepäck nehmen sie mit? beim letzten mal habe ich mir wahnsinnig gedan- ken darüber gemacht. diese anderthalb kilo, ich habe da sehr viel signifikanz reininterpretiert, weil ich gedacht habe, es wird bestimmt momente geben, wo ich da oben sitze und heimweh habe. aber ehrlich gesagt, ich habe gemerkt, ich brauche da oben überhaupt nichts. alles, was man logis- tisch braucht, also essen, klamotten und so weiter, hat man. ich denke, was mir wichtig war und ist, sind fotos von freunden, von meiner familie, vielleicht ein paar andenken, die ich in meiner kabine aufhängen kann. zudem sind die kommu- nikationsmöglichkeiten da oben sehr gut. ich kann meine familie jeden tag auf dem handy anrufen. haben sie lieblingsplätze auf der iss? ein toller platz ist die cupola – die kuppel der iss. manchmal habe ich mich auch in meine sojus reingesetzt, einfach mal auf den sessel gesetzt und zum fenster rausgeschaut. und dann gibt es in den ganzen modulen auch fenster, die zwar relativ klein sind im vergleich zur cupola, aber die geben einem dann so einen besonderen blickwinkel auf die raumstation. oder manchmal auch nach oben raus, was man relativ selten sieht, die meisten fenster in so einer raumstation oder im raum- schiff gehen nach unten raus, also zur erde hin. die raumstation wird immer so ausgerichtet, dass die erde unten ist. und dann ist es wirklich schön, auch mal oben rauszuschauen und plötzlich die milchstraße zu sehen. sie sind jetzt commander auf der iss, davon träumen sicherlich viele astronauten. wovon träumen sie noch? an träumen hat es mir noch nie gemangelt. nur dadurch, dass ich jetzt einen teil meiner träume realisieren konnte, sind die anderen nicht weniger geworden. also ich finde es nach wie vor total spannend zu reisen, mir wieder mal ein paar vulkane anzuschauen, vielleicht noch mal in die antarktis zu gehen. ich freue mich darauf, mit meiner partnerin durch den himalaja zu wandern. das sind alles dinge, von denen ich träume. auch als astronaut gibt es noch vieles. zur iss zu kom- men ist wunderschön, aber natürlich träumt jeder von meinen kollegen und ich eben auch, weiter rauszufliegen, zum mond und weiter zum mars, auf diese abenteuer zu gehen, die geheimnisse zu lüften, die da draußen auf uns menschen warten. mehr zu verstehen über unsere kosmischen nach- barn, könnte für unsere erde extrem wichtig sein. dazu würde ich gern einen teil beitragen, weil ich gerne licht ins dunkel trage. ich glaube, das war auch der grund, warum ich wissen- schaftler geworden bin, ich wollte nicht nur sachen für mich selber rausfinden, sondern ich hatte dann immer erst die befriedigung, wenn ich das auch aufgeschrieben und geteilt hatte.  roland koch raumanzug zum training bild: sebastian bolesch helmholtz perspektiven 01/2018 2 32 3

„alternative methoden könnten uns bei der entwicklung einer personalisierten medizin schneller voranbringen.“ sind tierversuche heute noch ethisch, wirt- schaftlich und wissenschaftlich vertretbar, wenn 95 prozent aller in tieren positiv getes- teten wirkstoffe wegen der schlechten wirksamkeit im menschen den markt nie erreichen? warum steigt die anzahl der tierversuche bei stagnie- renden zahlen der neuzulassungen von medika- menten? ist das modell tierversuch im hinblick auf die debatte um personalisierte medizin noch zeitgemäß? es gibt immer mehr wissenschaftlich fundier- te erkenntnisse, die zeigen, dass ein tierversuch einem direkten test in einer genetisch diversen menschlichen probandengruppe deutlich unter- legen ist. bei neueren testverfahren, wie zum beispiel dem microdosing, bekommen probanden eine minimale dosis eines wirkstoffs, die keinerlei wirkung erzeugt, sondern nur eine aussage über die aufnahme und verstoffwechslung von poten- ziellen wirkstoffen bringt. allerdings ist dieses