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Pflanzenforscher Yoav Voichek untersucht am Gregor Mendel Institute of Molecular Plant Biology der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) die Anpassungsfähigkeit des Genoms von Arabidopsis thaliana (Acker-Schmalwand), einem relativ unscheinbaren Unkraut, das sich allerdings bestens Forschungsstudien eignet.

Vor ein paar Jahren haben habe ich mich entschieden, mehr mit Pflanzen zu arbeiten. Ich habe immer schon gern gegärtnert, und wollte herausfinden, welche Umweltbedingungen Pflanzen brauchen, um zu wachsen. Vorher habe ich Genome nur am Computer untersucht, aber das ist, wie den Motor eines Autors zu studieren. Diese Basisarbeit fühlt sich sehr technisch an, spannender ist es, einen Organismus tatsächlich in der Natur zu erleben.

Unkraut als Studienobjekt

Pflanzen sind komplexer als man denkt. Ihre Gene werden dynamisch eingesetzt und reagieren schnell auf das, was die Pflanze in ihrer Umgebung wahrnimmt. Für mich war das sehr überraschend. Gleichzeitig sind Pflanzen angenehm, weil sie sich nicht bewegen. Eine Maus kann herumlaufen, zeigt verschiedenes Verhalten. Eine Pflanze steht einfach da, und muss auf die Umwelt reagieren. Sie muss sich anpassen, um zu überleben.

Auf dem Foto sieht man Arabidopsis thaliana, auch Acker-Schmalwand genannt. Sie wird in der Landwirtschaft als Unkraut gewertet, aber für uns ist sie ein zentraler Organismus. Seit dem Jahr 2000 ist das Genom von Aradidopsis sequenziert, die Daten sind frei zugänglich in Internet. Wir haben eine Sammlung von mehr als tausend, sie wurden auf der ganzen Welt zusammengetragen. Weil wir sie von unterschiedlichen Orten haben, können wir gut erforschen, wie sie sich anpassen. Dieselbe Sorte wird sich anders entwickeln, wenn sie in Nordschweden wächst als in Spanien. Wir vergleichen, wie sich Pflanzen in unterschiedlicher Umgebung auf der Welt entwickeln. Mit anderer Kälte, Wärme oder Luftfeuchtigkeit.

In der DNA verankert

Besonders interessiere ich mich für die Regulation der Gene der Pflanzen. Wie lernen sie die Informationen neu zu verdrahten, die sie bereits in sich tragen? Evolutionär ist es nämlich viel einfacher, sich zu entscheiden, welche Gene verwendet werden, als das Genom zu verändern. Es gibt regulatorische Informationen: Wenn dir kalt ist, dann verwende dieses Gen. Kälte ist also auch in der DNA verankert. Die Forschung versteht das noch nicht zur Gänze. Es fehlen noch einige Puzzleteile, um diese komplexen Reaktionen zu entschlüsseln. Und diesen Code zu lesen.

Für unsere Arbeit braucht man maximale Kontrolle. Wir haben Kammern in den wir die Luftfeuchtigkeit, Temperatur und Licht kontrollieren, aber auch, wie viel Wasser sie bekommen. Wir haben gerade ein Experiment laufen, da erforschen wir, wie Pflanzen bei 16 Grad und 6 Grad wachsen. Wir sehen wie Pflanzen, die ursprünglich aus kalten Regionen kommen und welche aus warmen Regionen, auf diese unterschiedlichen Temperaturen reagieren. 50 Prozent meiner Arbeit besteht darin, Ergebnisse auszuwerten. Man wechselt ständig zwischen Labor und Computer. Auf meinem Schreibtisch habe ich auch Pflanzen stehen, aber weiß nicht, ob ich das überhaupt darf. Generell möchte man nämlich nicht zu viele Wildpflanzen in der Nähe eines Labors haben, die können Krankheiten übertragen und so die Forschung gefährden. Vor ein paar Monaten hatte jemand die Idee, auf unserem Balkon zu begrünen. Aber unser Vorgesetzter war dagegen, das ist einfach zu gefährlich. Ein paar Pflanzen sind trotzdem geblieben.

Sahra Tasdelen züchtet als Molekularbiologin am IMBA – Institut für Molekulare Biotechnologie GmbH der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) Organoide - Modelle von menschlichen Organen, an denen Krankheiten erforscht werden können.

