My Science and Me

Dieses Foto zeigt mich nur bedingt bei der Arbeit – eher bei großem Vergnügen: Alle zwei Jahre veranstalte ich mit zwei Kollegen, Wolfgang Schmidt und Andre Pommerin, eine öffentliche „Experimentalshow“ auf einer nahe am Institut gelegenen Freilichtbühne, meist mit über 2.000 Zuschauern. Dort versuchen wir, durch spektakuläre Experimente Faszination für Wissenschaft zu wecken, besonders für Chemie. Im Bild sieht man, wie ich Methan, die Hauptkomponente von Erdgas, in flüssiger Form bei minus 161.5 Grad Celsius brennend auf eine glatte Unterlage gieße. Die Methan-Tröpfchen verdampfen zum Teil, wenn sie auf den Untergrund treffen und „tanzen“ dann auf dem Gaspolster hin und her – wie Wassertropfen auf einer sehr heißen Herdplatte. Aus den Rückmeldungen weiß ich, dass alle Altersgruppen diese Veranstaltungen sehr genießen und sie bei Schülerinnen und Schülern durchaus auch Einfluss auf die Wahl des Studienfachs haben.

Ferdi Schüth, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung

 

Auf diesem Bild stehe ich vor meinem Lieblingsmessgerät, einem Photoelektronenspektrometer. In diesem Ungetüm aus Stahl werden Elektronen mithilfe von ultraviolettem Licht aus den Oberflächen der zu untersuchenden Materialien ausgelöst. In der silbernen Halbkugel wird ihre Geschwindigkeit gemessen sowie die Richtung, in die sie sich bewegen, also ihr Impuls. Damit kann ich verschiedene Eigenschaften von Materialien untersuchen, die Kollegen und ich vorher am Computer berechnet haben.

Ich weiß nicht, ob Goethe wirklich "mehr Licht" brauchte, aber ich benötige von Zeit zu Zeit nicht nur mehr Licht, sondern auch die Farben jenseits des Regenbogens. Dann fahre ich zum Experimentieren nach Hamburg, zum Elektronen-Speicherring PETRA III. Dieser Ring ist mit mehr als zwei Kilometern Umfang sozusagen die größte Lampe der Welt. Mit ihrem brillanten Röntgenlicht kann ich viel tiefer in die Materialproben blicken als das im Labor möglich ist.  Auch dort hilft mir wieder eine etwas größere, silberne Halbkugel dabei, den Impuls der ausgelösten Elektronen zu bestimmen.

Gerhard H. Fecher, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
 

Man könnte meinen, dass das rötliche Licht nur aus Effekthascherei angeschaltet wurde – aber tatsächlich arbeitet meine Forschungsgruppe oft im Halbdunkeln. Meine Studentinnen und Studenten arbeiten viel mit lichtempfindlichen Molekülen. Moleküle, von denen wir denken, dass sie eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Lebens vor über vier Milliarden Jahren gespielt haben. Und als wären die Moleküle nicht schon empfindlich genug, vertragen sie zusätzlich oft auch keinen Sauerstoff. Deswegen sieht man auf dem Foto sogenannte Anaerobenkammern oder Gloveboxen, die es uns ermöglichen, unter sauerstoffarmer Atmosphäre zu arbeiten. In diesen Kammern kann es bei uns auch ganz schön eng werden, wenn sich darin verschiedene Metallpulver, Pufferlösungen und Geräte stapeln – wir machen immer Witze, dass wir eigentlich ein ganzes Labor unter Sauerstoffausschluss betreiben müssten, mit raumstationartigen Schleusen. Aber letztlich sind die Gloveboxen dann wahrscheinlich doch etwas bequemer als die ganze Zeit mit Sauerstoffgerät im Labor herumzulaufen.

Auf der frühen Erde hatten es unsere Moleküle im Übrigen etwas leichter – da gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre und auch gute Orte, um zerstörerischem Licht aus dem Weg zu gehen. Zum Beispiel in der Erdkruste am Meeresboden.

Martina Preiner, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie
 

Mein Lieblingsteleskop − die "100m-Schüssel“, wie wir sie liebevoll nennen − ist das zweitgrößte frei bewegliche Radioteleskop der Welt. Es steht in der Eifel, in der Nähe von Bad Münstereifel-Effelsberg, und hilft uns, den Radiohimmel und seine faszinierenden Phänomene zu beobachten und besser zu verstehen.

Mich interessieren besonders die supermassereichen Schwarzen Löcher in den Zentren entfernter Galaxien. Auch unsere Milchstraße beherbergt ein solches Schwarzes Loch mit vier Millionen Sonnenmassen. Schwarze Löcher lassen sich nicht direkt beobachten. Die enorme Gravitation verhindert, dass Information oder Licht daraus entweichen. Der Ereignishorizont ist für uns die Grenze − wir können nicht dahinter schauen. Es ist aber möglich, einen Schnappschuss des Gases zu machen, das das Schwarze Loch umströmt. Dann sieht man eine Art Schatten des Schwarzen Lochs. Das ist der Event Horizon Telescope (EHT) Collaboration im Jahr 2019 erstmals gelungen – bis heute eine Sensation. Als Teil der Kollaboration durfte ich das Bild am Tag der Veröffentlichung im Kontrollraum der 100m-Schüssel erstmals einem Filmteam zeigen.

Inzwischen bin ich auf der Suche nach etwas ganz Besonderem: Schwarze Löcher im Doppelpack. Schauen wir mal, was uns die 100m-Schüssel künftig alles noch verraten wird.

Silke Britzen, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Radioastronomie
 

Zugegeben, bei diesem Bild hat der Fotograf etwas getrickst, denn normalerweise ist es dunkel, wenn ich mit Mikrofonen, Lautsprechern und Laptop am Waldrand sitze und auf Fledermäuse warte. Und bis man tatsächlich eine vor die Kamera bekommt, können Stunden vergehen, daher ist diese erst nachträglich ins Bild montiert worden. Da Fledermäuse im Dunkeln aktiv sind, nutzen sie eine spezielle Möglichkeit, um sich zu orientieren, ihre Nahrung zu finden und sich miteinander auszutauschen: Ultraschall! Ungefähr zehn Mal pro Sekunde rufen sie so laut wie ein Presslufthammer, nur dass wir das nicht hören. Doch unsere Mikrofone können die Rufe für uns aufzeichnen und hörbar machen. Sie befinden sich auf dem linken Stativ. Für jeden Ruf können wir berechnen, wo sich die Fledermaus befindet, um etwa zu untersuchen, wie sie reagiert, wenn wir aus dem Lautsprecher rechts die Rufe von anderen Fledermäusen, die Echos von Beutetieren oder die Geräusche von Räubern vorspielen.

Mit unserer Forschung lernen wir, wie Fledermäuse „mit den Ohren sehen“ und wie sie zusammen mit den vielen Insekten nachts im Dunklen hochkomplexe ökologische Netzwerke bilden. Nicht zuletzt möchten wir durch einen Vergleich aber auch unser eigenes Gehör besser verstehen.

Holger Goerlitz, ehem. Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz (Alumni)

 

Auch so kann Klimaforschung aussehen: Dieses Foto zeigt Catherine Rajamathi bei ihrer Arbeit am Röntgen-Photoelektronenspektrometer. Mit diesem Gerät analysieren wir verschiedene Katalysator-Materialien mit dem Ziel, sie zu verbessern. Dafür werden mithilfe von Röntgenstrahlung Elektronen aus den zu untersuchenden Proben geschlagen. Die Geschwindigkeit der Elektronen wird im Analysator der Anlage gemessen und aufgezeichnet.

