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„Oh Mann, das ist großartig!“

Wer die Welt erkennen will, muss ganz genau hinsehen. Vier Beispiele, wie faszinierend Beobachtung sein kann.





• Das kurze Klicken verändert das Bewusstsein der Menschheit. Als William Anders den Auslöser seiner Hasselblad 500 drückt, sieht er seinen Heimatplaneten wie niemand zuvor: Wie eine kleine bläuliche Murmel hebt sich die Erde vor den Augen des Kernenergietechnikers vom schwarzen Nichts ab. Ein schimmerndes Juwel mit weißen und grün-braunen Tupfen. Ein Wunder in der Weite des Weltalls.

„Oh Mann, das ist großartig!“ – „Beeil dich! Schnell.“ – „Hast du’s?“ – „Mach gleich mehrere! Gib sie mir!“ – „Beruhige dich, Lovell.“ – „Gut, ich hab’s. Oh, das ist ein guter Schuss.“

Die Aufzeichnung des Voice-Recorders dokumentiert, wie fasziniert die Astronauten sind, als sie an jenem 24. Dezember 1968 auf der ersten bemannten Reise zum Mond aus dem Bullauge des Raumschiffs der Apollo-8-Mission schauen. Gut 380 000 Kilometer sind die Raumfahrer von ihrem Startplatz Cape Canaveral entfernt, als sie als erste Menschen den Erdball als Ganzes erblicken.

Das Bild, das William Anders im All aufnimmt, wird später weltberühmt. Denn bis dahin haben die meisten Menschen bestenfalls eine vage Ahnung vom Antlitz ihres Heimatplaneten. In der Finsternis des Universums wirkt der Planet fast ein wenig verloren. Der Blick aus der Ferne offenbart, wie einmalig und zugleich verletzlich das Zuhause der Menschen ist. Wie klein, obwohl es seinen Bewohnern immer so gewaltig erscheint.

Seit jeher versuchten unsere Ahnen, ein genaueres Bild ihrer Wirklichkeit zu gewinnen. Sie beobachteten, was sie umgab, um die Grenzen des Wissens auszuweiten. In den vergangenen Jahrhunderten hat die Menschheit ein besonderes Instrument verfeinert, um diesen Drang nach Erkenntnis zu lenken: die Wissenschaft. Ihr Geschäft ist es, die Welt so präzise wie möglich unter die Lupe zu nehmen.

Die Apollo-Mission war die bis dahin größte wissenschaftlich vorbereitete Beobachtung der Menschheitsgeschichte. Die Astronauten sollten den Mond umkreisen und dessen Rückseite erforschen. Doch keine Erkenntnis der aufwendigen Expedition prägte die Gesellschaft so sehr wie das eher zufällig entstandene Foto der Erde.

So funktioniert wissenschaftliche Beobachtung: Ein flüchtiger Blick, ein winziges Teilchen, eine einzige Zahlenreihe können unser Bild der Wirklichkeit verändern. Nur selten wird ein Ergebnis derart bekannt, dass es viele Menschen bewegt. Beinahe unbemerkt verändert die moderne Wissenschaft unser Weltbild tagtäglich. Nie zuvor haben Forscher so viele Ergebnisse produziert. Vor allem die Informationstechnik ermöglicht es ihnen, immer mehr, immer umfassender zu beobachten. Entdeckungen werden heute zumeist am Bildschirm gemacht. Wie ergiebig und sinnvoll die Mühe ist, erscheint dabei immer häufiger nebensächlich: Wir wagen kaum mehr Veränderungen, ohne sie zuvor von Forschern begutachten zu lassen. Die wissenschaftliche Beobachtung hat uns in eine beobachtende Wissensgesellschaft verwandelt.

Die Experten betreiben immer größeren Aufwand, ja, sie stürzen sich geradezu in Materialschlachten. So kompliziert, dass häufig Hunderte an einem Projekt mitwirken. So teuer, dass Wissenschaft auch Manager braucht.

So beobachtet die moderne Wissenschaft inzwischen Dinge, die für die Menschheit lange verborgen waren: ob die Tiefen der Ozeane oder die Weite des Kosmos, das Geflecht unserer Zellen oder das Innenleben Tausender Körper.

Der Tiefschürfer

Der Chef der Mission schenkte an Bord des Forschungsschiffs „Sonne“ Sekt aus. Gerade hatte ein Tauchroboter am Grunde des Meeres vor Alaska eine neue Welt entdeckt: eine Süßwasseroase voller weißer Muscheln in fünf Kilometern Tiefe. Eine Sensation.