verfahren nicht für die erste testung tausender potenzieller wirkstoffe geeignet. der „mensch auf dem chip“ (organ-on-a-chip oder body-on-a-chip) ist ein vielversprechender ansatz, der das problem „tierversuch nein/menschliche verträglichkeit ja“ zu lösen scheint. auf solchen multiorganchips wer- den miniaturisierte und multizelluläre organe des menschen nachgebildet und über ein künstliches blutgefäßsystem miteinander verbunden. fast alle organe des menschen konnten bereits auf solchen chips von wenigen quadratzentimetern nachgebil- det werden. potenzielle wirkstoffe können diesem system zugegeben und ihre wirkung auf die ver- schiedenen organe detailliert untersucht werden. an methoden, wie sich mit solchen chips parallel tausende wirkstoffe testen lassen, wird weltweit intensiv gearbeitet. den größten nutzen wird diese technologie jedoch im zusammenspiel mit der erforschung von induzierten pluripoten- ten stammzellen (ipsc) von einer vielzahl von patienten bringen. dies wird es ermöglichen, den konkreten patienten „auf dem chip“ darzustellen und der personalisierten medizin einen bedeuten- den schritt näher zu kommen. natürlich ersetzen diese systeme noch mehrere jahre nicht den tierversuch als gesetzlich anerkanntes testsystem in der medikamentenentwicklung. dessen müssen wir uns bewusst sein. aber: an tierversuchen als alleinstehendem system zur entwicklung von medikamenten festzuhalten, ist nicht nur ethisch bedenklich. alternative methoden könnten uns bei der entwicklung einer personalisierten medizin schneller voranbringen. deshalb sollte man neuen technologien den raum lassen, sich zu entwickeln und ihr enormes potenzial für die künftige medi- zin zu entfalten.  ute schepers gruppenleiterin am institut für toxikologie und genetik des karlsruher instituts für techno- logie (kit) www online diskutieren sie mit uns unter dem folgenden link über das thema tierversuche: www.helmholtz.de/ blickwinkel helmholtz perspektiven 01/2018 2 5

einmal im monat fährt der pflanzenfor- scher uwe rascher von seinem jülicher institut ins holländische nordwijk. dort im testzentrum der europäischen weltraumor- ganisation esa entsteht ein satellit, der im jahr 2022 in die erdumlaufbahn gebracht werden soll. der „fluorescence explorer“ – kurz flex – wird dann mit sechs sekunden abstand hinter dem sentinel-3-satelliten der esa herfliegen. zusam- men sollen sie wertvolle daten über die umwelt und den zustand der globalen vegetation liefern: während sentinel-3 die umweltzustände wie temperatur und feuchtigkeit erfasst, soll flex messen, wie die vegetation darauf reagiert. „es macht spaß zu sehen, dass bei jedem besuch neue komponenten eingetroffen sind und der satellit zusehends wächst“, sagt uwe rascher, der leiter des forschungsbereichs „shoot dynamics“ am forschungszentrum jülich. „ist die pflanze gestresst und läuft die photosynthese nicht optimal, verändert sich das signal.“ rascher ist teil der wissenschaftlichen berater- gruppe aus verschiedenen europäischen ländern, die den bau des satelliten begleitet. die esa hatte vor zwei jahren entschieden, sich mit dem flex- satelliten der fluoreszenzmessung von pflanzen zu widmen, einem jungen forschungsfeld, in dem es darum geht, die photosyntheseleistung sichtbar zu machen. photosynthese – also die umwandlung von licht, wasser und kohlendioxid in zucker, sauerstoff und andere stoffe – läuft für den menschen unsichtbar in den blättern der pflanzen ab. als eine art abfallprodukt entsteht ein soge- nanntes fluoreszenzlicht, ein schwaches rotes leuchten. die pflanzen senden im dunklen spek- tralbereich des lichts, den sogenannten fraun- hoferlinien. mithilfe einer hochempfindlichen optik, filtern und elektronischer verstärkung kann dieses leuchten sichtbar gemacht werden. „vereinfacht kann man sagen: je mehr licht die pflanze einfängt und je mehr photosynthese sie betreibt, desto intensiver ist das fluoreszenz- signal“, erläutert uwe rascher. „ist die pflanze jedoch gestresst und läuft die photosynthese nicht optimal, verändert sich das signal.