"Science"-Highlights des Jahres 2016

Credit: Science Magazine

Es ist Tradition beim Fachmagazin "Science": Ende Dezember stellt sich die Redaktion die Frage: Was waren die zehn wichtigsten wissenschaftlichen Highlights des Jahres? 2016 rückt Science nun den Nachweis der Gravitationswellen durch LIGO an die Spitze seiner Top 10. Die weiteren Highlights sind: ein möglicher Erdzwilling, künstliche Intelligenz, Designer-Proteine, die Besiedlungsgeschichte der Erde, ein DNA-Lesegerät, Meta-Linsen, Mäuse-Eizellen aus dem Labor, Alterungsforschung und erstaunliche Affen-Intelligenz.

Top-Durchbruch des Jahres: Nachweis der Gravitationswellen durch LIGO

Für Science gibt es dieses Jahr einen unangefochtenen Spitzenreiter bei den wissenschaftlichen Highlights: Den Nachweis von Gravitationswellen durch die Detektoren des Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (LIGO). Am 11. Februar 2016 bestätigten die Forscher der LIGO-Kollaboration eine Theorie, die Albert Einstein fast genau 100 Jahre zuvor erstmals postuliert hatte: Die Erschütterungen der Raumzeit durch sogenannte Gravitationswellen. Diese geheimnisvollen Signale haben die Wissenschaftler mit den sensiblen Laser-Interferometern der beiden LIGO-Detektoren erstmals nachgewiesen. Die feinen Stauchungen und Dehnungen der Raumzeit führten dazu, dass sich Strahllängen minimal - aber nachweisbar veränderten. Die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung hatte die Gravitationswellen hervorgerufen. Ihre Ergebnisse untermauerten die Forscher dann im Juni 2016: Sie stellten erneut Gravitationswellen fest.

Neben diesem wissenschaftlichen Paukenschlag hebt das Magazin Science noch neun weitere Wissenschafts-Highlights des Jahres 2016 hervor:

Computer schlägt Go-Champions

Lange galt es als unmöglich, dass ein Computer einen Go-Meister schlagen kann. Das chinesische Brettspiel ist für seine enorme Komplexität bekannt. Wegen der Vielzahl der möglichen Positionen und Abfolgen von Spielzügen übersteigt die Zahl der Spielvarianten bei Go diejenigen im Schach bei weitem. Doch jetzt hat auch in diesem Fall die künstliche Intelligenz einen Durchbruch geschafft: Im Januar 2016 sorgte das Computerprogramm AlphaGO für die erste Sensation, als es den europäischen Meister im Go mit 5:0 besiegte. Im März 2016 folgte dann der nächste KO-Schlag für die menschliche Intelligenz: AlphaGO gewann auch das Turnier gegen den Sedol Lee  - einem der weltweit führenden Champions in diesem Spiel.

Nahe, ferne Welt?

Ebenfalls ein wissenschaftlicher Kracher im Jahr 2016 war die Nachricht von einem erdähnlichen Planeten in unserer unmittelbaren kosmischen Nachbarschaft. Er umkreist den Stern Proxima Centauri, der nur etwa vier Lichtjahre von der Erde entfernt ist. Der Planet Proxima Centauri b besitzt vermutlich 1,3 Erdmassen und umkreist seinen Mutterstern in der sogenannten habitablen Zone – wo es Bedingungen für flüssiges Wasser und damit für erdähnliches Leben geben könnte. Proxima Centauri b steht deshalb nun im Fokus der Astronomen bei der Frage: Können wir Alien-Lebensformen nachweisen?

Alte Zellen töten hält jung

Mit einer skurrilen Methode haben Forscher in diesem Jahr bei Mäusen das Altern aufgehalten: Es gelang ihnen, gezielt die alten Zellen aus dem Körper der Nager zu eliminieren. Auf diese Weise lebten sie länger und zeigten weniger Symptome des Alterns. Bei den Versuchen kamen gentechnisch veränderte Mäuse zum Einsatz, deren gealterte Zellen in Reaktion auf eine spezielle Substanz verschwanden – beim Menschen ist dieses Verfahren natürlich nicht durchführbar. Doch die Forscher haben mittlerweile schon Medikamente entwickelt, die alternde Zellen auch ohne genetische Manipulationen vernichten können. Bereits 2017 soll die erste klinische Studie mit einem dieser Medikamente beginnen.

