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u m d e n k e n gendermedizin: der kleine unterschied v e r w a n d e l n wie architektur beim klimaschutz hilft a u f b a u e n xfel: der stärkste röntgenlaser der welt 01 schöne neue wirklichkeit virtual reality erschafft künstliche welten. die technik erobert die spielewelt gerade im sturm. sie dürfte auch die wissenschaft revolutionieren. w i n t e r 2016 /17

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 3 als staunte sie über ihre um sie wimmelnden artgenossen, steht die zitronen-demoiselle im riff. vielleicht hält sie auch inne, um die hirschgeweih-koralle zu bewundern? tropische korallenriffe strotzen vor leben. obwohl diese korallen nur ein prozent des ozeans bevölkern, lebt hier ein viertel aller marinen tier- und pflanzen- arten. unser wissenschaftsbild stammt aus der foto-ausstellung „ozean- versauerung: das andere kohlendioxid-problem“ des deutschen forschungsverbunds bioacid und wird vom bundes- ministerium für bildung und forschung im rahmen des wissenschaftsjahres 2016*2017 – meere und ozeane gefördert. bild: solvin zankl/bioacid zitrone trifft geweih online mehr eindrucksvolle bilder aus der wissenschaft finden sie hier: www.helmholtz.de/ wissenschaftsbild/ www helmholtz perspektiven | winter 2016/173

editorial liebe leserinnen, liebe leser, auf die perspektive kommt es an! mit diesem motto starten die helmholtz perspektiven in einem neuen design und mit neuen kategorien gemeinsam mit ihnen ins neue jahr. tauchen sie in eine virtuelle welt ein, erfahren sie mehr über die forschung am leistungsstärksten röntgenlaser der welt und begeben sie sich mit uns auf eine reise in die mongolei. der lesestoff reicht ihnen nicht? wir haben eine lösung. halten sie einfach ihr smart- phone über den qr-code unter dem mythen- text und lassen sie sich im video von einem helmholtz-forscher erklären, ob es stimmt, dass unsere gene unser leben bestimmen. außer ihnen liest in ihrer familie niemand mehr print? kein problem, wenn sie unseren icons folgen, finden sie viele links zu span- nenden videos, aktuellen online-artikeln und podcasts, die sie mitnehmen in die welt der helmholtz-forschung. viel spaß beim lesen, anschauen und hören! rebecca winkels pressereferentin abonnement möchten sie die druckausgabe der helmholtz perspektiven kostenlos beziehen? dann schreiben sie eine mail an: perspektiven@helmholtz.de 32 36 20 40 helmholtz perspektiven | winter 2016/17 5 3620 helmholtz perspektiven | winter 2016/175

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 7 forschung helmholtz extrem der kryptisch klingende name des passagierflug- zeugs hy4 ist programm: hy steht für das hybrid- antriebssystem des fliegers und die vier für die anzahl der passagiere, die mitfliegen können. seit die hy4 am 29. september 2016 erstmals vom flughafen stuttgart aus startete, ist sie das weltweit erste viersitzige passagierflugzeug, das allein mit einem wasserstoffbrennstoffzellen- batterie-system angetrieben wird. eine brennstoffzelle wandelt die energie des treibstoffs wasserstoff direkt in elektrische energie um. mit dem so gewonnenen strom treibt der elektromotor den propeller des flugzeugs an. die an bord mitgeführte lithium-ionen-batterie liefert zusätzlichen strom während der startphase und bei steigflügen. da als einziges abfallprodukt wasser entsteht, fliegt die hy4 emissionsfrei. „unser system ist hoch effizient: fast 50 prozent der eingegebenen energie kommt auch im antriebssystem an. bei autos sprechen wir nur von 20 bis 30 prozent“, sagt josef kallo, koordinator energiesystemintegration am institut für technische thermodynamik am deutschen zentrum für luft- und raumfahrt (dlr) und leiter des instituts für energiewandlung und -speiche- rung an der universität ulm. die hy4 kann bis zu 200 stundenkilometer schnell fliegen und je nach geschwindigkeit und beladung zwischen 750 und 1.500 kilometer zurücklegen. „langfristig ist es unser ziel, diese kleinen flugzeuge mit emissionsfreien fahrzeugen zu verbinden“, sagt andre thess, leiter des instituts für technische thermodynamik am dlr. hy4 könnte beispielsweise als air taxi zum einsatz kommen, um kleinere flughäfen miteinander zu verbinden. erfolgt die anfahrt zum flughafen dann mit einem elektroauto auf der basis von ökostrom, so ist zudem die ursprünglich umweltschädliche anfahrt emissionsfrei. mit dem air taxi ließen sich überdies längere zubringerstrecken wie stuttgart–friedrichshafen statt in zweieinhalb stunden in etwa einer halben stunde zurück- legen – und das ebenfalls emissionsfrei.  rebecca winkels air taxi der viersitzer hy4 fliegt mit wasserstoff. bild: jean marie urlacher/dlr das sauberste passagierflugzeug helmholtz perspektiven | winter 2016/177

hirn-forscher wissenschaftler der vr-gruppe im rechenzentrum der rwth aachen university modellieren und visualisieren mit hilfe der cave neuronale netzwerke des gehirns. bild: peter winandy/forschungszentrum jülich 9 helmholtz perspektiven | winter 2016/17

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 11 besser mit brille bei operationen kann virtual reality den ärtzen helfen, indem sie genaue daten und projektionen zum eingriff liefert. bild: vectorfusionart/shutterstock intelligenter darzustellen und die ärzte so bei der selektion der richtigen daten und der vorbereitung der operation zu unterstützen“, sagt kit-forscherin stefanie speidel. „es geht allerdings immer darum, den arzt bei seiner arbeit zu unterstützen und nicht darum, ihn zu ersetzen. ganz ohne ihn wird und soll es auch künftig nicht gehen.“ in einem virtuellen raum werden die daten und bilder kombiniert und lassen sich dreidimensional abrufen, beispielsweise für die operationsplanung. setzt ein arzt eine spezielle brille auf, bekommt er genau die informationen, die er für die operation benötigt. er sieht eine dreidimensionale projektion des zu behandelnden organs oder gewebes, die er beliebig drehen und wenden kann. zusätzlich sieht er die wichtigsten informationen darüber, wie groß etwa ein tumor an einer bestimmten stelle ist oder was er sonst in diesem bereich beachten muss. ein weiteres beispiel sind tumor- boards, bei der experten aus unterschiedlichen bereichen die optimale therapie für einen patien- ten festlegen. virtual reality ermöglicht hier die optimale darstellung der relevanten informatio- nen sowie neue interaktionsmöglichkeiten. auch experten aus anderen städten oder selbst von anderen kontinenten lassen sich durch die vr- brillen besser einbinden, denn den virtuellen datenraum kann man von überall auf der welt betreten. bisher ist das feedback der ärzte auf die tests durchweg positiv. auch in der psychotherapie, bei der reha- bilitation nach operationen oder schlaganfällen, bei der ausbildung von medizinstudenten (s. seite 14) und als unterstützung bei kleineren opera- tionen sehen experten großes potenzial für die vr-techniken. „es geht allerdings immer darum, den arzt bei seiner arbeit zu unterstützen und nicht darum, ihn zu ersetzen. ganz ohne ihn wird und soll es auch künftig nicht gehen“, sagt speidel. die vereinfachung komplexer abläufe und die visualisierung von daten liegt auch andreas richter am herzen, dem leiter des projekts „virtuelle welt“ des instituts für verkehrssystem- technik am braunschweiger standort des dlr. braunschweig spielt in seiner arbeit dabei eine besondere rolle: richter hat die stadt virtuell neu erschaffen, um sie für möglichst realitätsnahe tests für automatisiertes fahren einzusetzen. virtuelle realität, virtual reality, vr im „oxford english dictionary“ wurde der begriff virtual reality (vr), im deutschen auch virtuelle realität, 1987 erstmals beschrieben. laut der definition versteht man darunter eine computergenerierte simulation eines dreidimensionalen bildes oder einer dreidimensionalen umgebung, mit der personen auf scheinbar reale oder physische weise interagieren können, indem sie spezialequipment wie mit bild- schirmen versehene helme oder hand- schuhe mit sensoren nutzen. als einer der pioniere der virtuellen realität gilt jaron lanier. der amerikaner leitete von 1984 bis 1990 das unternehmen vpl research, das sich mit der entwicklung von virtual reality-anwendungen beschäftigte. seit den 1990er jahren findet man virtual reality-technologien zunehmend in vielen verschiedenen anwendungsbereichen etwa bei flugsimulatoren, spielsystemen, in der medizin, aber auch in der biochemie, der robotik oder bei der visualisierung von datenbanken. helmholtz perspektiven | winter 2016/1711