Üblicherweise funktioniert das aber nur, wenn sich die Elektronen im Vakuum bewegen. Bei Umgebungsdruck würden sie von den Luftteilchen so stark abgelenkt, dass sie den Analysator erst gar nicht erreichen. Mit der Anlage auf dem Foto kann man aber etwas ganz Besonderes machen: Sie ermöglicht es, verschiedene Gase mit einem Druck sehr nahe dem Umgebungsdruck einzuleiten, und dennoch die Elektronen zu analysieren. Das funktioniert nur mit einem ausgeklügelten Pumpsystem, das Vakuum am Analysator, aber höheren Druck an der Probe herstellt. So können wir feststellen, wie sich die eingeleiteten Gase und die Elemente mit ihren Bindungen an der Oberfläche unserer Katalysator-Proben verhalten. Auf diese Weise untersuchen wir verschiedene chemische Reaktionen, die wichtige Teilschritte auf dem Weg zur Energiewende sind. Wir arbeiten daran, die dafür benötigten Katalysatoren zu optimieren.

Walid Hetaba, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemische Energiekonversion
 

Dieses Foto zeigt mich auf dem Dach unseres Instituts, zwischen Himmel und Erde. Um mich herum drehen sich Schalenanemometer und messen präzise den Wind. Sie sind Teil eines größeren Systems, mit dem wir das "Atmen der Ökosysteme" erfassen – den Austausch von CO₂, Wasser und Energie zwischen Boden, Vegetation  und Atmosphäre. Zusammen mit unseren internationalen Partnern messen wir an hunderten Standorten weltweit, wie Wetter und Klima die Ökosysteme beeinflussen und wie Klimaextreme wie Dürren oder Hitzewellen deren sensibles Gleichgewicht verändern. Mithilfe von Künstlicher Intelligenz suchen wir in diesem Datenschatz nach Mustern und Antworten: Was erzählt uns die Natur über ihre Belastungsgrenzen – und über unsere gemeinsame Zukunft? Können wir mithilfe dieser Datenmengen nicht nur das Verständnis von Klimaextremen verbessern, sondern auch Frühwarnsysteme entwickeln, um ihre Auswirkungen auf Landwirtschaft, Wälder oder Wasserressourcen abzumildern?

Markus Reichstein, Direktor am Max-Planck-Institut für Biogeochemie
 

Das bin ich zusammen mit Apollo, einem humanoiden Roboter. Mit seinen geschickten Händen kann er Werkzeuge greifen und Objekte manipulieren. Meine Forschung dreht sich darum, wie Roboter gemeinsam mit Menschen komplexe Aufgaben bewältigen können. Dafür soll Apollo lernen, nach einem unbekannten Gegenstand zu greifen. Bisher bereitet ihm das Probleme: Hat er etwa gelernt, einen Hammer am Stiel zu greifen, klappt es nicht, wenn ich ihm das Werkzeug mit dem Kopf voran reiche. Am Rechner simuliere ich daher unzählige mögliche Griffe. Grundlage ist eine Datenbank, die ich mit Modellen von Tausenden von Gegenständen gefüttert habe – vom Hammer bis zur Spielzeugpuppe.

Als Informatikerin habe ich früher selbst viel programmiert und Experimente aufgesetzt. Heute bleibt mir dafür leider kaum noch Zeit. Aber jedes Mal, wenn meine Studierenden mir ihre Ergebnisse zeigen – wenn der Roboter ein Objekt erfolgreich greift oder eine neue Fähigkeit zeigt – spüre ich noch immer das gleiche Gefühl der Zufriedenheit wie damals, als meine eigenen Programme liefen. Es ist faszinierend zu sehen, wie weit wir in der Robotik gekommen sind – und wie viel es noch zu entdecken gibt.

Jeannette Bohg, ehem. Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für intelligente Systeme (Alumni)

 

Jens Frahm und sein Team haben eine Technik entwickelt, mit der sich in Echtzeit Magnetresonanztomografie (MRT)-Aufnahmen machen lassen. Die Flash2 genannte Technik basiert auf einem ausgeklügelten mathematischen Verfahren zur Bildrekonstruktion und erlaubt es, bis zu 100 Bilder pro Sekunde aufzunehmen. So können Bewegungen im Innern des Körpers in Echtzeit beobachtet werden. Für die medizinische Diagnostik ist Flash2 ein enormer Fortschritt, denn Gelenk- und Sprechbewegungen, Schluckvorgänge oder das schlagende Herz lassen sich nun direkt beobachten. Für die Entwicklung der Flash-Technik wurde Jens Frahm 2018 mit dem Europäischen Erfinderpreis ausgezeichnet.

Hinter Jens Frahm ist ein Standbild aus einem Video zu sehen, das mittels Magnetresonanztomografie (MRT) aufgenommen wurde. Es zeigt den Mund- und Rachenraum eines Hornspielers der Berliner Philharmoniker.


Harald Rösch, Wissenschaftsredakteur der Max-Planck-Gesellschaft, Generalverwaltung
 

Wenn das Telefon in der Woche der Nobelpreisverleihung um kurz vor 12 Uhr klingelt, dann sollte man vorgewarnt sein. Nicht nur als potenzieller Nobelpreiskandidat, sondern auch als dessen Pressereferent. An jenem sonnigen Feiertag, dem Tag der Deutschen Einheit, saß ich gerade mit meinem Sohn im Sand und versuchte, einen Tunnel in das viel zu trockene Substrat zu buddeln.

Mit dem Anruf aus Stockholm sollte sich das friedvolle Dasein schlagartig ändern. Und das für längere Zeit. Unablässig bestürmten die Medien Ferenc Krausz in den ersten Wochen nach der Bekanntgabe. Mein Chef unternahm alles Menschenmögliche, um jeder Anfrage gerecht zu werden. Nicht alles war jedoch machbar. Die mediale Welle rollte einfach zu schnell und zu hoch über uns alle hinweg. Einen kleinen Eindruck verschafft dieses Bild. Es zeigt Ferenc Krausz in einem Laserlabor seines attoworld-Teams. Kurz nach der Verleihung des Nobelpreises lässt er sich dort geduldig von dem Fotografen Stephan Höck ablichten.

Die Presseanfragen zu koordinieren, Bilder zur Verfügung zu stellen und fundierte Informationen über die jetzt nobelpreisgekrönte Attosekundenphysik zur Verfügung zu stellen, war meine Aufgabe und die einiger meiner Kolleginnen. 

Ferenc Krausz wurde übrigens zusammen mit Anne L’Huillier und Pierre Agostini für seine Pionierleistungen auf diesem Gebiet geehrt. Ihm gelang es als erster, Lichtblitze zu erzeugen, die nur Attosekunden, also Milliardstel einer milliardstel Sekunde dauern. Damit konnte man erstmals die Bewegungen von Elektronen in Atomen und Molekülen sichtbar machen.“

Thorsten Naeser, Leiter der Presseabteilung des attoworld-Teams von Nobelpreisträger Ferenc Krausz. www.attoworld.de | Max-Planck-Institut für Quantenoptik
 

Ein Mikroskop weiterzuentwickeln sieht manchmal aus wie DJing. Ich habe dieses Mikroskop gebaut, um spezifische Regionen in lebenden Zellen zu aktivieren.

Dieses Foto war Teil der Social-Media-Kampagne #mymachineandme

Bruno Scocozza, ehem. Doktorand am Max-Planck-Institut für molekulare Physiologie

Hier stehe ich auf einem Gerüst, das „Wendelstein 7-X“ umgibt. Die Plattform befindet sich auf einer Höhe von etwa 10 Metern, was eine Vorstellung von den Dimensionen dieser 1.000 Tonnen schweren Maschine erlaubt. 