Bis dahin galten die Böden der Tiefsee als lebensfeindlich. Zu dunkel, zu kalt, zu hoher Wasserdruck. Peter Linke erinnert sich noch genau an das Glücksgefühl in diesem Moment, an das Sektglas in der Kälte. Mit seinen Kollegen war der Forscher aufgebrochen, Cold Seeps aufzuspüren. Refugien des Lebens tief unter der Meeresoberfläche.

Das ist jetzt 20 Jahre her. Und fast hätte der heute 54-jährige Linke, Forscher am Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel, die Suche damals aufgegeben. Doch der kurze Einblick in die neuen Welten ließ ihn nicht mehr los. Dabei kann er in sie nur mithilfe ausgefeilter Hightech-Roboter eintauchen. „Die Roboter sind für uns die verlängerten Arme und Augen“, sagt Linke. Sein grauer Bart lässt ihn aussehen wie einen Seemann auf Landgang. Spricht er vom Meer, leuchten seine Augen. Gerade hat er die nächste Expedition ins Mittelmeer geplant.

Raupenfahrzeuge und Unterseeboote, Surfboards mit Messtechnik und Kraken aus Metall: In einer Halle des Geomar steht die Ausrüstung. Der Tiefseeroboter KIEL 6000 überragt Linke um gut einen Kopf. Der Apparat ist so groß wie ein Geländewagen und ausgestattet mit mehreren gelenkigen Greifarmen. „Filmkameras, Fotokameras, hier auch Kameras, ein Sonargerät, noch ein Scheinwerfer, hier oben noch mehr Kameras“, zählt Linke auf und lässt dabei seine Hand zu den einzelnen Komponenten wandern. Mit sieben kleinen Propellern kann man den Roboter genau steuern. Denn immerzu droht das dreieinhalb Tonnen schwere Vehikel das zu zerquetschen, was die Wissenschaftler eigentlich entdecken wollen.

Die Forscher sind heute auf Roboter angewiesen. Immer häufiger kommen Erkundungsroboter zum Zug, die Bilder entfernter Welten liefern wie der US-amerikanische Mars-Rover Opportunity oder der chinesische Mond-Rover Jadehase. Sie erkunden tiefe Schächte wie die Roboter der Höhlenforscher, nehmen Proben in verseuchten Gebieten oder überwachen aktive Vulkane. Kurz: Die Maschinen haben die Menschen als Pioniere abgelöst. Wo ein Mensch eine fremde Welt betritt, war der Roboter schon da.

KIEL 6000 kann bis zu sechs Kilometer tief tauchen, dorthin, wo Linke mit einem normalen Unterseeboot nicht hinkäme. Mehr als 90 Prozent des Meeresbodens weltweit ist so erreichbar. Mit seinen Greifarmen haben Linke und seine Kollegen schon Spektakuläres an die Meeresoberfläche gefördert: Korallen und Gesteinsproben, seltsame Mikroben und neue Tierarten.

Über die Beobachtung in der Tiefe hofft Linke, Erkenntnisse zu Naturkatastrophen wie Erdbeben und Tsunamis zu gewinnen. „Wir haben an Kontinentalrändern gearbeitet, wo der Meeresboden verschluckt wird“, sagt er und schiebt seine Hände wie Erdplatten übereinander. Auch die chemischen Gesetze der Klimaveränderung könnten sich im Meer finden. Aber die Erkundung der Tiefsee hat längst auch wirtschaftliche Ziele: Ölbohrungen oder der Abbau von Rohstoffen wie Mangan erfordern eine genaue Kenntnis des Meeresgrundes.

Selbst jene Oasen, die ohne Licht und Sauerstoff Leben am Meeresgrund hervorbringen, sind dank der Tauchroboter heute weit weniger rätselhaft. Sie entstehen durch kaltes, methanhaltiges Süßwasser, das aus der Erdkruste ins Meer einsickert. Mikroben verwandeln Methan und Sulfat in Schwefelwasserstoff und setzen dabei Kohlendioxid frei. Daraus machen hoch spezialisierte Bakterien Kohlenstoff. Nahrung für Korallen, Krabben und Muscheln inmitten der unbelebten Wüste Tiefsee.

Der Durchleuchter

Wenn alles klappt, dann hat bald niemand ein besseres Bild von der deutschen Bevölkerung als Fabian Bamberg. Der 35-jährige Mediziner vom Universitätsklinikum München arbeitet im Team der „Nationalen Kohorte“: eine Studie, für die 200 000 Menschen mehr als 30 Jahre lang beobachtet werden sollen. Gerade so, als verwandelte sich eine ganze Stadt in ein Observatorium. Die Probanden werden regelmäßig Blut- und Urinproben abgeben, sich untersuchen lassen und in Fragebögen detailliert zu ihrem Lebenswandel Auskunft geben. Mehr noch: 30 000 Deutsche will Bamberg vom Schädel bis zu den Zehen durchleuchten lassen. Für eine Stunde werden sie in einer 70 Zentimeter breiten Röhre liegen, während ihr Körper Schicht für Schicht kartografiert wird.