vibrotac das armband übermittelt durch vibra- tionen abstands- und richtungsinformationen an den menschen. bild: dlr (cc-by 3.0) ein bild von einer stadt mit der virtuellen welt sollen fahrzeuge günstiger und schneller getestet werden. bild: marek kruszewski/dlr werden, wenn gleichartige daten vorhanden sind.“ auch für die entwicklung unbemannter flugobjekte in städtischen umgebungen und zur integrierten stadtplanung sieht richter potenzial in der von ihm und seinen kollegen entwickelten virtuellen welt. während speidel bei ihrer forschung voll auf die visuelle komponente der virtuellen welten setzt, gehen die dlr-forscher andreas richter und thomas hulin sogar noch einen schritt weiter. zum virtuellen sehsinn kommen nun noch krafteinwirkungen und klang hinzu. hulin forscht dabei im bereich der weltraumforschung. begonnen hatte die forschung an sogenanntem haptischen feedback am dlr in der telerobotik, mit dessen hilfe sich roboter von einem sicheren ort aus steuern lassen. damit ließen sich war- tungsarbeiten an satelliten, förderanlagen auf hoher see oder kernkraftwerken erledigen, ohne menschen zu gefährden. „allerdings reicht es oft nicht aus, zu sehen, was man da gerade tut, man braucht auch ein haptisches feedback, um sensib- le tätigkeiten durchzuführen“, sagt hulin. „wir ergänzen die visuelle darstellung deshalb um eine haptische komponente.“ einer der roboter, die das dlr zu diesem zweck gebaut hat, trägt den namen hug („um- armung“). er deckt nicht nur den arbeitsraum menschlicher arme fast komplett ab, sondern stellt zudem die kräfte dar, die in der entfernten welt wirken. „durch dieses haptische feedback kann der mensch intuitiv die kräfte eines entfern- ten robotersystems fühlen und steuern. das wäre mit visueller information allein nicht möglich“, sagt hulin. relevant wird dieses haptische feed- back vor allem dann, wenn es um reparaturen an fragilen geräten geht, etwa an satelliten. so merkt man beispielsweise sofort, wie fest man eine schraube anziehen muss. eine entscheidung, die nur mit dem augenmaß schwer zu treffen wäre. „bisher ist das allerdings nur auf der erde oder im erdorbit möglich. die telemanipulation von weit entfernten robotern auf dem mond oder auf anderen planeten ist noch zukunftsmusik, weil die datenübertragung zu lange dauern würde. innerhalb der nächsten fünf bis zehn jahre könn- ten wir hier entscheidende fortschritte erzielen, indem wir methoden der virtuellen realität mit der telemanipulation verbinden“, sagt hulin. in anderen bereichen ist das haptische feedback aus der virtuellen realität schon heute gut einsetzbar: „beim training von astronauten und mechanikern für den einsatz im weltall und in verschiedensten terrestrischen anwendungsfeldern eignen sich unsere systeme gut“, sagt hulin. vibro- tac, ein armband, das mittels vibration unter- schiedlichste informationen übermittelt, ist ein weiteres beispiel eines haptischen geräts des dlr. es kann blinde oder taube menschen bei der orien- tierung unterstützen. die vibration kann hier zum beispiel vor stufen oder martinshörnern warnen. einzig der preis verhindert bisher einen breiteren einsatz der geräte, denn im gegensatz zu den vr- brillen sind die haptischen geräte noch sehr teuer. hulin erwartet allerdings auch in diesem bereich demnächst einen preissturz, da vor allem die spiele- industrie das haptische feedback für sich entdeckt hat.  rebecca winkels video mehr über die dreidimensionale abbildung von städten sehen sie in diesem video: www.youtube.com/ watch?v=ir_btgcu5u8/ helmholtz perspektiven | winter 2016/17 13 helmholtz perspektiven | winter 2016/1713

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 15 ma. das modell hat erfolg. einer studie der zeitschrift nature biotechnology zufolge verbessert die nutzung von labster- simulationen den lernerfolg von schü- lern und studierenden um 76 prozent im vergleich zu traditionellen lehrme- thoden. noch größer ist der erfolg, wenn labster mit traditionellen methoden kombiniert wird. „in der naturwissen- schaftlichen ausbildung haben sowohl der einsatz virtueller labore als auch die integration von elementen aus der spielebranche ein großes potenzial. bei- de konzepte miteinander zu verbinden, kann helfen, studierenden und schülern nicht nur wissen zu vermitteln, sondern auch den spaß und die faszination an der forschung“, sagt bonde. auch die medizin hat diese an- sätze längst für sich entdeckt, die im fachjargon gamification heißen: „wir versuchen, die technik in der ausbil- dung von medizinstudenten zu nutzen. vor allem im bereich der minimalinva- siven therapie ist das potenzial groß“, sagt stefanie speidel vom karlsruher institut für technologie (kit). bei diesen operationen wird nur ein kleiner schnitt gemacht, die haut des patienten also minimal verletzt, und ansonsten mit hilfe von kameras und langen geräten unter videosicht ope- riert. bisher funktioniert das training in diesem bereich an einem phantom- körper: ein experte beobachtet die handlungen des studenten und gibt verbesserungshinweise. speidel und ihre kollegen ersetzen das phantom durch sensor-gestütztes training in einer erweiterten beziehungsweise virtuellen realität. dadurch erhält der student während seiner aktionen direktes feedback zu seiner arbeit. „so wird zum einen die bewertung objekti- ver, und der student erhält mehr exakte informationen über die dinge, die er verbessern muss“, sagt speidel. aber auch fertig ausgebildeten ärzten könnten durch virtuelle räume neue trainingsmöglichkeiten geboten werden. ein beispiel: die abläufe im not- fallraum von krankenhäusern. in die- sem sogenannten schockraum müssen experten in kürzester zeit schwerwie- gende entscheidungen treffen und die richtigen maßnahmen einleiten. in der realität lässt sich das nur schwer trai- nieren. in virtuellen räumen hingegen lassen sich alle möglichen szenarien durchspielen. virtuelle räume und spielsimula- tionen könnten so vielleicht künftig nicht nur dabei helfen, menschen für wissenschaft zu begeistern und ihnen das lernen zu erleichtern – sondern auch dabei, menschenleben zu retten.  helmholtz perspektiven | winter 2016/1715