Wendelstein 7-X ist die weltweit größte Forschungsanlage zur Untersuchung von extrem heißem und dünnem Wasserstoffgas, sogenanntem Plasma. Ziel ist es, der Menschheit durch die Verschmelzung der Wasserstoffkerne eine neue, saubere Energiequelle zu erschließen. Damit das heiße Plasma die Wände nicht berührt, müssen wir es in einem komplex geformten Magnetfeld einschließen, das von 70 supraleitenden Magnetfeldspulen erzeugt wird. 

An dieser Anlage in Form eines sogenannten Stellarators wurde fast 20 Jahre lang gebaut, 15 Jahre davon unter meiner Leitung. Seit 2022 ist die Anlage vollständig, erste Forschungsschritte konnten schon ab 2015 gemacht werden. Ziel unseres 400-köpfigen internationalen Teams ist es,  die Plasmatemperatur Schritt für Schritt zu steigern. In der letzten Messphase gelang es uns, die Ionen im Plasma kurzzeitig auf etwa 35 Millionen Grad Celsius zu erhitzen. Die Kunst ist es, lange Plasmapulse bei hohen Plasmatemperaturen zu schaffen. Daran arbeiten wir gerade.

Thomas Klinger, Leiter des Bereichs Stellarator-Dynamik und -Transport am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), Greifswald
 

Solarzellen aus neuen Materialien wie Perowskit versprechen eine deutlich höhere Energieausbeute als herkömmliche Solarzellen aus Silizium. Sieben Kilo Perowskit könnten so viel Strom erzeugen wie 35 Tonnen Silizium, hab‘ ich mal gelesen.

Um besser zu verstehen, wie Solarzellen aus Perowskit Sonnenenergie in elektrischen Strom umwandeln, war mein Ziel, einen Blick ins Innere der Zellen zu werfen. Dafür habe ich die Solarzellen durchgebrochen, die Bruchstellen mit einem Ionenpolierer geglättet und anschließend mittels Rastersondenmikroskopie untersucht. Diese Methode kann über die Wechselwirkung einer sehr feinen Spitze, der sogenannten Sonde, mit der Probe die elektronischen Eigenschaften der einzelnen Materialschichten in der Solarzelle abbilden – und das mit einer Auflösung im Nanometerbereich. Wir konnten also auf Nanoebene Einblicke in die Solarzellen erhalten und uns dann Gedanken machen, welche Schichten wir noch weiter verbessern könnten, um mit Perowskit-Solarzellen in Zukunft noch mehr Strom zu erzeugen.

Die Funktion der Solarzelle „live“ im Rastersondenmikroskop zu verfolgen, war eine der spannendsten Erfahrungen meiner Doktorarbeit. Der Weg dahin war aber oft steinig: Viele Solarzellen sind schon während des Polierens kaputt gegangen, und die nur wenige Mikrometer kleine polierte Stelle unter dem Rastersondenmikroskop zu finden, glich manchmal der Suche nach einer Nadel im Heuhaufen.

Auf dem Bild sieht man mich am optischen Mikroskop des Ionenpolierers.

Ilka Hermes, ehem. Doktorandin am Max-Planck-Institut für Polymerforschung
 

Im Jahr 2020 zu Beginn der Pandemie, begann ich mit dem Aufbau meiner neuen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts. Es war eine herausfordernde Zeit, zum einen wegen der Pandemie, aber auch, weil wir bei Null anfangen mussten. In diesen ersten Monaten war ich oft bei meinem Doktoranden im Labor, um ihm bei der Entwicklung unserer ersten „Femtosekunden-Feldoskopie“ zu helfen. Eine Femtosekunde ist der millionste Teil einer milliardstel Sekunde. Die Dimension lässt sich vielleicht so veranschaulichen: Entspräche eine Sekunde dem Weg von der Erde zur Sonne, wäre eine Femtosekunde etwa 0,15 Millimeter lang.

Wir hatten mit unzähligen Hindernissen zu kämpfen. Ich erinnere mich noch an eine bestimmte Nacht, in der es nicht so lief wie geplant. Ich saß direkt auf dem optischen Tisch und versuchte, ein kritisches Bauteil zu reparieren. Diesen Moment nutzte mein Doktorand, um ein Foto von mir zu machen. Dieses Foto wurde zu einem Symbol für diese ersten harten, aber prägenden Monate. Der Fotograf Axel Griesch hat das Bild später dann sogar reproduziert. Für mich zeigt es die Realität der Forschung: den Kampf und die Ausdauer hinter den Kulissen.

Mit unserem Femtosekundenlaser sind die Lichtblitze kurz genug, um bewegte Moleküle scharf abbilden zu können. Wenn wir es einst schaffen, die Vorgänge in Nervenzellen bei der Signalübertragung abzubilden, könnte das für die Heilung von Krankheiten wie Parkinson von Bedeutung sein.

Hanieh Fattahi, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
 

Das ist ein von der Natur inspirierter „Roboterhüpfer“, der –  gerade aus meinen Händen entlassen – seine ersten Hüpfer nach vorne gemacht hat. Mich fasziniert herauszufinden, wie Tiere und Roboter es schaffen, sich auf zwei Beinen fortzubewegen.

Ich bin Biomechaniker und arbeite an der Schnittstelle von Biologie, Ingenieurwesen und Informatik. Dabei beschreibe ich Bewegungsabläufe und messe Kräfte und Gelenkbewegungen. Um mit diesem Wissen Robotern das Laufen beizubringen, müssen wir vereinfachen. Denn die tatsächlichen Bewegungsabläufe von Tieren, bei denen Skelett, Muskeln, Sehnen und Faszien miteinander interagieren, sind zu komplex.

Das Bauen und Testen macht mir besonders viel Spaß – nicht nur von Robotern, sondern auch von Hypothesen. Dabei teste ich verschiedene mechanische Designs mit einer Steuerungssoftware. Ich kann mich sehr gut mit dem berühmten Zitat von Richard Feynman identifizieren: „Was ich nicht erschaffen kann, kann ich nicht verstehen.“

Schön finde ich auch, dass wir durch unsere Forschung die Notwendigkeit von Tierversuchen verringern.“

An Mo, Max-Planck-Institut für intelligente Systeme, Stuttgart
 

Das bin ich und ‚meine‘ 9 Tauchrohr-Beobachtungssysteme in unserem Wendelstein7-X Stellarator, mit dem 25 Kameras unser 20 Millionen Grad heißes Plasma in seinem magnetischen Käfig beobachten können. Einige dieser Kameras zeigen mir mit Infrarotbildern, wo unser Plasma mit den Wandkomponenten interagiert, während andere die Teilchen zählen, die vom kühleren Plasmarand einströmen. Bei ihrer Arbeit müssen diese Kameras ein Magnetfeld von 2,5 Tesla, ca. 500 Watt Mikrowellenstrahlung und eine Arbeitsumgebung von 45 Grad ertragen. Trotzdem überfluten sie mich fleißig mit Daten und haben bisher einen Videostapel von ca. 140 TB angehäuft - etwa doppelt so viel wie die Menge an Katzenvideos auf Youtube im Jahr 2015.