“ durch diese änderungen können die forscher den effekt von ungünstigen umweltbedingungen auf pflanzen direkt messen. „pflanzen können ja nicht davonlaufen“, sagt rascher. folglich haben sie überall und immer wieder mit bedingungen zu aufgeleuchtet eine pflanze kann mithilfe der photosynthese sonnenlicht in energie umwandeln. je mehr photosynthese sie betreibt, desto intensiver ist ihr fluoreszenzsignal. bild: andreas burkart kämpfen, die nicht optimal sind. sie sind trocken- heit, hitze, kälte, insektenbefall oder schlechten böden ausgesetzt. „die pflanzen habe eine menge mechanismen entwickelt, um damit umzugehen“, sagt rascher, „zumindest für ein weile.“ unter anderem bei trockenheit geraten die pflanzen aber in stress und verringern ihre photosyntheseaktivität. denn über die spaltöff- nungen an den unterseiten der blätter findet ein austausch mit der umgebung statt. die pflanze nimmt kohlendioxid auf und gibt sauerstoff und feinen wasserdampf ab. bei trockenheit verschließt die pflanze die öffnungen, um die verdunstung zu verringern. damit wird aber auch die co2-aufnahme verhindert, was die photosyn- these zum erliegen bringt. in der folge wächst die pflanze nicht mehr weiter. eine weile kommt die pflanze mit dem heruntergefahrenen stoffwechsel zurecht, irgendwann wirft sie aber ihre blätter ab und verwelkt. „trockenheit, hitze, luftverschmutzung, parasitenbefall oder schlechte bodenverhältnisse dämpfen die photosyntheseaktivität von pflanzen, und dies lässt sich mit unserem fluoreszenzspekt- rometer erstmals großflächig abbilden“, erklärt uwe rascher. die neue methode hat er mit seinem team bereits erprobt: mit ihrem messsystem „hyplant“ ist es ihnen als ersten gelungen, die photosynthe- seleistung von pflanzen zuverlässig zu messen – bislang mit messungen vom boden aus sowie mit großflächigen fernmessungen aus dem flugzeug. die technik dahinter: das hochauflösende gerät erkennt pflanzen, die unter stress stehen, anhand der intensität des roten leuchtens – und das noch bevor das menschliche auge veränderungen wahrnimmt. bislang erkennen landwirte erst helmholtz perspektiven 01/2018 2 7

f o r s c h u n g nachgefragt: „wie könnten die implantate der zukunft aussehen?“ gut verträglich implantate aus magnesium stabilisieren den knochen und lösen sich nach einiger zeit von selbst auf. bild: christian schmid/hzg wenn ein patient ein implantat benötigt, um einen gebrochenen knochen zu stabilisieren, ist es bislang meist aus titan oder stahl. bald könnte je- doch ein anderes metall ihnen den rang ablaufen: magnesium. warum, erklärt regine willumeit- römer, leiterin des bereichs „metallische bioma- terialien“ am helmholtz-zentrum geesthacht zent- rum für material- und küstenforschung (hzg). implantate aus titan oder stahl sind nor- malerweise unproblematisch, aber viele patienten müssen erneut operiert werden, wenn das implantat entfernt werden soll. manchmal ist auch die platte fühlbar oder es bilden sich im körper kleinere entzündungen. all das ist nicht optimal. unser standpunkt ist: es gibt kein besse- res material als das körpereigene – und das kann mit magnesium wiederhergestellt werden. das magnesium reagiert mit wasser und löst sich über die zeit auf. es kann sogar dazu beitragen, die knochenheilung zu stimulieren. in der klinischen forschung wird bereits mit kompressionsschrau- ben gearbeitet, die auf magnesium basieren, sowie mit stents, also stützen, die gefäße offen halten. doch es gibt noch viel forschungsbedarf auf dem weg zu weiteren solchen implantaten. die