Wissenschaft

Die Frage „Sind wir allein im Universum?“ ist nicht mehr nur philosophisch, sondern wissenschaftlich. Dank Teleskopen der neuesten Generation wie dem James Webb Space Telescope (JWST) können Wissenschaftler heute nicht nur Exoplaneten finden, sondern auch deren Atmosphären auf Biosignaturen – chemische Spuren von Leben – untersuchen.
Seit 1992 wurden mehr als 5.600 Exoplaneten – Welten außerhalb des Sonnensystems – entdeckt. Viele von ihnen sind „Supererden“ oder „Mini-Neptune“, doch zunehmend werden auch Gesteinsplaneten in der „habitablen Zone“ entdeckt, wo flüssiges Wasser möglich ist.
Das 2021 gestartete JWST-Teleskop war revolutionär. Seine Infrarotsensoren erfassen das Spektrum des Lichts, das während des Transits die Atmosphäre eines Planeten durchdringt. Die Absorption bestimmter Wellenlängen kann die Zusammensetzung der Atmosphäre bestimmen: Wasserdampf, Methan, Kohlendioxid und Sauerstoff. Im Jahr 2023 entdeckte das JWST Spuren von Dimethylsulfid (DMS) in der Atmosphäre des Exoplaneten K2-18 b. Auf der Erde wird diese Substanz nur von lebenden Organismen – Phytoplankton – produziert. Obwohl die Daten noch bestätigt werden müssen, handelt es sich um einen der vielversprechendsten Kandidaten für eine Biosignatur.

Neben Gasen suchen Wissenschaftler nach Technosignaturen – Zeichen einer technologischen Zivilisation: Radiosignale, Laserpulse und anomale Strukturen (wie Dyson-Sphären). Die Projekte SETI und Breakthrough Listen scannen Millionen von Sternen nach solchen Signalen.

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CRISPR-Cas9 ist eine Technologie zur Genomeditierung, die in ihrer Bedeutung mit der Erfindung des Mikroskops oder der PCR vergleichbar ist. Sie ermöglicht es Wissenschaftlern, DNA-Abschnitte mit unglaublicher Präzision auszuschneiden, einzufügen oder zu korrigieren – genau wie in einem Textverarbeitungsprogramm.
Das System basiert auf einem Mechanismus, den Bakterien zur Abwehr von Viren nutzen: Das Cas9-Enzym wird durch eine sogenannte Leit-RNA zu einem bestimmten DNA-Abschnitt geführt und führt einen Schnitt aus. Anschließend repariert die Zelle den Bruch und nimmt die gewünschten Veränderungen vor.
Im Jahr 2020 erhielten Emmanuelle Charpentier und Jennifer Doudna für die Entwicklung von CRISPR den Nobelpreis für Chemie – den ersten, der jemals an zwei Frauen ohne männliche Koautoren verliehen wurde.
Die medizinischen Anwendungen sind beeindruckend: Klinische Studien zur Behandlung von Sichelzellenanämie, Beta-Thalassämie, erblicher Blindheit und bestimmten Krebsarten laufen bereits. 2023 wurde die weltweit erste CRISPR-basierte Therapie, Casgevy, in Großbritannien zugelassen.