Dieses Foto war Teil der Social-Media-Kampagne #mymachineandme aus dem Jahr 2018

Peter Drewelow, ehem. Postdoc am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (Alumni)
 

Das fragte ich mich 2012, als ich an einem Buch über die „Gefühlspolitik“ des preußischen Königs aus dem 18. Jahrhundert arbeitete. Schon Friedrich wollte gern Herr über die Herzen seiner Untertanen sein und sich damit seine Macht sichern. Heutige Staatsmänner und -frauen sind gefühlspolitisch noch deutlich versierter. Als Hillary Clinton 2008 um die demokratische Präsidentschaftskandidatur warb – und am Ende Barack Obama den Vortritt lassen musste – besaß sie den Ruf einer machthungrigen, eiskalt und berechnend handelnden Politikerin. Um weiblicher zu wirken, ließ sie nach der Wahlniederlage eine Träne fließen und zeigte sich emotional angefasst. Das wirkte, zumindest vorläufig …

Als Direktorin am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung habe ich mich viele Jahre mit der Geschichte der Gefühle beschäftigt, mit dem Wandel, dem Gefühlsnormen im Laufe der Zeit unterliegen. Kaltherzigkeit etwa kann ein schwerer Vorwurf sein – oder aber als Emotionslosigkeit durchaus auch positiv gewertet werden: als unvoreingenommen, sachlich oder als cool.

Mittlerweile bin ich emeritiert, forsche aber weiter und mische mich ein, nunmehr als Präsidentin der Max Weber Stiftung mit elf geisteswissenschaftlichen Forschungsinstituten in der ganzen Welt.

Ute Frevert, ehem. Direktorin Max-Planck-Institut für Bildungsforschung (Emeritus)
 

Es gibt kein Leben ohne Viren. Mich interessieren ganz besonders die Viren, die Archaeen infizieren. Archaeen sind winzige,  gerade mal einen Tausendstel Millimeter kleine Einzeller ohne Zellkern, die extreme Lebensräume wie Salzseen oder heiße Quellen besiedeln. 

Bei der Arbeit mit Viren hat man nur eine Möglichkeit, sich sein Objekt der Begierde anzuschauen: die Elektronenmikroskopie und so zeigt mich das Foto am Transmissionselektronenmikroskop am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen.

Mit unserer Forschung erhoffen wir uns einerseits,  Einblicke in die Evolution von Viren zu erhalten und andererseits zu verstehen, wie diese die Evolution ihrer Wirte beeinflussen. Im Vergleich zu Viren, die Eukaryoten − also Organismen mit Zellkern − oder  Bakterien infizieren, ist über die Viren der Archaeen noch sehr wenig bekannt. Jedes, das ich bisher isoliert habe, birgt eine Überraschung. Verblüffend ist, dass sehr viele Archaeenviren ihren Wirten scheinbar nicht schaden und deren Zellen nicht zerstören. Wir vermuten sogar, dass Viren, die Eukaryoten befallen und heute häufig als Krankheitserreger bekämpft werden, in früheren Zeiten eine positive Wirkung auf die Entwicklung ihre Wirte hatten.

Während ich es nur noch selten ins Labor schaffe, nehme ich mir gern die Zeit, mich regelmäßig ans Elektronenmikroskop zu setzen um die einzigartigen Strukturen von Archaeenviren zu analysieren. Dabei tanke ich neue Kraft und Motivation.

Susanne Erdmann, ehem. Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie (Alumni)
 

Das bin ich in der Vakuumkammer der Röntgentestanlage PANTER des Max-Planck-Instituts für extraterrestrische Physik. Hier arbeite ich an der Prüfung von Röntgenoptiken für Weltraumteleskope. Das geschieht in dieser Vakuumkammer, weil dort das Vakuum des Weltraums simuliert werden kann. So können wir sicherstellen, dass unsere Röntgenoptiken die Leistungsanforderungen der Mission erfüllen.

Weltweit gibt es nur eine weitere Röntgentestanlage dieser Art, die noch größer ist als PANTER, die NASA test facility in Huntsville, USA.

Dieses Foto war Teil der Social-Media-Kampagne #mymachineandme

Miranda Bradshaw, ehem. Postdoc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Alumni)
 

Bei Zebrafinken singen nur die Männchen. Gut drei Monate hat ein Fink ungefähr Zeit, sich seinen Gesang anzutrainieren. Dann ist seine Schulzeit vorbei, und er singt das bis dahin Gelernte fortan für den Rest seines Lebens.

Die Vögel tragen winzige Sender, die die individuellen Gesänge und die neuronale Aktivität der Gesangszentren im Gehirn aufzeichnen und an ein komplexes Aufnahmesystem übertragen, das außerhalb der Voliere steht. Die von uns entwickelte Technik ermöglicht es uns, mit einer einzigen Antenne 12 Tiere gleichzeitig zu erfassen. Wir können unsere Vögel damit sehr naturnah in großen Gruppen und noch größeren Volieren halten um sicherzustellen, dass sie ihr natürliches Verhalten zeigen. Auf diese Weise konnten mein Team und ich bereits einige Geheimnisse der neuronalen Steuerung von gelerntem Gesang und angeborenen Rufen bei Singvögeln entschlüsseln.

Auf dem Foto montiere ich gerade die Antenne in der Voliere.

Lisa Trost, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz
 

Zusammen mit meiner Forschungsgruppe habe ich im Jahr 2024 einen optischen Oszillator entwickelt. Mit diesen Lichtimpulsen lassen sich Treibhausgase wie Methan detektieren. Wir wollen dadurch zur Klärung der Frage beitragen, aus welchen Quellen diese Gase in die Atmosphäre gelangen und wie sie sich dort verteilen. Das zu wissen könnte helfen, die Auswirkung dieser Gase auf das Klima genauer zu bestimmen.

Hannieh Fattahi, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
 

In meiner Forschung geht es um die ganz großen Fragen: Was macht Leben aus? Wie könnte es entstanden sein? Auf der Suche nach Antworten bilden wir die Eigenschaften einer Zelle nach, indem wir möglichst ohne die Bausteine der Natur auskommen. Diese neuartige, künstliche Zelle soll alle Merkmale von Leben besitzen, insbesondere die Fähigkeit zur Teilung und zur Evolution. Denn getreu dem Motto des Physikers Richard Feynman hat man schließlich nur dann etwas komplett verstanden, wenn man es selbst erschaffen kann. Die Bauteile basteln wir beispielsweise mithilfe von RNA-Origami – einer Art Faltkunst mit Erbmaterial.

Begriffe wie  „künstliche Organismen“ rufen oft Ängste hervor. In der Synthetischen Biologie geht es aber nicht darum, wie Frankenstein irgendwelche Monster zu erschaffen. Uns interessieren in erster Linie Zellen. So  könnten künstliche Zellen etwa eines Tages darauf programmiert werden, im menschlichen Körper medizinische Aufgaben zu erfüllen. Deshalb habe ich einige unserer Erkenntnisse bereits patentieren lassen.

Das Foto zeigt mich kurz nach meiner Ankunft als neue Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck Institut für Medizinische Forschung in Heidelberg. Das ist nun einige Jahre her. Inzwischen habe ich einen Ruf auf eine Professur an der Universität Heidelberg angenommen.

Ich bin dem Institut und der Max-Planck-Gesellschaft unglaublich dankbar für die großartige Unterstützung auf meinem Weg, aber auch für das familiäre und freundliche Umfeld, das mir sehr ans Herz gewachsen ist.

Kerstin Göpfrich, ehem. Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Medizinische Forschung (Alumni)
 

Das ist mein absoluter Lieblingsort: das IRAM Teleskop mit seiner beeindruckenden 30-Meter-Antenne, auf 3.000 Metern Höhe in der spanischen Sierra Nevada gelegen, direkt oberhalb von Granada. Geduldig wartet es auf eine neuen Beobachtung.