ausgezeichnetes licht in der tiefsee zwei mitarbeiter des geomar helmholtz-zentrum für ozean- forschung kiel haben beim ideenwettbewerb schleswig-holstein der wirtschaftsförderung und technologietransfer schleswig- holstein gmbh (wtsh) und der fachhochschule kiel den ersten platz erreicht. die jury zeichnete ihre entwicklung von spezi- ellen led-leuchten für unterwassergeräte aus, die sich schon bei zahlreichen wissenschaftlichen tiefseeeinsätzen bewährt haben. das neue lichtsystem ist nicht nur leicht und druckfest, sondern auch korrosionsbeständig und kostengünstig. gleich- zeitig ist es sehr leistungsstark. grundlage der entwicklung war der wunsch mehrerer arbeitsgruppen am geomar, größere bereiche des meeresbodens auch optisch zu erfassen. lichtblick für die tiefsee tom kwasnitschka (li.) und jan sticklus haben den 1. preis beim achten ideenwettbewerb schleswig-holstein gewonnen. bild: jan steffen/geomar 17 forscher entdecken neue phosphor-verbindung wissenschaftler haben in hochdruckexperimenten beim deutschen elektronen-synchrotron desy und der european synchrotron radiation facility esrf eine phosphor-verbindung entdeckt, in der ein zentrales phosphoratom an fünf umgebende sauerstoffatome gebunden ist (po5 ). diese sehr seltene konfiguration ist damit zum ersten mal in einer anorganischen phosphat-verbindung nachgewiesen worden. solche strukturen weisen oft eine hohe dichte, härte und geringe kompressibilität. deshalb sind sie für viele anwendungen im ingenieurbereich interessant. ein teil der kristallstruktur von titanorthophosphat-v (re.) das zentrale phosphoratom (grün) ist an fünf sauerstoffatome (rot) gebunden, titanatome sind blau dargestellt. bild: elena bykova/universität bayreuth blick ins innerste schwerer atome nobelium ist eines der schwersten bekannten elemente. es kommt in der natur nicht vor und lässt sich nur künstlich und in geringen mengen erzeugen. daher sind seine eigenschaften und die innere struktur weitestgehend unbekannt. nun ist es wissenschaftlern erstmals gelungen, einen blick in den inneren aufbau der atome des nobeliums zu werfen. erzeugt wurden sie an der gsi-beschleunigeranlage. mittels laserspek- troskopie konnten die forscher einzelne atome des elements untersuchen und verschiedene atomare anregungszustände nachweisen. die ergebnisse liefern die basis für weiter- gehende theoretische arbeiten und zukünftige experimente zur messung atomarer und nuklearer eigenschaften instabiler atomkerne im bereich der superschweren elemente. untersuchung eines nobelium-atoms mittels laserstrahlung (o.) das element mit der ordnungszahl 102 im periodensystem der elemente ist nun das schwerste element, das optischer spektroskopie unterzogen wurde. bild: m. laatiaoui, gsi helmholtzzentrum für schwerionenforschung/him helmholtz perspektiven | winter 2016/17

forschung am helmholtz-zentrum dresden-rossendorf wird an der nächsten generation von teilchenbeschleunigern geforscht. wozu das gut ist, lesen sie hier. mehr wissenschaft auf die ohren gibt es in folge 93 des resonator-podcasts. erst lesen, dann hören dass dresden malerisch an der elbe liegt, ist bekannt – doch was die zweite elbe im stadtteil rossendorf ist, erfährt man in keinem reiseführer. gemeint ist die teilchenbeschleuniger-anlage am helmholtz-zentrum dresden-rossendorf (hzdr), deren name für „elektronen- linearbeschleuniger mit hoher brillanz und geringer emittanz“ steht. das wortspiel mit der elbe an der elbe ist „typisch physiker“, meint ulrich schramm, der leiter des instituts für strahlenphysik am hzdr. „wir wollen dem, womit wir täglich spielen, auch einen netten namen geben.“ neben elbe benutzen schramm und seine kollegen für ihre forschung auch die neuartigen hochleistungslaser draco und penelope – natürlich ebenfalls wortspiele. mit diesen laseranlagen hoffen die forscher, eines tages die etliche meter- und kilometerlan- gen anlagen von teilchenbeschleunigen durch einen aufbau zu ersetzen, „den man praktisch in jedes haus bauen kann – zum beispiel in ein krankenhaus“, sagt ulrich schramm in folge 93 des resonator- podcasts. strahlen von beschleunigten teil- chen werden schon heute zur behandlung von tumoren benutzt. doch die größe der geräte, die dafür benötigt werden, sind bislang ein hindernis. um die laserpulse zu erzeugen, müs- sen unterschiedliche techniken kombiniert werden, sagt schramm: „mit draco laden wir elektrische kondensatoren zunächst eine weile aus der steckdose auf und entla- den sie dann in eine blitzlampe. deren licht treibt wiederum einen laser an, der dann in einen weiteren laser strahlt. so verkürzen wir schritt für schritt den energiepuls.“ neben den medizinischen anwendungen ist die arbeit der wissenschaftler in dres- den auch wertvolle grundlagenforschung für die beschleuniger- und laserphysik. welche perspektiven sich hier eröffnen, erklärt ulrich schramm in dem etwa ein- einhalbstündigen gespräch mit moderator holger klein. wissenschaft auf die ohren zum thema strahlenphysik, grundlagen- forschung und krebstherapie: probieren sie es doch einmal aus! michael büker der forschungspodcast der helmholtz-gemeinschaft 19 audio mehr wissenschaft auf die ohren gibt es hier: www.helmholtz.de/ resonator/ helmholtz perspektiven | winter 2016/17

