Wissenschaftliche Entdeckungen lassen sich weder planen noch vorhersehen, geschweige denn nach einem Zeitplan erarbeiten. Im Gegenteil: „In aller Regel müssen sie mühsam in einem langwierigen Prozess der Natur abgerungen werden”, erklärt Peter Gruss, Präsident der Max-Planck-Gesellschaft (MPG). Wo die MPG ansetzt, um der Natur Geheimnisse abzuringen, ist Inhalt der im April erscheinenden „Forschungsperspektiven”. Auf 130 Seiten werden dort derzeitiger Wissensstand, visionäre Projekte sowie Forschungsstrategien vorgestellt.
Auf Vollständigkeit ist der Bericht ebenso wenig angelegt, wie sein Vorgänger „Forschungsperspektiven 2000+”. Im Mittelpunkt stehen gesellschaftsrelevante Themen der Grundlagenforschung, also eine Auswahl wichtiger Fragen, die unser Leben bestimmen. Deshalb sind die Herausgeber bei ihrer zweiten, völlig überarbeiteten Neuauflage der Forschungsperspektiven davon abgekommen, den wissenschaftlichen Status quo und die Zukunftspläne anhand ihrer drei Forschungsbereiche – chemisch-physikalisch-technische, biologisch-medizinische und geistes-, sozial- und humanwissenschaftliche Sektion – zu beschreiben. Stattdessen kommen Institute und Einrichtungen mit 37 Aufsätzen, verteilt auf zwölf übergreifende Kapitel, zu Wort.
Das erste Kapitel „Mit dem Urknall anfangen” beschäftigt sich mit der Entwicklung des Kosmos. Astrophysiker der Max-Planck-Gesellschaft hatten großen Anteil daran, dass entscheidende Durchbrüche bei der Entdeckung von Schwarzen Löchern, extrasolaren Planeten und bei der Vermessung der dunklen Materie und dunklen Energie gelangen. Die Identifizierung dieser „ Dunklen Welt” ist eines der fundamentalsten Probleme astrophysikalischer Grundlagenforschung. An den geplanten Großteleskopen im gesamten Bereich des elektromagnetischen Spektrums, die überwiegend in globaler Kooperation entwickelt und finanziert werden, will sich die MPG beteiligen. Auch die Plasmaforscher der Max-Planck-Gesellschaft erhoffen sich in den nächsten Jahren mit Hilfe von internationalen Forschungsprojekten neue Erkenntnisse über Plasmen, ein fundiertes Verständnis von Sternexplosionen und die Kontrolle der Kernfusion: Etwa durch den Forschungsreaktor ITER, der erstmals auf der Erde ein brennendes Kernfusionsplasma erzeugen soll, oder durch die Solar-Orbiter-Mission, die sich der Sonne so nahe wie nie zuvor nähern soll.
Die Erforschung des Erdsystems und der Wechselwirkungen zwischen menschlichen Aktivitäten, Landökosystemen, Ozeanen und Atmosphäre liegt im Fokus der Max-Planck-Institute in Mainz, Hamburg und Jena und ist Thema des Kapitels „Raumschiff Erde”. Langfristig wollen die Wissenschaftler Strategien zur optimalen Nutzung der natürlichen Ressourcen und technologische sowie ökonomische Alternativen einer nachhaltigen Energieversorgung entwickeln.
Als wahrscheinlichste Variante für eine langfristig tragfähige Energieversorgung – abgesehen von der „Vision der Energieerzeugung durch Kernfusion” – erscheint den Max-Planck-Forschern neben der Solarenergie ein System, das auf Wasserstoff aus erneuerbaren Ressourcen basiert. Ziel der Arbeiten sind wissenschaftliche Grundlagen und Komponenten für solche Kreislaufsysteme.
Im Bereich biomimetische Materialforschung werden derzeit neue Funktionsmaterialien mit Nanostrukturierung entwickelt. Ziel sind: bessere Batterien, hochempfindliche Sensoren, Membranen für die Brennstoffzelle oder neue elektronische Komponenten. Ein Beispiel für kleinste Festkörper, die in der Max-Planck-Gesellschaft erforscht werden, sind Kohlenstoff-Nanoröhren. Sie eignen sich zum Aufbau klassischer und quantenmechanischer Bauelemente in der Elektronik. Transistoren und Mikroprozessoren werden in ein bis zwei Jahrzehnten möglicherweise Strukturgrößen im atomaren Bereich erreichen. Dann eröffnet die Quantenphysik neue Einsatzgebiete, da die Informationsträger nicht nur die beiden Zustände „an” oder „aus”, sondern beliebige Überlagerungen annehmen können. Quantencomputer bieten die Chance, komplexe Systeme zu verstehen, die mit klassischen Computern nicht simuliert werden können. Eine andere Forschungsrichtung, die in der MPG forciert werden soll, ist die Entwicklung eines „Quanten-Netzwerks”: Die Verarbeitung von Information geschieht darin rein optisch, und die Daten gelangen abhörsicher über große Entfernungen von einem Knoten zum anderen (Kapitel „Materialien und Zeitalter”).