In meiner Forschung konzentriere ich mich auf die Untersuchung der physikalischen und chemischen Eigenschaften derjenigen Regionen in der Milchstraße, in denen sich neue Sterne bilden oder in Zukunft bilden werden. Besonders wichtig ist für mich die Strahlung von Molekülen, die in das sternbildende Medium eingebettet sind. Da diese Regionen sehr kalt sind, senden die Moleküle nur Strahlung mit niedriger Energie aus, deren Frequenzen typischerweise im GHz- bis THz-Bereich (Radio- oder Mikrowellenwellenlängen) liegen. Dies unterstreicht die Notwendigkeit großer Radioteleskope in möglichst großer Höhe, um diese schwache molekulare Emission aus unserer Galaxie und darüber hinaus zu erfassen.

Dieses Foto war Teil der Social-Media-Kampagne #Mymachineandme und zeigt Frau Redaelli an der 30-Meter-Schüssel von IRAM, eines der empfindlichsten Radioteleskope der Welt in der Sierra Nevada in Spanien

Dr. Elena Redaelli, ehem. Postdoc am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik (Alumni)
 

Bei meinen Experimenten geht es um eine fundamentale Frage, die viele Astrochemiker umtreibt: Wie können in Sonnensystemen Bedingungen entstehen, unter denen sich Leben entwickeln kann? Um sie zu klären, betreiben wir im Keller unseres Instituts die Laboratorien des Center of Astronomical Studies (CAS). Mit ihrer speziellen Ausstattung ermöglichen sie eine Vielfalt  an Experimenten, die weltweit einzigartig ist. Wir können dort Bedingungen simulieren, wie sie in interstellaren Wolken herrschen.

Links im Bild ist ein Teil einer Vakuumkammer zu sehen. Darin untersuchen wir unter Weltraumbedingungen bei maximal minus 268 Grad Celsius,  wie Ionen und Moleküle in Sternentstehungsregionen miteinander interagieren. Dass man im Universum eine große Zahl an organischen Molekülen – darunter Amino- und Fettsäuren – entdeckt hat, fasziniert mich besonders. Denn das alles sind Zutaten des Lebens, und die stecken in den Wolken, aus denen Sterne und Planeten geboren werden, schon drin.

Um die Moleküle aufzuspüren und zu charakterisieren nutzen wir die Spektroskopie. Mithilfe dieser Technik können wir die Fingerabdrücke von mehreren verschiedenen Molekülen nachweisen. In meiner Forschung kombiniere ich  Laborexperimente mit astronomischen Beobachtungen und theoretischen Arbeiten.

Silvia Spezzano, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für extraterrestrische Physik
 

Reinraum-Overall? Sitzt. Laserschutzbrille? Check. Die tägliche Arbeit am Gravitationswellen-Detektor GEO600 erfordert größte Sorgfalt und die beginnt schon beim Einkleiden für den Gang ins zentrale Labor. Denn um die hochpräzisen Messungen gekräuselter Raumzeit zu ermöglichen, müssen Verunreinigungen so gut wie nur möglich ausgeschlossen werden.

Gravitationswellen stammen von kosmischen Großereignissen bei denen Schwarze Löcher oder Neutronensterne kollidieren. Das versetzt Raum und Zeit in Schwingungen, die mit Lichtgeschwindigkeit durch das Universum reisen. Kommen die Gravitationswellen Milliarden Jahre später auf der Erde an, dehnen und stauchen sie kilometerlange Laser-Messstrecken in Detektoranlagen um den Bruchteil eines Atomkerndurchmessers. Ein internationales Netzwerk von fünf solchen Instrumenten weist seit 2015 regelmäßig Gravitationswellen-Ereignisse nach und ermöglicht so eine vollkommen neue Art der Astronomie.

Der deutsch-britische Gravitationswellen-Detektor GEO600 südlich von Hannover wird vom Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik und der Leibniz Universität zusammen mit internationalen Partnern betrieben. Die Anlage ist die Technologieschmiede der internationalen Gravitationswellen-Forschung. Im GEO-Projekt entwickelte und getestete Technologien werden heute in allen großen Gravitationswellen-Detektoren der Welt eingesetzt und machen sie damit noch empfindlicher für die schwachen Signale aus den Tiefen des Universums.

Benjamin Knispel, Pressereferent am Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik, Hannover

 

Tagelang sitzen wir im Sand, uns ist heiß, der Rücken schmerzt, die Knie sowieso – und trotzdem liebe ich diese Arbeit. Im Gorongosa Nationalpark in Mosambik graben wir nach Millionen Jahre alten Fossilien. Es geht mühsam voran, Millimeter für Millimeter. Oft ist es nur ein winziger Knochensplitter, den wir freilegen. Aber manchmal taucht ganz langsam etwas Größeres auf – ein Zahn, ein Unterkiefer – und mit jedem Pinselstrich wird klar: Das hier ist etwas Besonderes. Dann ist die ganze Anstrengung vergessen. Genau das fasziniert mich: die Geduld, das Team, und dieser Moment, in dem uralte Geschichte aus dem Boden auftaucht. Und dann halte ich ein Stück dieser Geschichte in der Hand – das mir später im Labor verrät, wie diese Tiere einst lebten und was sie fraßen.

In einem anderen Projekt - in der "Wiege der Menschheit" in Südfrika -  erforschen wir, wie unsere frühen Vorfahren lebten und wovon sie sich ernährt haben. So hat uns zum Beispiel die Analyse von fossilem Zahnschmelz verraten, dass Vormenschen wie der Australopithecus vor etwa 3,5 Millionen Jahren kein oder kaum Fleisch gegessen haben. So können wir hoffentlich die momentan umstrittene These klären, ob wirklich der Fleischkonsum die Entwicklung zum modernen Menschen beeinflusst hat.

Tina Lüdecke, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Chemie
 

Während meines Studiums war es faszinierend für mich zu lernen, dass Licht ein oszillierendes elektromagnetisches Feld ist: dass es grundlegende Verbindungen zwischen so unterschiedlichen Phänomenen gibt wie etwa Haaren, die durch einen elektrisch geladenen Ballon aufgerichtet werden, kleinen Magneten, die zusammenschnappen oder Lichtstrahlen, die von Laserpointern ausgesendet werden.

Über ein Jahrzehnt habe ich mit ultrakurzen Laserpulsen im Femtosekundenbereich geforscht. Jetzt arbeite ich an einem Projekt, bei dem das diesen Pulsen zugrundeliegende elektrische Feld direkt gemessen und verstärkt wird. Mit einer Technik namens „Elektrooptische Abtastung“ kann man die Spitzen und Täler des oszillierenden elektrischen Feldes verfolgen.

Spannend ist, dass wir diese Technik einsetzen können, um bestimmte – auch gering konzentrierte – Moleküle in menschlichem Blut aufzuspüren. Das kann Hinweise auf Krankheiten liefern. Ein ultrakurzer Laserpuls regt diese Moleküle zum Schwingen an, sodass sie Licht aussenden und man sie so detektieren  kann. Gemeinsam mit unseren klinischen Partnern wollen wir mit der Technologie Krankheiten in einem früheren, leichter zu behandelnden Stadium erkennen.

Ka Fai Mak, ehem. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Alumni)
 

Tiere haben mich schon als Kind fasziniert. Ihre Vielfalt an Formen, Bewegungen und Verhaltensweisen schien grenzenlos.

Im Studium wählte ich den Ingenieurweg. Doch als PostDoc forschte ich an Perlhühnern und Emus an einer Veterinärschule. Dort arbeiteten wir oft mit Biomechanikern und Neurowissenschaftlern zusammen. Dafür bin ich sehr dankbar, denn gemeinsam können wir die Mechanik und Steuerung zweibeiniger Roboter weiterentwickeln.