heraus- forderung: das auflösen muss zuverlässig gesteu- ert werden. geschieht die zersetzung nämlich zu schnell, können zellen absterben. ist der abbau zu langsam, nimmt der vorteil gegenüber anderen materialien ab. da der abbauprozess sofort beginnt, ist es die große kunst, dem knochen jederzeit die nötige stabilisierung zu bieten. dafür ist es auch wichtig, dass sich das implantat überall ebenmäßig abbaut. solche voraussetzungen notieren wir als werk- stoffforscher gemeinsam mit medizinern in einem präzisen anforderungsprofil. wir arbeiten dann mit legierungen und mischen dem magnesium silber bei, das antimikrobiell wirkt, oder etwa calcium und zink. immer wieder testen wir, ob die eigenschaften des neu entwickelten werkstoffs noch dem profil entsprechen. können zellen ihn dann in einer zellkultur verarbeiten? ziel ist es, unsere materialanforderungen sicher in die anwendung zu übertragen. nachgefragt hat kristine august www online alle ausgaben von nachgefragt: www.helmholtz.de/ nachgefragt helmholtz perspektiven 01/2018 2 9

f o r s c h u n g mythos – stimmt das? wissenschaft ist objektiv „ o b j e k t i v i t ä t i st d a s ve r d i e n st d e r w i s s e n s ch a f t “ „forscher interessieren nur die fakten“ „wissenschaft im kampf gegen alternative fakten“ wissenschaftliche erkenntnisse sollten auf experimentell ermittel- ten und wiederhol- und überprüfbaren fakten basieren. doch wissenschafts- skeptiker werfen forschern vor, nicht immer objektiv zu sein. emanuel wyler ist genetiker am max-delbrück-centrum für molekulare medizin in der helmholtz- gemeinschaft (mdc). „wissenschaftliche resulta- te sind allen zugänglich und können überprüft, bestätigt oder verworfen werden. zeit ist der eigentliche korrektor der wissenschaft.“ im video erklärt der mdc-forscher, was man seiner meinung nach unter objek- tiver wissenschaft versteht und ob sie immer gegeben sein kann. sie wollen das ganze video sehen? scannen sie einfach den qr-code, drücken sie play und los geht’s. annette doerfel www.helmholtz.de/mythen übrigens: einen qr-code-scanner finden sie in ihrem app-store. helmholtz perspektiven 01/2018 31

einsatzbereit.“ die hamburger biologin, die vor kurzem nach australien gezogen ist, hat das buch „das geheimnis der winterschläfer“ geschrieben und dafür winterschlafende tiere auf der ganzen welt aufgespürt: igel im heimischen deutsch- land, fledermäuse in höhlen eisiger kanadischer wälder und bilchbeutler – eine kleine beuteltier- art – im fernen australien. da lisa warnecke die winterschläfer im freiland und nicht im labor erforscht, stattet sie die tiere mit sendern auf oder unter der haut aus, die konstant ihre körper- temperatur messen. in ihrem buch räumt lisa warnecke mit weit verbreiteten irrtümern auf: etwa dem, dass die tiere monatelang nur regungslos daliegen. „igel zum beispiel wachen ungefähr alle zehn tage aus dem torporzustand auf. dann werden alle körpereigenen prozesse wieder hochgefahren und körpertemperatur, stoffwechsel und herzschlag laufen wieder auf normalem niveau“, sagt die for- scherin. diese aufwärmphasen kosten die tiere enorm viel energie – ihre mühselig im sommer angefutterten fettpolster schmelzen dahin. „die gründe für die aufwärmphasen bei winterschläfern sind nach wie vor unbekannt. denkbar ist, dass sie die immunabwehr aktivieren, die organe regenerieren, stoffwech- selgifte ausscheiden oder schlaf nachholen“, sagt lisa warnecke. auch die auslöser für den winterschlaf geben den forschern immer noch rätsel auf. während manche winterschläfer stark temperaturabhängig sind, richten sich andere nach der tageslänge. „torpor ist allerdings vor allem ein zustand, der eintritt, wenn zu wenig wasser oder nahrung vorkommt“, erklärt lisa warnecke. auch eine dürrezeit oder extreme hitze können also bei