21 den eigenen organismus wenden. bei weiblichen mäusen nahm deren zahl im alter zu, bei männchen blieb sie konstant. „um solchen unterschieden auch bei anderen erkrankungen und bei der entwicklung neuer wirkstoffe noch besser auf die spur zu kommen, müssen schon in der vorklinischen grundlagen- forschung, bei der forschung an mäusen, sowohl weibliche als auch männliche tiere verwendet werden“, sagt susanna hofmann, professorin für fettstoffwechselkrankheiten an der ludwig-maxi- milians-universität (lmu) münchen und arbeits- gruppenleiterin am helmholtz zentrum münchen (hmgu). mehrere jahre lang forschte sie an verschiedenen universitäten in den usa. dort beschäftigt man sich bereits seit den späten 80er jahren mit gendermedizin, viele wichtige studien entstanden dort. das staatliche national institute of health hat die forschung und erprobung an männlichen wie weiblichen organismen bereits zwingend zur bedingung für die förderung medi- zinischer forschungsprojekte gemacht. auch die eu hat entsprechende vorgaben in ihr forschungs- förderprogramm horizon 2020 aufgenommen. „mein eindruck ist, dass das in deutschland aber noch nicht konsequent umgesetzt wird“, sagt susanna hofmann, die am institut für diabetes- und regenerationsforschung (idr) des hmgu die arbeitsgruppe „women and diabetes“ leitet. neben dem helmholtz-zentrum leistet auch die charité in berlin pionierarbeit in sachen gender- medizin. an der charité wurde 2007 unter der leitung von vera regitz-zagrosek das deutschlandweit erste institut für geschlechterforschung in der medizin eingerichtet. ebenfalls seit 2007 gibt es die von regitz-zagrosek gegründete deutsche gesellschaft für geschlechtsspezifische medizin (dgesgm) und ihr internationales pendant (igm). beide gesellschaften weisen immer wieder auf defizite in diagnose und therapie hin, die dgesgm bietet zudem gezielte fort- bildungen für mediziner an. „bei weiblichen patienten machen sich herzinfarkte seltener als bei männern durch die bekannten erkennungszeichen wie etwa schmerzen im brustraum, die in verschiedene körper- regionen ausstrahlen können, bemerkbar, sondern sie zeigen häufiger unspezifische symptome“, sagt die kardiologin vera regitz-zagrosek. zu diesen symp- tomen gehören starke kurzatmigkeit, übelkeit, helmholtz perspektiven | winter 2016/17

23 helmholtz perspektiven | winter 2016/17 herr manns, sollte nicht jede medizi- nische behandlung individuell auf den patienten zugeschnitten sein? ja, selbstverständlich – und das findet ja auch schon allein dann statt, wenn der arzt prüft, ob vorerkrankungen bestehen oder unverträglichkeiten von medikamenten vorliegen könnten. dementsprechend ent- scheidet er dann, wie der patient behandelt wird. die heute gängigen therapien sind allerdings meist auf die breite masse zuge- schnitten. aber ein medikament wirkt nicht bei jedem patienten gleich gut – manch ei- ner bekommt starke nebenwirkungen, oder die therapie schlägt überhaupt nicht an. die individualisierte medizin bietet passgenau- ere und wirksamere therapien, die weiter erforscht und im medizinischen alltag noch viel stärker zur anwendung kommen sollten. wie kann die medizin denn individualisierter werden? mit den fortschritten in den so genannten omics-technologien wie genomics, pro- teomics oder metabolomics ist es heute möglich, patienten mit hilfe verschiedens- ter molekularer analysen sehr viel besser zu charakterisieren – beispielsweise durch gensequenzierung, die bestimmung von proteinen und proteinmustern, stoffwech- selprodukten oder immunparametern. so können wir die wirksamkeit und auch unerwünschte wirkungen verschiedener therapiemöglichkeiten vorhersagen. im rahmen großer klinischer studien werden unter anwendung bioinformatischer korrelationen medizinisch wertvolle und aufschlussreiche daten ermittelt, die bei der auswahl der therapie von großem nutzen sind – um gezielter behandeln und unnötige therapien und nebenwirkungen vermeiden zu können. für den patienten bedeutet individualisierte medizin in der regel nicht mehr als eine blutabnahme, die ausführ- liche diagnostik findet im labor statt. in welchen bereichen wird die individu- alisierte medizin heute bereits genutzt? in der krebstherapie ist die individuali- sierte medizin schon ziemlich weit entwi- ckelt. heute geht einer tumorbehandlung oft eine molekular-genetische analyse der krebszellen voraus, um den tumor mit maßgeschneiderten waffen effektiv bekämpfen zu können. bei einer zunehmen- den anzahl von tumoren ist die individu- alisierte medizin bereits zum standard geworden. im vergleich dazu steht die infektionsmedizin erst am anfang. doch in verschiedenen bereichen gibt es auch hier schon erfolge individualisierter behandlungsmethoden zu verzeichnen. können sie ein beispiel geben? eines der wichtigsten medikamente in der hiv-therapie führt bei einigen patienten zu massiven nebenwirkungen. verantwortlich ist eine bestimmte genetische veranlagung, die mit einem hohen risiko für nebenwirkungen einhergeht. vor therapiebeginn werden daher spezielle genetische tests durchgeführt, und bei vorliegen eines erhöhten risikos für ne- benwirkungen eine alternative therapie einge- leitet. das ist mittlerweile routine und ein bei- spiel für bereits angewandte individualisierte infektionsmedizin. ein weiteres beispiel ist die hepatitis-c-therapie. hier wird ebenfalls die genetik unter die lupe genommen – jedoch nicht die des patienten, sondern des erregers selbst. je nach subtyp des erregers wird die entsprechende wirksame therapie ausgewählt und der patient gezielt behandelt. wo liegen die chancen der individu- alisierten infektionsmedizin? gerade in der infektionsmedizin spielen die individuellen gegebenheiten des patienten eine bedeutende rolle. alter, vorerkrankungen, lebensweise, geneti- sche und physiologische voraussetzungen können den krankheitsverlauf erheblich beeinflussen. und auch die krankheits- erreger selbst können hochvariabel sein, sie können harmlosere oder gefährlichere varianten hervorbringen. hier gibt es viele einflussfaktoren, die es im rahmen einer systematischen diagnose zu berücksich- tigen gilt. damit ergeben sich aber auch große chancen, neue maßgeschneiderte therapieverfahren zu entwickeln, die es ermöglichen, die patienten individuell und effektiv zu behandeln. was ist ihre vision der individualisier- ten infektionsmedizin der zukunft? es sollte in zukunft möglich sein, von jedem patienten mit einer infektionskrank- heit ein individuelles profil zu erstellen, auf dessen basis die bestmögliche therapie erfolgen kann. der weg dorthin wird wohl noch einige zeit dauern, doch er wird sehr spannend sein und mit sicherheit auch zahlreiche etappensiege hervorbringen, die die entwicklung der individualisierten infektionsmedizin weiter vorantreiben wer- den. und natürlich hoffe ich, dass wir mit unserer forschung am ciim* einiges dazu beitragen können. *das ciim ist eine einrichtung des helmholtz-zentrums für infektionsforschung in braunschweig und der medizinischen hochschule hannover. maßgeschneiderte therapien für patienten mit infektionskrankheiten entwickeln – ist das ziel des zentrums für individualisierte infektionsmedizin (ciim*) in hannover. nicole silbermann sprach mit dem gründungsdirektor michael p. manns. therapien nach maß interview