Heute konstruiere ich mit meinem Team Laufroboter, die von Laufvögeln inspiriert sind. Sie könnten mit weniger Energie auskommen als bisherige Roboter, da Tiere sich besonders effizient fortbewegen und die Natur ein großartiges Vorbild ist. Besonders stolz bin ich auf die Vielfalt unserer Ergebnisse: Roboterbeine unterschiedlich großer Tiere, Neuro-Controller und bio-inspirierte Sensoren. Wir können nun Bewegungsmuster von Laufvögeln und sogar großer Dinosaurier erklären. Und interessanterweise entdecken wir dabei auch die Grenzen biologischer „Baupläne“. In Zukunft könnten Laufroboter z.B. auf Baustellen, in der Landwirtschaft oder bei Missionen der Raumfahrt zum Einsatz kommen.

Die Komplexität der Natur beeindruckt mich bis heute.

Von links nach rechts: Cemal Goenen, An Mo, Bernadett Kiss, Alexander Badri-Spröwitz

Alexander Badri-Spröwitz, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für intelligente Systeme, Stuttgart
 

Der Sommer in der Arktis kann wegen der Mückenschwärme und hohen Temperaturen eine ziemliche Herausforderung darstellen. In der Hoffnung auf günstigere Bedingungen für die Feldarbeit bin ich daher 2023 erst im September nach Abisko gereist, einer Forschungsstation in der subarktischen Region im nördlichsten Schweden. Hier untersuchen wir den auftauenden Permafrostboden. In gefrorenem Zustand speichert er großen Mengen an Kohlenstoff. Taut er auf, können Mikroorganismen die organischen Bodenstoffe zersetzen und Treibhausgase werden freigesetzt. Je nach Wassersättigung im Boden kann dabei neben Kohlendioxid auch Methan gebildet werden, welches über verschiedene Transportwege in die Atmosphäre gelangen kann und dann zur Beschleunigung der Erderwärmung beiträgt.

Dieses Foto zeigt mich mit unserer Drohne. Sie ist mit Instrumenten zur Messung der Kohlendioxid- und Methan-Konzentrationen sowie zur Messung von Windgeschwindigkeit, Lufttemperatur, Luftdruck und Luftfeuchtigkeit ausgestattet. Mit dieser Drohne untersuchen wir, welche Flugstrategien sich am besten dazu eignen, den Kohlendioxid- und Methan-Austausch über einem Moor zu ermitteln. Dieses Wissen ist für das Verständnis der biogeochemischen Prozesse, die derartige Ökosysteme beeinflussen, und für die Entwicklung von Strategien zur Vorhersage des zukünftigen arktischen Klimawandels von entscheidender Bedeutung.

Abdullah Bolek, PostDoc am Max-Planck-Institut für Biogeochemie
 

Physik, das bedeutet mit Instrumenten vollgepackte Labore oder komplizierte Formeln. Physik bedeutet aber auch: Freude an der Diskussion, Austausch von Gedanken und Lernen von anderen. Am besten natürlich mit einer Tasse Kaffee in der Hand.

Unser Foto zeigt Forschende, die an einem heißen Sommertag unter schattigen Bäumen zusammenkommen und ihre Diskussion ins Freie verlagert haben. 

Barbara Wankerl, Referentin für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit am Max-Planck-Institut für Physik

 

Im Kontext des Forschungsprogramms zur Geschichte der Max-Planck-Gesellschaft (MPG) habe ich mich ihrer Frauen- und Geschlechtergeschichte gewidmet und dabei wissenschaftshistorisch auf zwei Gebieten gesucht: in dem Bereich, zu dem lange Zeit nur sehr wenige Frauen Zugang hatten - der Wissenschaft - und jenem, in dem die meisten von ihnen die meiste Zeit gearbeitet haben: im Büro. In der Geschichte der Wissenschaft finden sich zahlreiche Belege dafür, dass es häufig Männer waren, die forschten und Frauen diejenigen, die sie dabei als Sekretärin unterstützten, obwohl sie häufig selbst Akademikerinnen waren und damit deutlich mehr Qualifikationen einbrachten, für diese aber nicht bezahlt wurden. Ein großes Anliegen war es mir dabei, möglichst viele der unsichtbaren bzw. verdrängten Wissenschaftlerinnen sichtbar zu machen.

Dabei stand auch die Frage nach der Rolle des »Harnack-Prinzips« im Fokus, jenem MPG-eigenen Strukturprinzip, das einer exzellenten Forschungspersönlichkeit besonders große Handlungs- und Gestaltungsmöglichkeiten gewährt, das aber häufig dazu führte, dass  Wissenschaftlerinnen aus dem erlauchten Kreis der Wissenschaftlichen Mitglieder ausgeschlossen blieben. Um dies zu erforschen, habe ich mich in die Akten des Archivs versenkt, unter anderem meterweise Gremien- und Berufungsprotokolle durchgelesen, und so eindrucksvolles Beweismaterial zu Tage gebracht, das ich in meinem Buch „Hierarchien. Das Unbehagen der Geschlechter mit dem Harnack-Prinzip“ veröffentlicht habe. Wie insgesamt die Wissenschaft hinkte auch die MPG bei dem Thema Gleichstellung deutlich hinter den gesellschaftlichen Trends hinterher.

Ich wünsche der Max-Planck-Gesellschaft den Mut, den Kulturwandel, den sie seit Mitte der 1990er Jahre begonnen hat, weiter zu vollziehen. Die besten Köpfe zu finden sollte unabhängig von Geschlecht, Alter, Hautfarbe oder mögliche körperlichen Einschränkung geschehen.

Birgit Kolboske, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für Wissenschaftsgeschichte
 

Was mich am meisten fasziniert ist die Frage, wie die belebte Natur die großen globalen Stoffkreisläufe beeinflusst. Pflanzen und Böden sind beispielsweise entscheidend für den Kohlenstoffkreislauf und damit auch für das Klima.

Als Direktorin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena versuche ich, so oft wie möglich mit meinem Team ins Gelände zu gehen. Das Foto zeigt, wie ich mit einem Handbohrer eine Holzprobe aus einem Baumstamm ziehe. Im Labor bestimmen wir mit Hilfe der Radiokarbonmethode das Alter der Kohlenstoffvorräte des Baumes. Wir wollen so wichtigen Fragen auf den Grund gehen: Wie lange wird das Kohlendioxid in der Pflanze gespeichert, nachdem sie es durch Photosynthese aus der Atmosphäre aufgenommen hat? Wieviel „atmet“ die Pflanze direkt wieder aus? Wie viel weniger Kohlendioxid wird aufgenommen, wenn der Wald von Hitze und Dürre geplagt ist, wie wir es in den letzten Sommern so oft gesehen haben? Wie sehr heizt das den Klimawandel weiter an?

Die Natur ist hochkomplex, es gibt Rückkopplungen und Anpassungsmechanismen. Wir fangen gerade erst an, die wichtigen Prozesse im Detail zu verstehen. Und gleichzeitig beobachten wir, wie der Klimawandel und die veränderte Landnutzung vieles verändern, was wir früher über Stoffkreisläufe zu wissen glaubten.

Susan Trumbore, Direktorin am Max-Planck-Institut für Biogeochemie
 

Das bin ich und HuggieBot, ein neuartiger Roboter, den ich während meiner Doktorarbeit am Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme entwickelt habe. Unsere Umarmung ist interaktiv: wir reagieren auf die „Umarmungsgesten“ des anderen und die Umarmung fühlt sich wirklich gut an! Frühere Umarmungen mit HuggieBot waren relativ statisch. Der Moment, den dieses Foto zeigt, ist ein Wendepunkt. Es war die erste wirklich dynamische Umarmung, bei der der Roboter in Echtzeit auf mich reagierte, und die Interaktion fühlte sich erstaunlich natürlich an.