manchen tieren torpor auslösen – bei fettschwanzmakis auf madagas- kar zum beispiel, wie die biologin in ihrem buch beschreibt. ihren namen erhielten die zu den pri- maten zählenden lemuren durch die fähigkeit, in ihrem buschigen schwanz fett zu speichern. in der trockenzeit und bei geringem nahrungs- angebot ziehen sie sich in baumstämme zurück und können im torpor wochenlang von diesen fettreserven leben. dabei sind sie im tagesverlauf großen temperaturschwankungen ausgesetzt: von 10 grad am morgen bis auf 35 grad am späten nachmittag. die körpertemperatur der tiere ver- ändert sich im torporzustand dabei passiv mit, so dass die schwankungen bis zu 20 grad betragen. „ein winterschlafendes murmeltier fühlt sich an wie ein stück schwei- nebraten, das man gerade aus dem kühlschrank holt.“ die körpertemperatur ist für die forscher ein wichtiger indikator: befindet sich ein winterschläfer im torpor, kühlt sein körper auf ungefähr ein grad über der umgebungstempera- tur aus. unangefochtener rekordhalter unter den winterschlafenden säu- getieren ist das arkti- sche ziesel mit einer körpertemperatur von minus 2,9 grad – dabei gefriert weder das feldforschung lisa warnecke mit einer australischen schmalfuß- beutelmaus. die mäuse- ähnlichen beuteltiere nutzen tagestorpor. bild: gerhard körtner rekordhalter das arktische ziesel kann seine körpertemperatur im torpor auf minus 2,9 grad verringern. bild: picture alliance/wildlife helmholtz perspektiven 01/2018 3 3

www online wissenschaftscomic „klar soweit?“ und mehr infos zum thema winterschlaf: www.helmholtz.de/ comic ist. bei anderen winterschläfern aber gibt es fol- gen: „beim grauen mausmaki zum beispiel haben studien gezeigt, dass die torporphasen durch künstliches licht in der nacht verkürzt werden und seltener auftreten“, sagt der biologe. „ob winterschläfer aber zu den gewinnern oder verlierern der klimawandelfolgen gehören werden, ist noch ungewiss.“ eine mögliche interpretation: obwohl alle anderen bedingungen winterlich sind und einen sparsa- men umgang mit energie erfordern, signalisiert das licht den tieren sommer. „dies hat zur folge, dass die tiere mehr energie verbrauchen. das vermehrte eindringen von künstlichem licht in natürliche lebensräume kann also dazu führen, dass biologische rhythmen desynchronisiert werden – im verlauf des tages genauso wie im verlauf von jahreszeiten“, erklärt reinhard klen- ke. auch ein effekt durch den klimawandel konnte bei einigen arten schon gezeigt werden, weiß lisa warnecke: „das murmeltier hat seine winter- schlafsaison zwischen 1976 und 2000 bereits um 38 tage verkürzt wegen der wärmeren frühling- stemperaturen. ob winterschläfer aber zu den gewinnern oder verlierern der klimawandelfolgen gehören werden, ist noch ungewiss.“ in ihrem buch geht lisa warnecke auch der frage nach, was menschen sich von den winter- schläfern abgucken könnten: „manche träumen davon, den zustand des winterschlafes für den menschen zugänglich zu machen – für medizinische zwecke oder die raumfahrt.“ weil es im weltall keinen natürli- chen 24-stunden-tag-nacht-zyklus gibt, leiden astronauten unter schlafschwierigkeiten und störungen der sogenannten „inneren uhr“. „für raumfahrer könnte der torporzustand eine möglichkeit sein, den negativen auswirkungen sozialer isolation zu entgehen und ressourcen wie energie, nahrung und sauerstoff zu sparen“, sagt daniel aeschbach, leiter der abteilung für schlaf und humanfaktoren am institut für luft- und raumfahrtmedizin des deutschen zentrums für luft- und raumfahrt (dlr). gerade bei welt- raummissionen wie einem mehrjährigen flug zum mars wäre dies ein interessantes szenario – zumindest in der theorie. „bisher wurden nur ex- tremsituationen beschrieben, in denen menschen phasen langer, starker unterkühlung überstanden haben“, sagt der dlr-forscher. doch winterschlaf- forscher gehen davon aus, dass dies nichts mit dem torporzustand der winterschläfer zu tun hat. daniel aeschbach sieht auch weitere risiken: „das aufwachen aus einem torpor braucht eine gewisse zeit. das würde ein problem darstellen in notfallsituationen, die rasches handeln verlangen. zudem wird diskutiert, ob sich torpor negativ auf das gedächtnis auswirkt, und für den menschen würden sich eine vielzahl ethischer fragen stellen.