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 25 25 „für kleine hochschulen ist es sinnvoll, sich auf ein klares profil und daraus abgeleitete definierte forschungsrahmenthemen festzulegen.“ z umindest für kleine hochschulen ist es meines erachtens hilfreich und sinnvoll, sich als gesam- te organisation in einem diskursiven prozess auf ein klares profil und daraus abgeleitete definierte forschungsrahmenthemen festzulegen. folglich heißt es, diese dann auch mit möglichst hoher verbind- lichkeit zu verankern. der vorteil ist offensichtlich: auch eine kleine institution kann themenspezifisch schneller eine kritische masse erreichen. spannende interne diskussionsprozesse können entstehen. natürlich ist eine direkte konkrete themen- vorgabe als top-down-prozess in einer nicht streng hierarchisch strukturierten organisation wie einer hochschule nicht möglich. dies würde unmittelbar die freiheit in wissenschaft, forschung und lehre berüh- ren. diese freiheit gilt übrigens spätestens seit einem ende juli 2010 veröffentlichten urteil des bundesver- fassungsgerichtes auch für fachhochschulen. eine solche themenvorgabe wäre aber auch nicht sinnvoll, da die diversität der forschungsansätze leiden würde, ebenso die reaktionsfähigkeit für neue herausforde- rungen. auf der suche nach neuen erkenntnissen muss den wissenschaftlern raum für kreativität gegeben werden. wie lässt sich solch ein offener prozess trotzdem steuern? aufbauend auf einem verbindlichen leitbild, das regelmäßig diskutiert und weiterentwickelt wird, werden bei uns seit einigen jahren sämtliche neue denominationen gezielt auf diese ausgerichtet oder bei wiederbesetzungen gezielt modifiziert. in den berufungsverfahren wird ein klarer inhaltlicher bezug zu diesen schwerpunkten von den bewerbern gefordert. dieser bezug hat eine mindestens eben- so hohe wertigkeit wie andere kriterien, etwa die drittmittelstärke. des weiteren kann unsere hoch- schule die wissenschaftler gezielt mit der vergabe von forschungsprofessuren, zielvereinbarungen und internen projektanschubfinanzierungen motivieren, sich der forschungsschwerpunkte anzunehmen. diese vorgehensweise hat uns im übrigen finanziell nicht geschadet, wir haben häufig gleichsam hochmotivierte und drittmittelstarke kollegen gewinnen können und zählen bundesweit zu den forschungsstärksten und gut sichtbaren fachhochschulen. bei aller berücksichtigung der freiheit in wis- senschaft, forschung und lehre sollte hier unbedingt auch das thema der verantwortung von forschung für die umwelt und gesellschaft beziehungsweise die nachhaltige entwicklung im allgemeinen sowie die verantwortung für die nutzung von forschungs- ergebnissen angesprochen werden. dies ist in einigen hochschulgesetzen der länder verankert. eine solche auseinandersetzung über forschungsziele und -verant- wortlichkeiten hat auch kürzlich in eberswalde stattgefunden. unsere wissenschaftler haben heftig gerungen und am ende von der vielfältigkeit der unterschiedlichen perspektiven profitiert.  wilhelm-günther vahrson präsident der hochschule für nachhaltige entwicklung in eberswalde online diskutieren sie mit uns. mehr zum thema unter: www.helmholtz.de/ blickwinkel/ www helmholtz perspektiven | winter 2016/1725

27 bosco verticale aufforstung in der stadt – mailands grüner blickfang. bild: eugenio marongiu/shutterstock helmholtz-zentrum geesthacht. „schon bei einer erd- erwärmung von zwei grad im vergleich zu der zeit vor der industrialisierung werden wir sehr deutliche veränderungen in ganz europa sehen“, sagt sie. „wir müssen zum beispiel davon ausgehen, dass die wintermonate im norden europas deutlich nasser werden und dass wir europäer mehr hitzewellen erleben werden.“ diese folgen betreffen städte und gemeinden genauso wie privatpersonen und beispielsweise die landwirtschaft. „es müssen möglichkeiten zur anpassung gefunden werden“, sagt jacob. anpassungen können so aussehen wie der vertikale wald am mailänder hochhaus oder schlichtweg großzügige parkanlagen. solche gezielten begrünungen treten dem „hitzeinsel-effekt“ von städten entgegen. um wiederum starkregenfällen zu begegnen, gibt es die idee der „sponge cities“ – städte werden dabei so geplant, dass sie das wasser wie ein schwamm auf- nehmen. speziell gestaltete parkplätze können etwa als überflutungsflächen für den ernstfall dienen. „solche maßnahmen können von vornherein und relativ einfach in der stadtplanung bedacht werden“, sagt jacob. besonders innovativ müssen städte am wasser sein, um den folgen des klimawandels entgegenzutreten: das stadtgebiet von rotterdam beispielsweise besteht zu einem drittel aus wasser, größtenteils liegt die hafenstadt sogar unter dem meeresspiegel. schon lange arbeitet man hier an natürlichen überflutungsflächen oder an gezei- tenparks, die den deichen vorgelagert sind und so besser vor dem tidenhochwasser schützen sollen. auf den klimawandel müssen sich aber nicht nur metropolregionen vorbereiten, sondern auch ländliche gegenden. dort sind die herausforderun- gen andere: in der forstwirtschaft etwa gilt es, gene- rationen im voraus zu denken – zum beispiel bei der frage, welche bäume für die nächsten 30 bis 60 jahre gepflanzt werden sollen. besonders schwierig sind die antworten auf solche fragen deshalb zu finden, weil die folgen des klimawandels regional extrem unterschiedlich sein werden. das erfordert zum einen eine länderübergreifende zusammenarbeit, zum anderen regionale lösungen. „während es bei der vermeidung von co2 -ausstoß um glo- bale strategien geht, müssen anpassungs- strategien lokal umgesetzt werden“, sagt daniela jacob. sprich: was bedeutet