Seit Langem versuchen Mediziner, den Körper nicht nur von außen zu betrachten, sondern auch in sein Inneres vorzudringen – ohne ihn dabei zu verletzen. Beinahe 120 Jahre ist es her, dass der Physiker Wilhelm Conrad Röntgen die erste Röntgenaufnahme herstellte. Sie zeigte das Handskelett seiner Frau Anna. Die Computertomografie (CT) und Magnetresonanztomografie (MRT) gehören heute zu medizinischen Routineuntersuchungen. Doch nicht nur in der Medizin wird durchleuchtet. Es gibt riesige Tomografen, die Einblicke in ganze Schiffscontainer erlauben und dreidimensionale Bilder von Autos anfertigen. Es gibt transportable Geräte, mit denen Wissenschaftler Proben direkt vor Ort untersuchen können. Werkstücke werden in Fabriken in Echtzeit durchleuchtet, um Schwachstellen im Inneren zu entdecken.

Das ist gewissermaßen auch der Zweck der „Nationalen Kohorte“. Solche Langzeitstudien sind heute das wichtigste Instrument, um Risiken für die Gesundheit zu erkennen. Beispielsweise konnte nur so nachgewiesen werden, dass Bluthochdruck schädlich sein kann. Fabian Bamberg und seine Kollegen hoffen, besser zu verstehen, wie Krebs oder Diabetes, Demenz oder Herz-Kreislauf-Erkrankungen entstehen.

Doch wo soll man anfangen, derart komplizierte „Volkskrankheiten“ zu beobachten? Das ist nur eine von vielen Herausforderungen, vor denen Bamberg und seine Kollegen stehen. Denn ihr Projekt ist gewaltig: 210 Millionen Euro sind für die Langzeitbeobachtung vorgesehen, rund 21 Millionen Euro kosten allein die Ganzkörper-Scans. Das Bundesforschungsministerium, 14 Bundesländer und die Helmholtz-Gemeinschaft sind die Finanziers. Das Ergebnis, erst einmal: eine riesige Datenbank. Dann werden die Informationen halb automatisch ausgewertet. Aber das liegt noch in ferner Zukunft.

Zunächst gilt es, Entscheidungen zu treffen, auch solche an den Grenzen des moralischen Handelns. Denn im Grunde sehen die Geräte manchmal zu viel. Die Wissenschaftler werden bei einigen ihrer Probanden zwangsläufig darauf stoßen, dass sie schon erkrankt sind, aber noch nicht leiden. Bei etwa zehn Prozent der Teilnehmer könnte das der Fall sein. „Unsere Datenerfassung ist kein medizinisches Screening“, sagt Bamberg. Also keine Beobachtung, die unmittelbar zu einer Heilung beitragen soll. Eigentlich sammelten die Wissenschaftler ja nur Daten, erklärt er so herzlich, dass es leichtfällt zu glauben, dass Menschen sich ihm gern anvertrauen. Doch Spezialisten schauen alle Aufnahmen daraufhin an, ob der Proband sich in Behandlung begeben sollte – oder noch etwas Zeit vergehen kann und die Forscher ihr Wissen für sich behalten.

Der erste von 30 000 Körper-Scans wird Anfang Mai im Universitätsklinikum Essen aufgenommen. Alle fünf Jahre sollen die Menschen dann erneut untersucht werden. Bamberg ist 35 Jahre alt. Gut möglich, dass er das Projekt in 30 Jahren noch mit abschließen wird.

Der Medizintechniker

Der Kampf gegen Krebs wird auch in einer Schüssel geführt – voll mit kalter Suppe. „Im Gewirr der Nudelbuchstaben kann man nichts erkennen“, sagt Nikolas Dimitriadis. Doch als der 28-jährige Physiker seine Kamera anschaltet, leuchtet ein Wort im Durcheinander auf: Fraunhofer. Es ist der Name der größten Organisation für anwendungsorientierte Forschung in Europa. Eine Gesellschaft Tausender Wissenschaftler, die immerzu neue Technik ersinnen. Dimitriadis arbeitet in der Projektgruppe „Automatisierung in der Medizin und Biotechnologie“ und ist maßgeblich an der Entwicklung einer neuen Apparatur beteiligt, die er mittels der Nudelsuppe auf einer Medizinmesse erklärt hat. Ein Gerät, das sichtbar macht, was mit bloßem Auge bisher kaum zu erkennen ist: den Unterschied zwischen Tumor und gesundem Gewebe.