“ den menschen, die sich nach sonne sehnen, bleibt also auch weiterhin nur übrig, den frühling  abzuwarten. annette doerfel nur ein traum? der tor- porzustand beim menschen könnte bei mehrjährigen weltraummissionen hilfreich sein. bild: fotolia helmholtz perspektiven 01/2018 3 5

zum achten vollmond des jahres 2017 hatte sich die astroteilchenphysikerin von berlin aus auf den weg nach namibia gemacht. bei den h.e.s.s.- teleskopen sollte sie für einen monat arbeiten, regelmäßig lösen sich hier wissenschaftler aus aller welt bei den anstrengenden schichten ab. was aber eva leser von den anderen unterscheidet: sie verbrachte hier eine nacht, die in die geschichte der astronomie einging. normalerweise arbeitet die 28-jährige in deutsch- land mit den daten des teleskops, das sie hier besucht. „man kann sagen: für vier wochen haben wir unsere schreibtische gegen die nami- bische wüste eingetauscht“, sagt eva leser. in deutschland hat sie genau genommen zwei schreibtische: einer steht in den räumen der universität potsdam, wo sie an ihrer promotion arbeitet, der andere am desy, dem deutschen www online mehr information zu den h.e.s.s-tele- skopen finden sie hier: astro.desy.de/ gamma_astronomie/ hess/index_ger.html auf der lauer spüren unsichtbare, kosmische gamma- strahlen auf. bild: desy die h.e.s.s.-teleskope helmholtz perspektiven 01/2018 3 7

d i e h .e.s.s. -t e lesko p e ste h e n i m k h o m as - h och la n d i n na m i bi a" bild: christian föhr /h.e.s.s. collaboration " " im notfall kann man die teleskope auch mit dieser fernbedienung steuern." bild: eva leser eingedeckt, was man für nachtschichten braucht.“ zehn stunden am stück dauerte der längste ein- satz, es war, wie die astrophysikerin gleich präzise feststellt, „neumond im südwinter.“ und dann kam die nacht des 17. august 2017. bis dahin war der einsatz für eva leser noch routine, doch diesmal begann die schicht mit ei- nem gellenden alarm im kontrollraum. „da gibt es so eine richtige sirene, wie man sie aus filmen kennt“, erinnert sie sich – und dann lief die internetverbindung heiß: „wir kriegten ständig mails von kollegen, die uns updates zu koordi- naten durchgaben, die wir unbedingt beobachten sollten“, erinnert sie sich an jene nacht, die für sie vor allem stressig war – und für die astrophysik historisch. es war die nacht, in der das ereignis namens „gw170817“ gemessen wurde. im jahr 2015 waren gravitationswellen erstmals gemessen worden – 100 jahre nach ihrer theoretischen vorhersage durch albert einstein. mit „gw170817“ gelang der noch jungen gravi- tationswellen-astronomie ein neuer durchbruch: der erste nachweis einer kollision von neutronen- sternen. für die forscher geht es um viel: woher kommen die schweren elemente im universum, von edelmetallen wie gold und silber bis hin zu industriell genutzten stoffen wie uran und bismut? eine antwort könnte sein: aus ebenjenen kolli- sionen von neutronensternen. auch die art der entdeckung war historisch. erstmals wurden gra- vitationswellen von einem ereignis aufgefangen, das gleichzeitig auch mit teleskopen am himmel beobachtet wurde. zahllose teleskope auf der ganzen welt wurden in windeseile auf die gleiche ganzen welt wurden in windeseile auf die gleiche stelle am himmel gerichtet – und eva leser saß bei einem davon im