Ich bin Master Studentin, meine Aufgabe ist es, Herzen und Blutgefäße in Miniaturform herzustellen. Auf dem Foto sieht man, wie ich gerade diese Organoide kontrolliere. Sie werden aus Stammzellen produziert, die wir aus menschlichen Hautzellen oder Gewebszellen gewinnen können. Dafür wird nicht einmal mehr ein Embryo gebraucht. Ich entwickle neue Modelle, die dann für Therapien eingesetzt werden können. Sagen wir, ein Patient hat ein Problem am Herzen und mit seinen Arterien. Ich könnte ein Stück von seiner Haut nehmen, und daraus dann in einer Zellkulturschale ein Miniatur-Herz herstellen. Dazu brauche ich einen Signalmolekül-Cocktail, den muss man den Stammzellen verabreichen, damit sie wissen, in welche Richtung sie sich entwickeln sollen. Die Zellen „verstehen“ dann: Okay, wir müssen zu einem Herz heranwachsen. Für ein Vorstadium von einem Herzen dauert das ungefähr acht Tage.

Wir kommen im Moment noch nicht zu einem faustgroßen Herzen eines erwachsenen Menschen. Unsere Herzen befinden sich im Millimeterbereich. Aber es geht auch gar nicht um Transplantationen, das ist Zukunftsmusik. Wir erstellen eine Mini-Version von dem, was das Problem im Körper ist. Daran können wir zum Beispiel ausprobieren, wie sich die Zellen während eines Herzinfarkts verhalten, oder die Blutgefäße, wenn sie verstopft sind. Nachdem diese kleinen Modelle ja von den Patient/innen selbst sind, können wir direkt mit der Genetik der Betroffenen arbeiten. Wenn in einem Gen etwas kaputt gegangen ist, kann man sich die Fehlfunktion in der Schale ansehen, ohne, dass dafür der Mensch operiert werden muss.  

Medikamente an Mini-Versionen testen

Im Moment ist das alles noch im Forschungsstadium. Aber bei uns im Labor hat sich schon gezeigt, dass man diese Methode gut für Diabetiker/innen einsetzen kann. Bei ihnen sind die Zellwände sehr dünn und porös. Das ist gar nicht gut, denn es muss ein stabiles Gebilde sein. Man kann der Mini-Version im Glas Medikamente verabreichen und schauen, wie das Herz und die Blutgefäße darauf reagieren. So muss das Medikament also nicht direkt am Menschen ausgetestet werden.

Ich habe mich für das Projekt beworben, weil ich das Potential von Stammzellen faszinierend finde. Sie können im Körper alles mögliche werden: ein Gehirn, ein Knochen oder ein Darm. Sie brauchen nur den richtigen Signalmolekül-Cocktail. Es ist großartig, dass wir schon so weit sind, aber es ist noch immer so vieles unerforscht!

Robert Pichler ist historischer Anthropologe und Fotograf mit Schwerpunkt Migrations- und Bildforschung am Institut für Habsburg und Balkanforschung der ÖAW. Auf seinen Feldforschungen setzt er die Kamera als Dokumentationsinstrument ein, er sucht aber auch immer nach künstlerischen und partizipativen Methoden der Bildproduktion und Präsentation.

Wie man auf dem Bild sehen kann, sortiere ich gerade meine Fotos, für eine Ausstellung und ein Buchprojekt, das sich „Kioske nennt. Auf einer Winterreise vor einigen Jahren entlang der Küste Albaniens fielen mir die zahlreichen improvisierten Bauten auf, die im Sommer touristisch genutzt werden, im Winter aber zumeist leer stehen. In Albanien, so wie in anderen postsozialistischen Staaten, ist es nach der Wende zu enormen Migrationsprozessen gekommen. Bei uns nimmt man vor allem die Auswanderung wahr, die Länder selbst sind aber auch von massiven Binnenwanderungen betroffen. In Albanien zum Beispiel sind sehr viele Menschen aus den ländlichen und gebirgigen Regionen in die Städte und an die Küste gezogen. In der Hafenstadt Durrës etwa hat sich die Bevölkerungszahl seit 1989 mehr als verdreifacht. Im Süden der Stadt, wo früher ausgedehnte Pinienwälder hinter einsamen Sandstränden standen, reihen sich heute Hotelanlagen aneinander. Fährt man weiter, kommt man in jene Gebiete, wo man den Prozess der sukzessiven touristischen Erschließung beobachten kann. Die Vorboten davon sind eben jene Kioske, die im Zentrum meines Projektes stehen.