Die Buchstaben in der Suppe leuchten auf, weil Dimitriadis sie zuvor mit Fluoreszenz-Farbstoffen eingefärbt hat. „So ähnlich soll das der Chirurg auch machen. Nur dass dann keine Nudeln, sondern Tumorgewebe eingefärbt wird.“ Bisher werden bösartige Wucherungen mit radioaktiven Substanzen markiert. Diese sind nicht nur schädlich, sie erlauben auch keine Beobachtung in Echtzeit, etwa bei einer Operation. Die fluoreszierenden Farbstoffe dagegen reagieren unmittelbar mit bestimmten Substanzen, die einzelne Gewebetypen auszeichnen, etwa Tumorzellen. Mit bloßem Auge sind die Farbstoffe nicht zu erkennen. Erst eine neue Software verwandelt das Fluoreszenz-Signal in vom menschlichen Auge wahrnehmbares Licht. Die optische Verstärkung kann so den Blick des Arztes schärfen. „Alle Tumorreste zu entfernen ist entscheidend für eine erfolgreiche Operation“, sagt Dimitriadis. „Wenn man sie eindeutig sehen kann, macht das den Unterschied.“

Er teilt seine Begeisterung für technischen Fortschritt mit Generationen von Erfindern. Anfang des 17. Jahrhunderts ermöglicht die Kombination geschliffener Linsen, die deren vergrößernde Wirkung vervielfacht, Einblick in eine bis dahin unsichtbare Welt: den Mikrokosmos. 1674 beobachtet der niederländische Tuchhändler und Amateurforscher Antoni van Leeuwenhoeck mit selbst geschliffenen Linsen in einem Wassertropfen Lebewesen, die nur aus einer Zelle bestehen – und entdeckt wohl auch als Erster Bakterien. Immer raffiniertere optische Systeme gewähren der Wissenschaft seither die Sicht in winzige Welten. Gerade der Kampf gegen den Krebs ist ohne diese Technik kaum denkbar. Ohne Mikroskop hätte Rudolf Virchow 1845 nicht die weißen Körperchen im Blut entdeckt – und das Phänomen, das er zunächst „weißes Blut“ nennt, später: Leukämie.

Doch mit jeder neuen Beobachtung stellt sich der Krebs auch vielgestaltiger dar als zuvor. „Unsere Herausforderung war es, ein System zu entwickeln, das sich für viele Farbstoffe anpassen lässt“, sagt Dimitriadis. Sein Team von Medizintechnikern arbeitet, und das ist ungewöhnlich, mitten in einem Trakt des Universitätsklinikums Mannheim. Der ungewöhnliche Standort ist Absicht. Denn so sind die Wege zwischen den Technikspezialisten und den Ärzten kurz. In einem alten Operationssaal im Keller montierten sie den Prototyp für ihre Apparatur.

Statt das Kamerasystem weiter an Fleisch aus dem Supermarkt zu testen, soll es sich schon in diesem Jahr erweisen, wie tauglich es in der Praxis ist. Ein Glioblastom, ein zerstörerischer Hirntumor, soll dann eingefärbt werden. Der Patient schluckt den Farbstoff einige Stunden vor der Operation. Und dann, wenn alles klappt, wird das System die wuchernden Krebszellen im Kopf des Patienten für den Chirurgen leuchten lassen.

Die Teilchenjägerin

Um einen winzigen Baustein der Materie zu finden, muss Anne Schukraft eine weite Reise auf sich nehmen. Zunächst fliegt sie 2011 von Aachen nach Neuseeland, dann mit einer Militärmaschine an den Rand des antarktischen Eisschilds. Nach weiteren drei Stunden in einer Propellermaschine ist die 28-Jährige am Ziel: dem Südpol. Aus dem ewigen Eis stammen Tausende von Daten, die die Physikerin daheim an der RWTH in Aachen analysiert. Wissenschaftler haben dort 86 stählerne Trossen senkrecht in das Eis eingeschmolzen, bis zu 2500 Meter tief. Jede trägt 60 kugelförmige Mess-Sonden. Schukraft nimmt sieben Trossen nach der Installation in Betrieb. „Es war großartig, die Strings in so einer fremden Welt hochzufahren.“