Designer-Proteine

Sie bilden die Bausteine und Zahnräder des Lebens: Wegen der vielfältigen Fähigkeiten und Bedeutungen von Proteinen versuchen Forscher schon lange, sich diese Eiweißmoleküle maßzuschneidern. Die Möglichkeiten dazu haben in diesem Jahr ein bisher unerreichtes Niveau erreicht: Forscher haben mittels Computertechniken neue Faltungen bei der Erzeugung von Designer-Proteinen ermöglicht. Dies könnte nun zur Entwicklung von neuartigen Medikamenten und Materialien führen. Im Februar hat ein US-Forscherteam mit dieser Technik ein Protein erzeugt, was zu einem universellen Grippe-Impfstoff avancieren könnte. Im Juli folgten dann Proteine, die sich selbst zu leeren Behältern formen. Diese könnte man mit Wirkstoffen, DNA-Schnipseln oder anderen Fracht-Substanzen füllen, so die Hoffnung.

Mäuse-Eizellen aus dem Labor

Japanischen Forschern ist es gelungen, Mäuse-Babys aus Eizellen zu entwickeln, die sie im Labor erzeugt haben. Sie verwandelten dazu zunächst Stammzellen in unreife Eizellen. Diese ließen sie dann in Eierstockzellen heranreifen und befruchteten sie schließlich mit Mäusespermien. So entstanden Embryos, die "Mäuse-Leihmüttern" einpflanzt wurden. Einige von ihnen entwickelten sich letztlich zu fortpflanzungsfähigen erwachsenen Mäusen. Falls das Verfahren auch beim Menschen funktioniert, gäbe es neue Möglichkeiten unfruchtbaren Paaren einen Kinderwunsch zu erfüllen. Die neuen Möglichkeiten wecken allerdings auch Bedenken, dass sie eines Tages zur "Produktion" von Designer-Babys führen könnten.

Eine Haupt-Besiedlungs-Welle

In den letzten 100.000 Jahren breitet sich der Mensch nach und nach bis in die letzten Winkel der Erde aus. Doch Forscher fragen sich schon lange, wie und wann der moderne Mensch seine Urheimat Afrika verlassen hat. Das Jahr 2016 hat dazu nun neue Erkenntnisse gebracht: Umfangreiche genetische Studien von Bevölkerungsgruppen auf der ganzen Welt legen nahe, dass die meisten heutigen Menschen außerhalb Afrikas auf nur eine Auswanderungswelle zurückgehen. Vermutlich breitete sie sich vor etwa 70.000 Jahren aus. Die Vertreter dieser Welle verdrängten oder resorbierten dann die Nachkommen von früheren Menschenformen, die bereits zuvor schon aus Afrika in die Welt hinaus gezogen waren.

Sequenziergerät für die Hosentasche

Die Genom-Sequenzierung könnte bald zu einem vergleichsweise simplen Standard-Werkzeug in der Biologie und Medizin werden - dank eines neuentwickelten Handgeräts, das dieses Jahr erstmals zur Verfügung stand. Es nutzt ein bahnbrechend neues Verfahren der Sequenzierung: Der DNA-Strang wandert durch eine winzige Pore. Dabei erzeugen die Basenpaare spezifische winzige Spannungsschwankungen, die sich auslesen lassen. Dies ermöglicht es Wissenschaftlern nun, vor Ort das Erbgut von Lebewesen zu charakterisieren und dadurch beispielsweise bestimmte Krankheitserreger aufzudecken.

Revolutionäre Linsen-Technik

Bisher wurden optische Linsen prinzipiell noch nach den gleichen Verfahren hergestellt, wie schon vor Jahrhunderten: Glas und andere transparente Materialien wurden geschliffen und poliert, so dass sie das Licht auf bestimmte Weise brechen. Nun hat sich in der Linsen-Technik eine Revolution angebahnt: In diesem Jahr haben Wissenschaftler Computer-Chip-Techologie genutzt, um Metamaterial-Linsen zu erzeugen. Sie besitzen Nanostrukturen, die das gesamte Spektrum des Lichts fokussieren können. Da die  Meta-Linsen billig herzustellen, dünn und leicht sind, könnten sie nun viele Produkte  verbessern: von Mikroskopen über virtual reality displays, bis hin zu Kameras in Smartphone und Co.

Affen begreifen falsche Annahmen anderer

"Der irrt sich!" Bei anderen zu erkennen, dass sie etwas Falsches annehmen, galt bisher als eine ausschließlich menschliche Fähigkeit. Doch wie eine experimentelle Studie dieses Jahr gezeigt hat, können auch unsere nächsten Verwandten im Tierreich begreifen, wenn jemand anderes etwas Falsches im Kopf hat. Schimpansen, Bonobos und Orang-Utans zeigen damit erneut ihre hochentwickelte Fähigkeit, sich in die Erlebniswelt anderer hineinversetzen zu können. Sie haben demnach ähnlich wie wir ein Verständnis dafür, dass es eine mentale Welt gibt, die sich von der physikalischen Welt unterscheidet.

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