Es hat mich schon immer fasziniert, wie etwas so scheinbar Einfaches wie eine Umarmung so unglaublich komplex sein kann. Eine gute Umarmung erfordert subtile Koordination. Der Roboter muss sich auf die Größe, die Körperhaltung und die Vorlieben der Person einstellen. Er muss unausgesprochene Hinweise interpretieren, wie lange er die Person festhalten soll und Gesten innerhalb der Umarmung wie Reiben, Streicheln oder Drücken erkennen. Die Entwicklung eines Roboters, der diese Nuancen beherrscht, war wie die Programmierung von Umsicht und Fürsorglichkeit in ein System, das das nicht selbst fühlen, aber dennoch kommunizieren kann.
HuggieBot nutzt die visuelle Wahrnehmung, um sich an die Größe einer Person und deren Körperhaltung anzupassen. Er ist außerdem weich und warm. Er verfügt über einen aufblasbaren Torso, der mittels haptischer Wahrnehmung den Beginn und das Ende einer Umarmung sowie alle Gesten innerhalb der Umarmung erkennt. HuggieBot reagiert darauf mit einem Verhaltensalgorithmus, in den das User-Feedback aus unseren Studien eingeflossen ist. Von HuggieBot 1.0 bis 4.0 haben wir Designrichtlinien für ein angenehmes Umarmungserlebnis entwickelt.

Mich fasziniert vor allem, wie Menschen auf eine Umarmung reagieren. In meiner letzten Studie haben wir Umarmungen von Robotern mit Umarmungen durch freundliche, aber fremde Menschen nach einem stressigen Ereignis verglichen. Unsere physiologischen und verhaltensbezogenen Daten deuten darauf hin, dass die Umarmung eines Roboters ähnliche emotionale Vorteile bieten kann.

Was mich antreibt, ist die Hoffnung, dass ein Roboter eines Tages Trost spenden könnte, wenn ein Mensch nicht verfügbar ist.

Alexis E. Block, Gastwissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für intelligente Systeme, Assistant Professor an der Case Western Reserve University
 

In den tropischen Wäldern Panamas erforsche ich das Sozialverhalten von wilden Weißstamm-Nasenbären. Vor allem weibliche Nasenbären sind sehr sozial. Sie leben mit ihren Jungen in Gruppen, während die Männchen allein unterwegs sind. Wenn ich ihnen im Wald folge, haben sie die Fähigkeit, sich plötzlich vor meinen Augen in Luft aufzulösen. Manchmal wünschte ich, ich wäre so klein wie sie und könnte ihnen genauso schnell durch die dichte Vegetation folgen.

Wälder wie diese sind dynamisch, komplex und voller Leben - perfekt, um Fragen zum Verhalten von Tieren zu stellen und zu untersuchen, wie Gruppen in einer sich ständig verändernden Umgebung zusammenbleiben. Ich bin besonders neugierig darauf, wie sich die Nasenbären einer Gruppe mit Rufen darüber verständigen, wohin sie gehen - ein wichtiger Einblick in die Evolution der Kommunikation bei sozialen Arten. 

Um das Sozialverhalten dieser Tiere untersuchen zu können, statten wir die Gruppenmitglieder mit winzigen Audiorekordern an GPS-Halsbändern aus, damit wir ihre Bewegungen und Rufe gleichzeitig verfolgen können. Anhand dieser Daten fanden wir heraus, dass sich Nasenbärengruppen oft trennen und wieder zusammenschließen und spezielle Rufe verwenden, um ihre Gruppe im dichten Unterholz zusammenzuhalten.

Emily Grout, PostDoc am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie, Konstanz
 

Mit dem Ausbruch von SARS-CoV-2 wurde unsere Forschung plötzlich für die Gesellschaft relevant: Bis dato hatten wir Ausbreitungsprozesse in neuronalen Netzwerken - also im Gehirn - oder auch in sozialen Netzwerken erforscht. Uns beschäftigen Fragen wie "Wie entwickelt das Gehirn selbständig ein Modell der Welt?", „Wie nutzt es Fehler, um daraus zu lernen?". Aber eben auch: "Wie verbreiten sich Informationen und Desinformation in sozialen Netzwerken?". Das tun wir mit Hilfe der statistischen Physik und Datenwissenschaften, denn mathematisch gesehen sind sich Nervenzellen und Menschen erstaunlich ähnlich – wenn man sie als aktive Knoten in einem Netzwerk versteht.

Diese Methoden sind sehr breit anwendbar. Sie eignen sich auch, um die Ausbreitung eines Virus zu erforschen. Daher haben wir in der Pandemie unser Wissen zu komplexen Netzwerken und nichtlinearer Dynamik genutzt, um zusammen mit Kolleginnen aus Virologie und Epidemiologie die Virusausbreitung besser zu verstehen und so zum Pandemiemanagement beizutragen.

Wir wissen nicht, welche Herausforderungen eine kommende Krise bringen wird, aber unsere Erfahrung zeigt ganz klar: Starke Grundlagenforschung ist starke Krisenprävention, wenn es auch in Zukunft Forscherinnen gibt, die alles stehen und liegen lassen können, um die nächste Krise zu bearbeiten.

Viola Priesemann, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation & Professorin für Physik, Georg August Universität Göttingen
 

Als ich vor dem Gemälde „Das Mittagessen“ (1868-1869) von Claude Monet stand, war ich zunächst sehr überrascht über die Präsenz, die es in dem großen Ausstellungsraum entfaltet. Es ist eine Familienidylle im Frankreich der 1860er Jahre, die Geschlechterverhältnisse sind eindeutig markiert: Im Zentrum des Bildes steht ein gedeckter Tisch, an dem eine Mutter mit ihrem Kleinkind sitzt. Der dritte Stuhl ist noch leer, aber es ist klar, wer hier demnächst Platz nehmen wird: die gefaltete Zeitung neben dem Teller verweist auf den „père de famille“, den Haus- und Familienvater. Selbst als Abwesender ist er anwesend. Man stellt sich vor, wie er sich in Kürze hinsetzt, die Zeitung auseinanderfaltet und zu lesen beginnt – und damit die Welt in die Familie hineinlässt. Die Frau und Mutter beschäftigt sich währenddessen mit dem Nachwuchs.

Eine eigene Subjektposition haben sich Frauen zu Monets Zeiten noch nicht erkämpft. Sie sind für den Maler entweder Ehefrauen, Dienstmädchen oder Modelle.

Der Text ist ein Auszug aus einem Vortrag, den Ulrike Frevert im Städel Museum innerhalb der Reihe „Gastkommentar. Wissenschaft trifft Kunst“ gehalten hat. Innerhalb dieser Reihe eröffnen Experten der Max-Planck-Gesellschaft aus Lebens-, Natur- und Geisteswissenschaften individuelle Sichtweisen auf die Werke des Städel Museums.
https://www.youtube.com/watch?v=qtYoGTuyv0k

Ute Frevert, ehem. Direktorin des Max-Planck-Instituts für Bildungsforschung (Emeritus)
 

Unser Laboraufbau mag auf den ersten Blick sehr kompliziert wirken, doch mit ihm können wir kleinste Veränderungen filmen, die sich innerhalb von Femtosekunden abspielen. Wir sind hier also ultraschnell unterwegs, denn das Verhältnis einer Femtosekunde zu einer Minute entspricht etwa dem einer Minute zum Alter des Universums!