kontrollraum, mitten in namibia. trotz dieses intensiven austauschs mit an- deren astronomen hatte sie dort jedoch fast keine sozialen kontakte. die nächsten dörfer liegen meilenweit entfernt, was in namibia viel ausmacht: von den teleskopen bsi nach windhoek sind es eigentlich nur 100 kilometer – und doch dauert die fahrt über die rumpeligen wüstenpisten mehrere stunden. je nach mondphase und schichtbeginn traf eva leser die techniker manchmal zumindest zum frühstück, aber nach ein paar sätzen ging jeder eigene wege: die techniker an die arbeit, eva leser ins bett. „wenn ich mit den daten von h.e.s.s. arbeite“, sagt sie jetzt, inzwischen wieder am heimischen schreibtisch, „habe ich ein besseres verständnis für die daten als vorher, schließlich habe ich das teleskop selbst kennen- gelernt!“ und noch etwas hat sie mitgenommen von den wochen in der namibischen wüste, umgeben von rötlichem sand in jeder richtung: die erinnerung an ihren unvergleichlichen arbeitsweg. beinahe sehnsüchtig klingt es, was sie in ihrem blog notiert hat: „wenn wir den kontrollraum verlassen, sieht man am horizont bereits einen blassen rosa streifen. während wir die straße zurücklaufen, wird er zusehends breiter. die ersten vögel beginnen ein zaghaftes zwitschern. es wird tag in der wüste.“  michael büker bildergalerie mehr eindrücke gibt es in unserer bildergalerie unter: www.helmholtz.de/ namibia/ helmholtz perspektiven 01/2018 3 9

ute weber leiterin des erdbeobachtungsprojektes moses

k l e i n e f o r s c h e r meister der entschleunigung - ein experiment zu phytoplankton e x p e r i m e n t das brauchst du: alte zahnbürste alte zahnbürste in den oberen schichten des ozeans gibt es winzige algen, die frei umher treiben - das sogenannte phytoplankton. sie brauchen licht zur photo- synthese und damit zum leben. da sie ein wenig schwerer als wasser sind, sinken sie allmählich in die dunkle tiefe. manche formen sinken dabei langsamer als andere, so dass sie länger im licht bleiben. welche formen für diese „entschleunigung” gut geeignet sind, kannst du in diesem spielerischen experiment testen. 00:05 zahnstocher zahnstocher zahnstocher und so wird‘s gemacht: 1. schneide für den „versuchstank” von einer 1,5 liter-plastikflasche stoppuhr toppuhr oder handy 2. den oberen rand ab und fülle die flasche mit wasser. forme aus der knetmasse mehrere gleich große kügelchen mit etwa 1 cm durchmesser. eines davon hälst du unter die wasseroberfläche und lässt es von dort aus fallen. dabei misst du als vergleichswert mit einer stoppuhr, wie lange es braucht, um bis zum boden zu sinken. verschiedenen gestalten (z.b. flach und dünn) und versiehst dieses noch mit stacheln aus borsten einer alten zahnbürste und aus (achtung: spielregel!) bis zu 2 zahnstochern. 1,5 1,5 l plastikflasche wasser wasser knetmasse knetmasse schere schere schere schere schere schere erklärung: 3. aus den anderen kugeln formst du nun „phantasie-plankton” in 4. mithilfe der stoppuhr prüfst du, welches davon am langsamsten zu boden sinkt. welche formen sind gut geeignet, welche weniger? wir haben im test zeiten bis zu 4 sekunden geschafft, aber das kannst du sicher noch steigern! viel spaß! dornen und spitzen machen die zellen nicht nur für fressfeinde weniger attraktiv, sondern sie erhöhen auch den reibungswiderstand im wasser und bremsen so den fall, bis eine strömung von unten sie wieder an die oberfläche tragen kann. dieses experiment stammt von: geomar helmholtz-zentrum für ozeanforschung kiel schulprogramme wischhofstr. 1-3, d-24148 kiel tel.: +49 431 6004006 e-mail: schulprogramme@geomar.de www.geomar.de/go/schule www online mehr über die schülerlabore unter: www.helmholtz.de/schuelerlabore video den versuch gibt es auch als video unter: www.helmholtz.de/experiment perspektiven 01/2018 4 3