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 29 eine lösung könnte sein, mit der natur zu arbeiten. das würde für die flächen in deutschland bedeuten, noch intakte moore zu schützen und bereits land- wirtschaftlich genutzte flächen umzugestalten, um weitere emissionen zu vermeiden: statt maisfelder könnten weniger stark entwässerte weiden angelegt werden, optimal wäre es aber, durch sogenannte wiedervernässung den ursprünglichen zustand wiederherzustellen – oder zumindest schilf anzu- bauen und so die moore „nass“ zu nutzen. „die klimaentwicklung ist nicht klar vorhersagbar, deswegen sind solche optionen gut, bei denen man auch in 15 jahren nachsteuern kann.“ „unser konzept der ökosystemleistungen bietet einen neuen blickwinkel für die bewertung von mooren: sie sind nicht nur nutzfläche, sondern klimaregula- toren.“ früher seien renaturierungen hauptsächlich als naturschutzmaßnahme aufgefasst worden, nun könne wiedervernässung von mooren auch als naturbasierte lösung für klimaschutz angeführt werden. „wichtig ist, dass landnutzer, naturschützer, wissenschaftler und politiker zusammenkommen, um informierte und ausbalancierte entscheidungen zu treffen. gut wäre es, wenn es uns gelingt, solche renaturierungsmaßnahmen generell nicht als kosten zu betrachten, sondern als vergleichsweise günstige investitionen in die zukunft.“ bonn betont aber auch, dass die wiederherstellung von moorlandschaften nur einen teil der co2 -problematik abfangen kann: „natürlich müssen wir intensiv daran arbeiten, weni- ger neue treibhausgase auszustoßen.“ bei den verschiedenen naturbasierten ansät- zen, die auf eine abmilderung des klimawandels zielen oder auf eine anpassung an seine folgen, können durchaus widersprüche auftreten – wie jener zwischen klima- und naturschutz. oder aber der widerspruch zwischen einem kompakten, co2 -ver- meidenden städtebau und einer offeneren bauweise, die stattdessen eine kühlende luftzirkulation erlaubt. „mit den dienstleistungen des gerics versuchen wir, von seiten der forschung eine gewisse ordnung in diese vielfältigen themenkomplexe zu bringen“, sagt daniela jacob. „es ist grundsätzlich noch eine große forschungsfrage, wie eine bessere systemische betrachtung der informationen und herausforderun- gen gelingen kann.“ gerade auf regionaler ebene sei deshalb eine enge abstimmung mit den betroffenen wichtig. wie also lässt sich ein stadtsystem oder eine ganze region den veränderten klimabedingungen anpassen? „dafür wäre es auch wichtig, künftig bis auf wenige quadratkilometer genau die lokalen auswirkungen von klimaveränderungen berechnen zu können.“ zugleich plädiert daniela jacob für sorgfältige planung, hektik sei nicht zielführend. „wir müssen herausfiltern, welche entscheidungen wir heute treffen müssen und welche noch fünf oder sogar zehn jahre warten können“, sagt sie. anpassung an die folgen des klimawandels sei in erster linie als risiko- minimierung zu verstehen. die genaue entwicklung des klimas sei nicht vorhersagbar, deswegen seien solche optionen gut, bei denen man auch in 15 jah- ren noch nachsteuern könne.  kristine august von wasser durchzogen – tief gelegene hafenstädte wie rotterdam müssen sich besonders auf steigende pegelstände und wetter- extreme einstellen. bild: djama/fotolia online mehr über das buch „klimawandel in deutschland“ und gerics erfahren sie hier: www.helmholtz.de/ klimawandeldeutschland/ www moorlandschaft moore in ihrem ursprung sind eine seltenheit in deutschland. intakte moore sind jedoch ein wichtiger beitrag zum klimaschutz, denn sind sie trocken- gelegt, wird der im torf eingelagerte kohlenstoff freigesetzt. bild: tatjana balzer/fotolia helmholtz perspektiven | winter 2016/1729

forschung unsere gene bestimmen unser leben mythos – stimmt das? schlagzeilen wie diese zeigen, dass der einfluss der gene auf unser äußeres und unser verhalten eine große rolle in der öffentlichen wahrnehmung spielt. emanuel wyler ist genetiker und postdoktorand am max-delbrück-centrum für molekulare medizin in der helmholtz- gemeinschaft in berlin. er forscht daran, wie gene im körper reguliert werden. „die gene sind wie das biologische kochbuch. was dann genau auf den tisch kommt, ist aber sehr unterschiedlich.“ im video erklärt er uns, woher der mythos „gene bestimmen unser leben“ stammt und ob unser genpool uns tatsächlich fremdbestimmt. sie wollen mehr über diesen mythos erfahren? einfach den qr-code scannen, play drücken und los geht's. saskia blank und rebecca winkels 31 helmholtz perspektiven | winter 2016/17 „körperbau: wie gene die figur bestimmen“ „genetik: wird intelligenz vererbt?“ „zwillingsstudie: gene bestimmen das sozialverhalten“ übrigens: einen qr-code scanner finden sie in ihrem app-store.

d ie wanderung beginnt auf dem gelände des deutschen elektronen-synchrotrons (desy) in hamburg mit einer fahrstuhlfahrt in 38 meter tiefe. dann führt der weg durch einen u-bahn-artigen tunnel, schnurstracks geradeaus in richtung nordwest, vorbei an gelb lackierten hightech-röhren und komplexen magnetstruk- turen. nach dreieinhalb kilometern ist das ende erreicht – eine halle in schene- feld. der fußmarsch zeigt die dimensionen einer der größten wissenschaftsmaschinen euro- pas: der european xfel, englisch x-ray free-electron laser, ist der leistungsstärkste röntgenlaser der welt. nach siebenjähriger bauzeit ist er nun fertig: 2017 wird er erste rönt- genblitze für die forschung erzeugen. basis ist ein fast zwei kilometer langer teilchenbeschleuniger. er bringt elektronen nahezu auf lichtgeschwindigkeit, um sie dann durch sogenannte undulatoren zu schicken. diese magnetstrukturen zwingen die rasenden teilchen auf slalombahnen – wodurch die elektronen kurze und intensive röntgenblitze abgeben, die zudem eine zentrale eigenschaft von laserlicht aufweisen: die strahlung ist kohärent, das heißt, die einzelnen wellenzüge marschieren bildlich gesprochen im gleichschritt, was 3d-aufnahmen im mikrokosmos ermöglicht. mit diesen röntgenblitzen wollen forscher unterschiedliche materialien durchleuchten: chemiker können präzise verfolgen, wie mole- kulare reaktionen ablaufen. geoforscher werden den einfluss künstlicher schockwellen in gesteins- proben studieren und molekularbiologen bilder von einzelnen proteinen aufnehmen. die bemer- kenswerten eigenschaften der röntgenpulse machen völlig neue experimente möglich: zum einen sind sie so intensiv, dass sie die einzelnen atome in einem molekül sichtbar machen können. zum anderen sind sie weniger 100 billiardstel sekunden kurz, wodurch sich extrem schnelle vorgänge verfolgen lassen, zum beispiel chemische reaktionen. elf europäische staaten sind unter dem dach der gemeinnützigen european xfel gmbh am bau der neuen forschungseinrichtung beteiligt, einem 1,2 milliarden-euro-projekt mit desy als hauptgesellschafter. 2009 begann der bau: zwei jahre lang hatten sich zwei schild- vortriebsmaschinen durch den untergrund gegraben – lange, mechanische riesenmaulwürfe, die auch für den bau von u-bahn- tunneln verwendet werden. heute sind die ersten beiden tunnelkilometer von gelben, wuchtigen röhren bestimmt, jede zwölf meter lang und einen knappen meter dick. das innenleben dieser module ist hoch- komplex: ein dünnes, luftleer gepumptes rohr für die schnellen elektronen ist umringt von helium- leitungen und wärmeisolierung – eine raffinierte kältetechnik. sie kühlt das röhreninnere auf minus 271 grad herunter und schafft so die vorausset- zung, dass die kernkomponenten funktionieren – die supraleitenden resonatoren. diese spezialröhren sind aus dem metall niob gefertigt, verlieren bei tiefen temperaturen ihren elektrischen widerstand und sorgen dadurch für eine besonders effiziente beschleunigung. „in ihrem inneren wird eine elektromagnetische welle angeregt“, sagt desy-beschleunigerchef reinhard brinkmann. „auf dieser welle reiten die elektronen gewissermaßen und werden beim durchfliegen beschleunigt.“ insgesamt 96 supraleitende module mit je acht resonatoren reihen sich aneinander. ab kilometer zwei ändert sich das bild: das letzte modul ist passiert, das ende des beschleunigers erreicht. der tunnel geht in eine kleine halle über, hier verzweigt er sich in ein system aus mehreren tunnelröhren. in ihnen stehen weitere kernkom- premiere für den primus der leistungsstärkste röntgenlaser der welt ist fertig. nach mehrjähriger bauzeit feuert der european xfel bald die kräftigsten röntgenlaserblitze der welt ab und erlaubt völlig neue experimente. diese hochleistungsphysik könnte entscheidend zur entwicklung neuer werkstoffe und medikamente beitragen. „anders als die anderen anlagen basiert unser röntgenlaser auf einem supraleitenden beschleuniger“ 33 helmholtz perspektiven | winter 2016/17