Einblicke in den Wandel

Mir ist es ein Anliegen, diesen Wandel zu begleiten. Bei der systematischen Erkundung der Küstenlandschaft wurde rasch klar, dass die vielfältigen Formen der Architektur und die Lebensweise der Menschen eng miteinander korrespondieren. Die fotografische Dokumentation über einen längeren Zeitraum und die Interviews, die ich dabei gemacht habe, ermöglichen Einblicke in verschiedene Bereiche: in das Verhältnis von privater Nutzung und staatlicher bzw. kommunaler Regulierung, in konkurrierende Eigentumsfragen, in Angelegenheiten des Naturschutzes, der Wassernutzung und der hemmungslosen Ausbeutung ökologischer Ressourcen.

Ein genauer Blick auf die Architektur, auf die verwendeten Materialien, die Bauweise und den Formenreichtum, verdeutlicht die vielschichtige Improvisationskultur, die den turbulenten Übergang vom stalinistischen Überwachungsstaat zu ungezügelter Marktwirtschaft und schwacher staatlicher Ordnung kennzeichnet. Die kontinuierliche Begleitung ermöglichte aber auch, den rapiden Wandel sichtbar zu machen, der von vielen Menschen vor Ort, die in diese Prozesse eingebunden sind, kaum wahrgenommen wird. Erst in den letzten Jahren besinnen sich die Menschen verstärkt auf ihre Vergangenheit. Fotografien, die den Alltag zeigen und verschwundene Räume sichtbar machen, tragen meiner Erfahrung nach dazu entscheidend bei. Die Ergebnisse dieser partizipativen visuellen Forschung geben Einblicke in verschwindende Lebensräume. Das Interessante und Berührende daran ist für mich, dass ähnlich wie bei meinem vorhergehenden Projekt „Albania’s 90s. Photographs and Narratives“ Menschen sich durch diese Fotos inspirieren lassen, sich mit ihrer eigenen Geschichte auseinanderzusetzen.

Physiker Markus Aspelmeyer und seine Mitarbeiter untersuchen am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAW, wie Quantenphysik unser Verständnis der Natur auf den Kopf stellt, und wie man das konkret nutzen kann.

Auf dem Foto stehe ich im Hedy Lamarr-Quantenteleskop, das wir an unserem Institut verwenden. Damit versuchen wir, die Grundlagen für ein Quanteninternet zu schaffen.

Aber vielleicht zuerst zu den Basics. Worum geht es? Quantenphysik ist komisch. So kann man es am ehesten sagen. Da kann sich zum Beispiel ein Teilchen so verhalten, als ob es an zwei Orten gleichzeitig ist. Die Quantenphysik erlaubt dadurch auch Dinge wie das Beamen, also die Teleportation. Allgemeiner: Die Quantenphysik erlaubt Zustände in der Natur, die im Widerspruch zu unserer Alltagserfahrung stehen. Wenn wir im digitalen Zeitalter mit Computern rechnen oder unserem Handy kommunizieren, senden wir Bits, also eine Null oder eine Eins. In der Quantenphysik gibt es hingegen Zustände, die gleichzeitig Null und Eins sind. Und das macht einen riesigen Unterschied.

Quantentechnologien

Dass sich die Natur nach diesen verrückten Regeln der Quantenphysik verhält, wissen wir durch die bahnbrechenden Ideen von Wissenschaftlern wie Max Planck, Erwin Schrödinger, Albert Einstein oder Niels Bohr. Schon damals war klar, diese Erkenntnisse stellen unser Weltbild radikal auf den Kopf. Aber erst jetzt, quasi 100 Jahre später, hat man verstanden, wie man diese philosophischen Einsichten auch praktisch in Form von „Quantentechnologien“ nutzen kann. Etliche der wegweisenden Arbeiten dafür sind in den letzten Jahrzehnten übrigens in Österreich entstanden! Wir am Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der ÖAw sind an Grundsatzfragen interessiert, die nach wie vor ungeklärt sind. Zum Beispiel, wie können wir Zeit und Raum in einer Quantenwelt denken? Oder: Gelten die Regeln der Quantenphysik auch für die Schwerkraft? Aber uns beschäftigt auch, wie man neue Wege finden kann, um diese Erkenntnisse praktisch einsetzen zu können, etwa welche Geräte man bauen kann, die mit Hilfe der Quantenphysik besser arbeiten.