Insgesamt 20 Jahre hat es gedauert, bis die Anlage namens IceCube vollständig funktionierte und einen Kubikkilometer Eis überwacht. Beinahe 300 Wissenschaftler aus elf Ländern sind daran beteiligt. Allein in Deutschland, wo die meisten Bauteile der Sonden hergestellt wurden, arbeiten neun Institutionen daran mit. Und das alles, um ein paar Neutrinos aus dem All zu fangen. Diese Teilchen rasen beinahe mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum. Seit Jahrzehnten versuchen Physiker und Astronomen, sie zu erhaschen. Dafür installierten sie riesige Anlagen, im Meer, in Seen – oder im Eis. Neutrinos sind besondere Botschafter: Sie kommen aus Bereichen, aus denen nie ein Lichtstrahl zu uns dringen kann. Aus dem Inneren von Sternen-Explosionen oder gigantischen Materiestrudeln, den Schwarzen Löchern.

Lange vorbei ist die Zeit, als die Forscher sich allein darauf verließen, was sie mit bloßem Auge sehen konnten. Mit gewaltigen optischen Teleskopen betrachten sie Lichtsignale aus dem All, mit anderen Nachweisgeräten auch Röntgen-, Infrarot- und Gammastrahlen. Auch Satelliten und Raumsonden tragen ihnen Informationen aus den Tiefen des Kosmos zu. Es ist, als hätten die Forscher im Lauf der Jahrhunderte ihre Wahrnehmung erweitert. Doch was ihnen ihre künstlichen Sinne offenbaren, sind zunächst nur Zahlen. Auch über Schukrafts Computerbildschirm fluten Daten. Die Physikerin wertete vier Jahre lang Signale aus, die einige Trossen von IceCube aus dem Eis gefischt hatten. Sie ist eine von Dutzenden, die sich diese Aufgabe teilten. „Als ich die Daten bereinigt hatte, waren noch etwa 20 000 übrig“, sagt Schukraft. „Einen Heureka-Moment habe ich nicht erlebt.“ Und doch gelang es ihr, das Projekt einen großen Schritt voranzubringen. In ihren Datensätzen entlarvt sie Hinweise darauf, dass tatsächlich kosmische Neutrinos im Eis mit Materie kollidiert sind. Inzwischen haben auch andere Wissenschaftler Anzeichen dafür in den IceCube-Daten entdeckt.

Anne Schukraft beobachtet inzwischen Neutrinos am renommierten Fermilab nahe Chicago. Die geisterhaften Partikel könnten der Antrieb ihres ganzen Lebens werden. In der Veröffentlichung, in die auch ihre Ergebnisse eingeflossen sind, steht ihr Name zwischen Hunderten anderen, irgendwo zwischen Dutzenden mit dem Anfangsbuchstaben S. In hundert Jahren wird man das Projekt IceCube womöglich noch kennen, aber nicht mehr den Namen einer einzelnen Wissenschaftlerin. Denn naturwissenschaftliche Beobachtung ist heute vor allem eines: Teamwork.

Epilog

Ein bedeutender Teil des geistigen Fundaments, auf dem die Wissenschaft heute ruht, geht auf den griechischen Gelehrten Aristoteles zurück. Der Mensch könne die Welt nicht allein durch Nachdenken begreifen, lehrte er vor rund 2300 Jahren. Beobachten war für ihn die Grundlage aller Erkenntnis; erst die Wahrnehmung könne Gedanken anstoßen. Deshalb gilt Aristoteles als erster Forscher im modernen Sinn – als erster Wissenschaftler, der es sich zur Aufgabe machte, zwischen Glauben und rationaler Erkenntnis zu unterscheiden.

Darum geht es noch immer. Nie suchten Wissenschaftler nach einfachen Antworten. Im Gegenteil: Viele Beobachtungen machen unsere Vorstellung von der Welt komplexer. Versucht der Mensch sie zu durchdringen, vereinfacht er sie – und verliert dabei einzelne Details aus dem Blick. Jede Beobachtung wirft neue Fragen auf; jede Einsicht zeigt, was die Menschen nicht verstehen.

Leuchtende Tumore und winzige Teilchen, Süßwasser inmitten des salzigen Ozeans und jahrzehntelanges Observieren von Personen: Ob Aristoteles wohl verstanden hätte, was Wissenschaftler heute bewegt? Vielleicht beobachten sie eine Welt, die viel zu weit entfernt ist von jener, in der er sich bewegte. Von einer „objektiven“ oder gar „wahren“ Abbildung der Wirklichkeit ist in der modernen Naturwissenschaft nur noch selten die Rede.

Immerzu gültigen Ergebnissen kann niemand mehr nachjagen. Was den Forschern bleibt: die schiere Lust an der Erkenntnis. ---