auch solarzellen können altern. bei einigen techno- logien lässt mit der lebensdauer der wirkungsgrad nach, sie liefern bei gleicher sonneneinstrahlung immer weniger strom. die gründe dafür erklärt bernd rech, leiter des instituts für silizium-photo- voltaik am helmholtz-zentrum berlin. bei der herkömmlichen technologie, den kristallinen silizium-solarzellen, ist der alterungs-effekt nur noch gering. einige hersteller garantieren nach 320 jahren noch über 90 prozent der ursprünglichen leistungskraft. mittlerweile weiß man, wie sich ein hoher wirkungsgrad langfristig erhalten lässt. es sind meist nicht die solarzellen selbst, sondern ganz banal die verbindungsstücke in den zellen, die altern – etwa metallkontakte, die durch eindringende feuchtigkeit rosten und dann den strom schlechter leiten. es gibt in den unterschiedlichen solarzellen- typen verschiedene alterungsphänomene: nie ist es übrigens nur ein effekt, der solarzellen altern lässt. so spielen etwa temperaturen eine rolle. wichtig ist auch, wie die einzelnen solarzellen im solarmodul verpackt sind. zum schutz vor feuchtigkeit werden die zellen mit einer kunststoffschicht verklebt. doch wenn die hohe energie des uv-lichts deren kohlen- stoff-bindungen aufbricht, vergilbt die schicht und das modul kann weniger sonnenenergie in strom umwandeln. da gilt es also, das chemische rezept des materials zu verfeinern. solche qualitätsfragen beschäftigen uns auch bei einem anderen großen forschungsthema, den sogenannten perowskit-solarzellen. grundsätzlich gibt es hier schon chemische strukturen die recht stabil sind, aber beispielsweise ausgelöst durch elek- trische spannung können geladene teilchen wan- dern und so die struktur des materials verändern. dabei sind diese zellen sehr vielversprechend, denn sie nutzen einen anderen wellenlängenbereich des lichts als siliziumzellen. kombiniert man beide ty- pen, ließe sich dadurch ein höherer wirkungsgrad in den modulen erzielen. bis dahin gilt es allerdings noch eine vielzahl von alterungsphänome- nen zu erforschen. nachgefragt hat kristine august auf dem prüfstand charakterisierung der elektrischen eigenschaften einer silizium dünnschicht-solarzelle. bild: helmholtz-zentrum berlin nachgefragt: „warum altern solarzellen?“ 35 forschung online alle ausgaben von nachgefragt: www.helmholtz.de/ nachgefragt/ www helmholtz perspektiven | winter 2016/17

helmholtz perspektiven | winter 2016/17 37 portrait a uf einer grafik ziehen bunte wirbel über schwarzen untergrund. man könnte es für abstrakte kunst halten, läge um die wirbel nicht eine dünne weiße linie in form des bundes- lands berlin. magdalena scheck-wenderoth zeigt auf die grafik (s. seite 38) und sagt: „das ist ein untergrundmodell von berlin, das mein doktorand max frick bearbeitet. es zeigt auf- oder absteigende grundwasserströmungen, die primär abhängig sind von der temperatur, dem wasserdruck und der durchlässigkeit der unterschiedlichen gesteine.“ um den untergrund nachhaltig zu nutzen, beispiels- weise zur förderung von grundwasser oder für geothermie ist es wichtig, diese strömungsdynamik zu verstehen. für dieses modell hat magdalena scheck-wenderoth jedoch weder selbst in der erde gebohrt, noch daten erfasst. „ich nutze die daten anderer leute, die sozusagen meine augen und ohren sind. unter umständen würden sie sich teilweise nicht begegnen – aber ihre daten führe ich zusammen“, sagt sie. und dann macht sie etwas ganz neues daraus. eine voraussetzung für ihre arbeit sei die fähigkeit zu übersetzen: „ich muss mit vertretern verschiedener disziplinen sprechen können, ihre sprache genauso verstehen wie ihre daten und die schnittstellen identifizieren.“ besonders span- nend werde es, wenn eine disziplin fragen auf- wirft, die sie selber nicht beantworten kann. sie baut dann brücken zwischen den disziplinen und hofft, dadurch auf antworten zu stoßen. „wenn man zwei dinge verknüpft“, sagt sie, „dann weiß man mehr.“ ihr geht es wie bei sprache darum, die mentalität zu erfassen und die perspektive zu wechseln. sprachen faszinieren sie. sie spricht vier verschiedene fließend: rumänisch, deutsch, englisch und französisch. am geoforschungszentrum (gfz) in potsdam ist sie direktorin des departments geotechnologien, zugleich leitet sie seit 2008 die sektion sediment- beckenmodellierung. hier beschäftigt sie sich vor allem mit zwei fragestellungen: „einerseits einer grundsätzlich geodynamischen: wie funktioniert die erde? wie brechen kontinente auseinander und wie entstehen gebirge?“, sagt sie. andererseits wollten wir menschen den untergrund nutzen, etwa für die geothermie oder die förderung von boden- schätzen. dafür müssten wir ihn jedoch vorher einschätzen können. „und dafür übersetze ich daten in modelle unterschiedlicher gebiete.“ ihre fähigkeit des übersetzens nutzt sie auch an anderen stellen, etwa als sprecherin des programmthemas georessourcen, das sich mit der erkundung und der nutzung unterirdischer res- sourcen beschäftigt. dort baut sie brücken zwischen grundlagen- und angewandter forschung. scheck-wenderoth ist 50 jahre alt, verheiratet und hat einen erwachsenen sohn. die familie und die freunde sind ihr wichtig, um die bodenhaftung zu behalten, erzählt sie. zur geologie kam sie 1987, weil sie das zusammenspiel unterschiedlicher naturwissenschaften und die arbeit im gelände faszinierte. kurz nachdem sie zum hauptstudium die übersetzerin magdalena scheck-wenderoth ist direktorin des departments geotechnologien und leiterin der sektion sedimentbeckenmodellierung am gfz potsdam sowie teilnehmerin der helmholtz-akademie für führungskräfte. wir stellen sie vor. zur person • studium der geologie in tübingen und an der tu berlin • promotion in geologie am gfz potsdam und an der fu berlin • teilnehmerin der helmholtz-akademie für führungskräfte • mentorin in der helmholtz- talentförderung positionen • direktorin des departments geo- technologien und leiterin der sektion sedimentbeckenmodellierung am gfz potsdam • professorin für sedimentbeckenanalyse an der rwth aachen • gewähltes mitglied im dfg fachkollegium • generalsekretärin des international lithosphere program helmholtz perspektiven | winter 2016/1737