Dazu brauchen wir auch das Hedy Lamarr-Quantenteleskop. Dort geht eines unserer Teams der Frage nach, wie wir die Quantenphysik nutzen können, um besser und sicherer zu kommunizieren. Wir senden und empfangen einzelne oder verschränkte Lichtteilchen über viele Kilometer und planen sogar den Austausch mit Satelliten. Damit kann man zum Beispiel abhörsicher kommunizieren, oder ein weltweites Quantennetzwerk aufbauen.

International

Übrigens: „Wir“ sind ein internationales Team von 70 Forscherinnen und Forschern aus aller Welt, die in 7 Arbeitsgruppen in der Boltzmanngasse in Wien mit viel Spaß und unkonventionellen Ansätzen jeden Tag unser Weltbild in Frage stellen.

Bioakustikforscherin Marisa Höschele untersucht am Institut für Schallforschung der ÖAW Wellensittiche auf ihre Musikalität. Und findet erstaunliche Gemeinsamkeiten zu Menschen. 

Unsere Forschungsgruppe nennt sich Musikalität und Bioakustik am Institut für Schallforschung der ÖAW. Wir studieren, wie Menschen und Tiere Geräusche wahrnehmen und produzieren. Und warum wir überhaupt Musik und Sprache haben. Wellensittiche sind besonders interessant, weil sie ähnliche Fähigkeiten wie wir haben. Die weiblichen Wellensittiche mögen Rhythmus und bewegen sich dazu. Außerdem können sie Geräusche nachmachen wie andere Papageien. Menschen brauchen diese Fähigkeit ja auch, um Sprachen lernen zu können. Bei Tieren ist das unüblich, dass sie ihre eigenen Laute lernen müssen, das können nur einige Vogelarten, Wale, Delphine, Fledermäuse und Elefanten. Wir haben auch herausgefunden, dass Wellensittiche etwas Ähnliches wie Konsonanten und Vokale verwenden.

Lautsprecher an Ästen

Im Moment haben wir haben rund 20 Wellensittiche. An den drei Ästen sind Lautsprecher befestigt, auf denen unterschiedliche Geräusche zu hören sind, wenn ein Wellensittich auf ihnen landet. Die Vögel können sich also aussuchen, was sie gern hören möchten. Auf dem ersten Ast hören sie zum Beispiel einen Rhythmus, auf dem zweiten dasselbe Geräusch, aber ohne Rhythmus. Daraus können wir ableiten, was sie lieber mögen. Und wir messen, wieviel Zeit sie bei welchem Geräusch verbringen. Sie wippen auch manchmal dazu, bewegen ihren Kopf. Das sieht dann aus, als ob sie tanzen würden, ähnlich wie bei Menschen. Nur wenige Tiere haben dieses Rhythmusgefühl, Wellensittichen haben es, ohne es extra trainiert zu haben. Das ist wie bei Kleinkindern, man muss ihnen nicht zeigen, wie sie sich zu Musik bewegen müssen. Sie hören die Musik und bewegen sich automatisch. Aber es dauert trotzdem Jahre, bis Kinder in ihren Bewegungen exakt im Rhythmus sind. 

Popsongs haben wir bei unseren Wellensittichen bisher keine verwendet, das wäre aber vielleicht interessant. Es wäre allerdings viel komplexer zu sagen, warum sie ein Lied mögen. Mit Geräuschen ist das einfacher. Wir machen auch gerade Tests mit Lauten von ihnen selbst, die wir hergestellt haben. Ähnlich einem Modell, mit dem menschliche Sprachen nachgemacht werden. Wir spielen ihnen also Laute vor, die sie selbst verwenden und solche, die sie nicht machen würden, um zu beobachten, was sie lieber hören.

Verrückte Namen

Natürlich geben wir den Wellensittichen auch Namen. Jeder aus dem Team schreibt Vorschläge auf eine Liste, und daraus wählen wir dann aus, welcher zu einem bestimmten Vogel passt. Deshalb sind die Namen oft sehr verrückt. Eine heißt Melanzani, andere sind nach berühmten Mathematikern benannt wie Hilbert. Und dann gibt es auch noch Houdini, nach dem Entfesselungs- und Zauberkünstler Harry Houdini. Dieser Vogel ist uns am Anfang entwischt, er hat seinen Käfig aufgebrochen, bevor er in die Voliere kam. Mittlerweile fühlt er sich aber sehr wohl bei uns.