Angesichts der Bedeutung der Informatik hat sich die Max-Planck-Gesellschaft zur Gründung eines Instituts für Software-Systeme entschieden. Es soll die wissenschaftlichen Grundlagen für die Entwicklung komplexer Softwaresysteme erforschen. Von ihrem reibungslosen Funktionieren sind Geschäftsprozesse, Telekommunikationsnetze und große Teile der Automobil- und Flugzeugfertigung abhängig. Als weiteres Thema wurde das Forschungsgebiet „Intelligente Computersysteme” identifiziert. Da hier vielfältige Verbindungen zu den Lebens- und Geisteswissenschaften sowie der Hirnforschung und der Neuropsychologie bestehen, plant die Max-Planck-Gesellschaft sektionsübergreifende Projekte (Kapitel „Information”).
Kaum ein Gebiet der Biomedizin wird so kontrovers diskutiert wie die Stammzellforschung. Im Mittelpunkt steht die Frage, ob die durch einen pathologischen Zellabbau verursachten Erkrankungen mit therapeutisch eingesetzten adulten und embryonalen Stammzellen behandelt oder gar kuriert werden können. Eine Antwort darauf kann nur die Grundlagenforschung in Verbindung mit geeigneten Tiermodellen geben, davon sind die Max-Planck-Forscher überzeugt. Charakteristika adulter und embryonaler Stammzellen werden dabei auf molekularer Ebene analysiert, so dass darauf aufbauend neue therapeutische Ansätze entwickelt werden können. Darum geht es im Kapitel „Gesundheit” – und auch um die Krankheitsprävention, mit dem Ziel, den Menschen ein möglichst langes und gleichzeitig gesundes Leben zu ermöglichen. Das halten die Max-Planck-Forscher für eine der größten Zukunftsaufgaben der Medizin. Eine wichtige Rolle spielt auch die Infektionsbiologie, die sich mit dem komplexen Zusammenspiel von mikrobiellen Krankheitserregern und ihrem menschlichen Wirt beschäftigt. Gerät diese Wechselbeziehung aus dem Gleichgewicht, werden pathologische Prozesse in Gang gesetzt, die nach neueren Forschungsergebnissen auch an der Entstehung von Demenzen und Herzkreislauf-Erkrankungen beteiligt sein können. Das in den Max-Planck-Instituten erarbeitete Detailwissen soll besser zwischen Grundlagen- und praktischer Therapieforschung vernetzt werden. Die MPG will deshalb ihr Aufgabenfeld an der Schnittstelle zwischen Grundlagenforschung und klinischer Anwendung neu definieren und Kliniken sowie die Industrie in diesen Prozess mit einbeziehen.
Die Menschen werden zwar immer älter, doch die genetischen und biochemischen Mechanismen des Alterns sind bis heute weitgehend unbekannt: Um die Gerontologie stärker voranzutreiben, hat die MPG zwei neue Forschungsinitiativen beschlossen (Kapitel „Altern” ): die Neugründung eines Instituts zur interdisziplinären Erforschung der biologischen Grundlagen des Alterns und das „ MaxNet Aging”, ein auf fünf Jahre angelegtes internationales Netz zur Erforschung des Alterns in den Verhaltens-, Sozial- und Geisteswissenschaften. Langfristiges Ziel des Instituts für Biologie des Alterns ist es, durch Verständnis der molekularen Prozesse und der Fremdeinflüsse die Bedingungen für ein gesundes Altern des Menschen zu verstehen. Untersuchungen an Modellorganismen sollen mit einer vergleichenden Genom-Analyse am Menschen verknüpft werden. Dabei sollen 3000 über 90 Jahre alte Geschwisterpaare über ihre Lebensgewohnheiten befragt und um Blutproben gebeten werden.
Auch die Neurowissenschaften sind weltweit enorm im Aufschwung: Die MPG hat sie durch sieben Institutsneugründungen zu einem Schwerpunkt ausgebaut. Die künftigen Forschungsschwerpunkte sind: Wie entwickelt sich das Gehirn und besonders die Großhirnrinde – was ist durch die Gene festgelegt, und was wird durch Erfahrung und Lernen „eingeprägt”? Wie lassen sich kognitive Funktionen erforschen, und welche Beiträge liefern tierexperimentelle Befunde? Wie unterscheidet sich die geistige Leistungsfähigkeit in der Jugend und im Alter? Da diese Forschung von komplexen Technologien abhängig ist, die nicht schlüsselfertig angeboten werden, beschäftigen sich die MPG-Forscher auch mit der technischen Weiterentwicklung von Methoden der virtuellen Realität und Magnetresonanztomographie. Ein Durchbruch könnte die neurokognitive Forschung (Kapitel „ Komplexes Netzwerk Gehirn”) erheblich voranbringen. Heidi Wahl ■