forschung der physik-unterricht in der schule ist grottenschlecht. er hat nichts mit dem leben der schülerinnen und schüler zu tun. die lehr- pläne sind heillos überfrachtet. die mathematischen methoden sind viel zu komplex. stoff gibt’s in hülle und fülle, aber gerade deswegen sollte er dringend reduziert werden. was wie ein aufruf zur revolution in den physik-räumen deut- scher schulen klingt, stammt nicht von irgendwelchen reform- pädagogen. es war auch nicht der günther jauch-kandidat, der seine falsche antwort mit dem satz rechtfertigte: „in mathe und physik war ich schon immer schlecht.“ und nein, die fundamentalkritik kommt auch nicht von den idiotischen abiturienten gegen die physikalisierung des abendlands (iagpa). halten sie sich fest: dass der physik-unterricht grundlegend reformiert gehört, sagt die deutsche physikalische gesellschaft (dpg), die mutter der formeln, gleichungen und fliehkräfte. die standes- organisation der deutschen physikerinnen und physiker stellte ver- gangenen sommer im informationsblatt „physik konkret“ fest: physik gehört zu den unbeliebtesten schulfächern. na herzlichen glück- wunsch zu dieser einsicht! hätten sie mal auf die schülerinnen und schüler gehört, die das seit jahrzehnten schon sagen. da fragt man sich doch, welche standesorganisation als nächstes mit derart bahnbrechenden erkenntnissen aus ihrem trägheitsmoment erwacht und eine ganze wellenlänge nach vorn stürmt: der zahnärzte- verband stellt fest, dass menschen ungerne zum zahnarzt gehen? oder das finanzministerium verkündet, dass die bürgerinnen und bürger lieber weniger steuern zahlen würden? vielleicht weiß am ende sogar der hundebesitzerverein, wer an den ganzen hundehaufen auf unseren gehwegen schuld ist! aber zurück vom hundekot am schuh zur physik-stunde bei herrn stingl. ja, auch für ihn ist es die sechste stunde! und nein, er weiß auch nicht, warum das experiment jetzt schon wieder nicht so geklappt hat, wie es im buch steht. jetzt kommt aber mal bitte jessica an die tafel und rechnet uns den lösungsweg vor, inklusive geschwindigkeits-zeit- diagramm. torben, mehmet! jetzt ist aber mal ruhe da hinten! und bis freitag macht ihr die textaufgaben zur energieerhaltung auf seite 23. „weniger rechnen, mehr denken“, so stellt sich die dpg den zu- künftigen physik-unterricht vor. hört, hört! die lehrinhalte müssten an die erfahrungswelt der jugendlichen anknüpfen. kaum zu fassen! ganze generationen von schülern mögen sich nur fragen, warum da früher keiner drauf gekommen ist.  „physik mochte ich ja noch nie!“ 39 eine glosse von henning krause helmholtz perspektiven | winter 2016/17

41 der kharaa entspringt in den khentii-bergen unweit von ulan-bator, etwa 300 kilometer weiter nördlich mündet er in den orkhon. hier an seinem mittellauf fließt der kharaa durch offene steppe. der uferbereich gleicht einem schlecht bewässerten golfplatz: in sanften wellen fällt das gelände ab, das braungelbe gras steht wie gestutzt, bis zur narbe abgefressen von hunderten schafen. auf einer leichten erhebung hat die nomadin tsegii ihre jurte aufgeschlagen. gekleidet in einen deel, den tradi- tionellen mantel der mongolen, sitzt sie auf einem struppigen pferd; das mongolische wetter hat tiefe falten in ihr gesicht geschnitten. 300 schafe habe sie zu hüten, erzählt tsegii. zum besitz ihrer familie gehören außerdem 100 pferde und 50 kamele. der kharaa ist die tränke für diese herden. seine wasserqualität schwankt jedoch immer stärker. das liegt an den wirtschaftlichen und sozialen umbrüchen, welche die mongolei derzeit erlebt. in den vergangenen jahren sind die viehbestände im land gewaltig gewachsen. im jahr 2003 gab es 25 millionen tiere, gute zehn jahre später waren es knapp 52 millionen. überall liegt der dung der tiere. das schlägt auch auf die wasserqualität durch, sagt borchardt. im kharaa-gebiet sind nur etwa 35 prozent der bevölkerung an ein abwassersystem angeschlossen, die kläranlagen in einem beklagenswerten zustand. rund um darkhan, mit 80.000 einwohnern die größte stadt der region, haben sich nomadenfamilien mit ihren jurten niedergelassen. trinkwasser holen sie mit kanistern an so genannten wasserkiosken, die durch die mitte fließt ein fluss der kharaa in der mongolischen steppe ist schwerpunkt der forschungsarbeiten am ufz. bild: andré künzelmann/ufz helmholtz perspektiven | winter 2016/17

00:05 kleine forscher und so wird‘s gemacht: 1. fülle das brausetabletten-röhrchen zur hälfte mit wasser und gib eine brausetablette hinein. 2. verschließe das röhrchen und stelle es mit dem deckel nach unten auf den boden. 3. geh nun zügig aus der „gefahrenzone“ und beobachte, was passiert: das brausetabletten-röhrchen schießt mit einem lauten „plopp“ in die höhe. der deckel, ein rest der tablette und das wasser bleiben am boden zurück. für weitere versuche gib je eine halbe tablette in das röhrchen und erhöhe die wassermenge in 5ml-schritten (mit einer spritze abmessen). wie lange dauert es, bis die rakete abhebt? wie ändert sich die flughöhe? bei welcher wassermenge steigt sie am höchsten? fülle die rakete jetzt mit der wassermenge, bei der sie am höchsten geflogen ist, und gib einmal eine ¼, dann eine ½, dann eine ¾ oder eine ganze tablette dazu. ist eine änderung von startzeitpunkt oder höhe erkennbar? du kannst den versuch auch mit warmem wasser wiederholen. beeinflusst die wassertemperatur startzeit oder flughöhe? erklärung: brausetabletten enthalten zitronensäure und natriumhydrogencarbonat. löst man die tablette in einem mit wasser gefüllten, nicht verschlossenen brausetabletten-röhrchen auf, kann man beobachten, dass es zu sprudeln beginnt und schaum aus dem gefäß gedrückt wird. gleichzeitig wird die tablette kleiner, bis nur noch weiß gefärbtes wasser mit vielen gasblasen zurückbleibt. die blasen bestehen aus kohlenstoffdioxid (co2 ), das sich bei der reaktion der zitronensäure mit dem natriumhydrogencarbonat gebildet hat. solange das co2 aus dem brausetabletten- röhrchen entweichen kann, ist für einen ständigen druckausgleich gesorgt. bei geschlossenem deckel steigt der druck im innern des röhrchens an, bis der deckel nicht mehr standhalten kann. dieses experiment stammt von das dlr_school_lab-lampoldshausen/stuttgart. countdown läuft: mit vitamin c ins all (versuch für draußen) das brauchst du: brausetabletten- röhrchen spritze stoppuhr kaltes und warmes wasser brausetabletten (magnesium, calcium etc.) 43 online mehr über die schülerlabore unter: www.helmholtz.de/ schuelerlabore/ www helmholtz perspektiven | winter 2016/17