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Im Kampf gegen die Klimakrise sucht die Menschheit nach Alternativen zu fossilen Brennstoffen. Eine der vielversprechendsten Lösungen ist grüner Wasserstoff – ein sauberer Kraftstoff, der mithilfe erneuerbarer Energien aus Wasser gewonnen wird und keinen CO2-Fußabdruck hinterlässt.
Wasserstoff ist das am häufigsten vorkommende Element im Universum, kommt auf der Erde jedoch nur selten in reiner Form vor. Er wird aus Erdgas („grauer Wasserstoff“), Kohle („brauner Wasserstoff“) oder Wasser („grüner Wasserstoff“) hergestellt. Nur letzteres Verfahren ist umweltfreundlich.
Der Prozess heißt Elektrolyse: Elektrischer Strom spaltet Wasser (H₂O) in Wasserstoff (H₂) und Sauerstoff (O₂). Stammt der Strom aus Solar- oder Windkraftanlagen, entstehen keine Emissionen. Wasserstoff kann gespeichert, transportiert und als Kraftstoff genutzt werden.
Die Vorteile sind enorm: Bei der Verbrennung von Wasserstoff entsteht nur Wasser, er hat eine dreimal höhere Energiedichte als Benzin und kann Kohle in der Stahlindustrie – einem der umweltschädlichsten Wirtschaftszweige – ersetzen. Pilotprojekte wurden bereits in Deutschland, Australien, Saudi-Arabien und Chile gestartet. In Australien beispielsweise entsteht die Gigafabrik „Asian Renewable Energy Hub“, die jährlich 1,75 Millionen Tonnen grünen Wasserstoff produzieren wird.

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Bis vor wenigen Jahrzehnten glaubte man, das Gehirn sei nach der Kindheit „eingefroren“: Neuronale Verbindungen bildeten sich in der Jugend und zerfielen wieder. Heute hat die Wissenschaft das Gegenteil bewiesen: Das Gehirn besitzt Neuroplastizität – die Fähigkeit, seine neuronalen Netzwerke als Reaktion auf Erfahrungen, Lernprozesse, Traumata und sogar Gedanken neu zu verdrahten.
Diese Entdeckung hat unser Verständnis von Schlaganfallrehabilitation, Depressionsbehandlung und Lernen im Alter revolutioniert. So können beispielsweise nach einer Schädigung eines Hirnareals andere Bereiche dessen Funktionen übernehmen – bei entsprechender Stimulation.
Neuroplastizität manifestiert sich auf verschiedenen Ebenen: von synaptisch (Stärkung der Verbindungen zwischen Neuronen bei wiederholter Aktivität) bis strukturell (Zunahme des Hippocampusvolumens bei Londoner Taxifahrern, die sich Tausende von Straßenzügen einprägen).
Die wichtigsten Mechanismen sind Langzeitpotenzierung (Stärkung der Synapsen bei häufiger Nutzung) und Neurogenese (Entstehung neuer Neuronen, insbesondere im Hippocampus). Letzteres galt lange Zeit als unmöglich bei Erwachsenen, wurde nun aber beim Menschen bestätigt.

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Quantencomputer sind keine Science-Fiction mehr – sie existieren bereits und werden in den Laboren von Google, IBM, IonQ und anderen Technologiegiganten aktiv weiterentwickelt. Im Gegensatz zu klassischen Computern, die Bits (0 oder 1) verwenden, arbeiten Quantenmaschinen mit Qubits, die in Superposition existieren können – gleichzeitig in den Zuständen 0 und 1.
Diese Eigenschaft ermöglicht es Quantensystemen, Probleme zu lösen, die selbst die leistungsstärksten Supercomputer überfordern. Beispielsweise die Modellierung komplexer Moleküle für die Arzneimittelentwicklung oder die Optimierung globaler Logistiknetzwerke – Aufgaben, für die klassische Maschinen Tausende von Jahren benötigen würden, erledigt ein Quantencomputer in Stunden.

2019 verkündete Google die Erlangung der „Quantenüberlegenheit“: Der Sycamore-Prozessor von Google schloss eine Berechnung in 200 Sekunden ab, für die der Summit-Supercomputer etwa 10.000 Jahre benötigte. Während die Debatte über die Richtigkeit dieser Behauptung anhält, zeugt die Tatsache selbst von rasanten Fortschritten. Quantencomputer sind jedoch noch immer extrem instabil. Qubits verlieren leicht ihre Kohärenz durch geringste Temperaturschwankungen, Magnetfelder oder Vibrationen. Daher werden sie in ultrakalten Kryoanlagen bei Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt (–273 °C) untergebracht.

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