Ein Bestandteil unserer „Filmkamera“ ist der optischer Tisch, der mit unzähligen Spiegeln, Linsen und anderen Komponenten bestückt ist. Der grüne Laser auf dem Bild dient zunächst dazu, all diese Bauteile präzise auszurichten. Erst dann setzen wir den großen gepulsten Laser ein. Dieser ist so leistungsstark, dass man damit auch mal Papier anzünden könnte, wenn man nicht aufpasst. Sein Strahl wird in unser zweieinhalb Meter hohes, ultraschnelles Transmissionselektronenmikroskop geleitet -  das Herzstück unseres Labors - das auf dem Bild aber nicht zu sehen ist. Dort erzeugen wir mithilfe des photoelektrischen Effekts kurze Elektronenpulse. Elektronenpulse und Lichtpulse funktionieren dann gemeinsam wie eine Highspeed-Kamera und machen ganz schnelle Dynamiken auf unseren Proben sichtbar.

Mit einem gewöhnlichen Elektronenmikroskop könnte man einzelne Atome oder die menschliche DNA sichtbar machen, aber unsere Arbeitsgruppe entwickelt lieber neue Messmethoden im Nanobereich, wie diese superschnelle Kamera, die winzig kleine Veränderungen sehen kann. Wir beide erforschen aber auch die fundamentalen Eigenschaften von Elektronen und Licht. Wir wollen sehen, wie Eigenschaften von freien Elektronen auf Photonen übertragen werden und umgekehrt, mit dem Ziel, eine Brücke zwischen der Elektronenmikroskopie und der Quantentechnologie zu schlagen.

Jasmin Kappert (links), Doktorandin und Germaine Arend, PostDoc am Max-Planck-Institut für multidisziplinäre Naturwissenschaften, Abteilung Ultraschnelle Dynamik
 

Das Werk Rosemarie Trockels „Who will be in in ´99“ stammt aus dem Jahr 1988, aus einer Zeit also, in der zwei Frauenbewegungen – die alte um 1900 und der neue Feminismus der 1970er – ihre Spuren hinterlassen hatten.  

Das Werk macht mit seiner Größe selbstbewusst auf sich aufmerksam. Jedoch: sein Material ist nicht Leinwand, sondern Wolle. Stricken und jede Art von Handarbeit mit Textilien ist eindeutig weiblich konnotiert, das geht gar nicht weiblicher. Dass Rosemarie Trockel sich dieses Klischee zu eigen macht und mit ihm spielt, ist ein unerhörtes Wagnis. Auch eine Provokation: „Hey, schaut her, ich bin eine Frau. Ich will gern „in“ sein in ´99 - wenn ich es nicht jetzt schon bin - und trotzdem traue ich mich, mich mit etwas so Weiblichem wie textiler Handarbeit zu identifizieren. Das ist wunderbar frech und selbstsicher.

Der Text ist ein Auszug aus einem Vortrag, den Ulrike Frevert im Städel Museum innerhalb der Reihe „Gastkommentar. Wissenschaft trifft Kunst“ gehalten hat. Innerhalb dieser Reihe eröffnen Experten der Max-Planck-Gesellschaft aus Lebens-, Natur- und Geisteswissenschaften individuelle Sichtweisen auf die Werke des Städel Museums.
https://www.youtube.com/watch?v=qtYoGTuyv0k

Ulrike Frevert, ehem. Direktorin am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung (Emeritus)
 

Das öffentliche Recht ist in erster Linie das Recht, das Herrschaft organisiert, im Guten wie im Schlechten.

Das Bild „Horde“ von Daniel Richter bringt die Ambivalenz des öffentlichen Rechts zum Ausdruck. Es geht um den Polizeischutz des Treffens der damaligen G8 in Heiligendamm 2007. Man sieht Polizisten, aber es ist klar, dass das, was sie tun, hochproblematisch ist. Die Ambivalenz besteht darin, dass auf der einen Seite das Gewaltmonopol des Staates eine große zivilisatorische Errungenschaft ist: physische Gewalt darf nur durch staatliche Organe ausgeübt werden. Aber dieses Monopol ist wie alle Monopole hochgradig gefährlich und diese Gefahr wird in dem Bild höchst prägnant zum Ausdruck gebracht. Was in Heiligendamm geschützt wird, ist eine Weltwirtschaftsordnung, deren Destruktivität sich nur zwei Monate später erwiesen hat: die Weltwirtschaftskrise begann am 2. August 2007.

Die Krise des Euro, das Aufkommen der AfD, die erste und die zweite Trump-Administration und viele andere Phänomene sind aus den Defiziten der Weltwirtschaftsordnung zu erklären, die 2007 von diesen Polizisten noch geschützt worden ist.

Der Text ist ein Auszug aus einem Vortrag, den Armin von Bogdandy im Städel Museum innerhalb der Reihe „Gastkommentar. Wissenschaft trifft Kunst“ im Februar 2025 gehalten hat. Innerhalb dieser Reihe eröffnen Experten der Max-Planck-Gesellschaft aus Lebens-, Natur- und Geisteswissenschaften individuelle Sichtweisen auf die Werke des Städel Museums. Link zum Video auf YouTube
https://www.youtube.com/watch?v=K4PAci9rSQY.

Armin von Bogdandy, Direktor des Max-Planck-Instituts für öffentliches Recht und Völkerrecht
 

Meine Forschung widmet sich einer der grundlegendsten Fragen der Biologie: Wie organisieren sich ausgereifte menschliche Zellen, um Gewebe aufzubauen und zu reparieren, wenn die Entwicklung bereits abgeschlossen ist? Anders gefragt: Warum entsteht bei einer Hautverletzung wieder Haut – und nicht beispielsweise Lebergewebe – obwohl alle Zellen im Körper dieselbe genetische Information tragen?

Um diese Frage zu untersuchen, haben wir multizelluläre Organoide entwickelt, die die komplexen Zellinteraktionen in menschlichen Organen wie Leber und Bauchspeicheldrüse nachbilden. Diese Modelle erlauben es uns, in Echtzeit zu beobachten, wie Zellen zusammenarbeiten, um Gewebe zu formen. So gewinnen wir wertvolle Einblicke in die Mechanismen der Geweberegeneration unter normalen wie krankhaften Bedingungen. Unser Ziel ist es nicht nur, diese Prozesse zu verstehen, sondern auch gezielt nachzubauen – als Grundlage für Fortschritte in der Stammzellforschung und regenerativen Medizin.

Begriffe wie „Organoide“ mögen abstrakt klingen, doch letztlich handelt es sich dabei um 3D Mini-Gewebe oder Mini-Organe in einer Schale. Sie entstehen aus der Neugier heraus, die grundlegenden Prinzipien des Lebens zu verstehen – und aus dem Wunsch, neue Wege zur Reparatur geschädigter Organe zu entdecken. Und sie helfen uns, auf Tierversuche zu verzichten.

Die Erkenntnisse, die wir aus unserer Arbeit ziehen, sind nie das Werk einer Einzelperson. Ich bin meinem engagierten Team und den unterstützenden Institutionen zutiefst dankbar. Sie ermöglichen es mir, jeden Tag meiner Leidenschaft für biomedizinische Forschung nachzugehen.

Meritxell Huch, Direktorin am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik
 

So schön kann nächtliche Verhaltensforschung mit Fledermäusen vor einer Höhle in Bulgarien aussehen: Im Schein der Kopflampen entnehmen wir ganz vorsichtig Fledermäuse aus einem feinen Netz, das wir vor Einbruch der Dämmerung vor ihrer Höhle aufgestellt haben. Die Tiere fliegen diese Strecke jede Nacht und kennen sie gut. Daher sind sie eher „auf Autopilot“ unterwegs, hören nicht so genau hin, und wir haben am ehesten die Chance, sie zu fangen. Und dennoch erkennen viele der Tiere die dünnen Fäden mit ihrer Echoortung und weichen dem Netz im letzten Moment aus.

Die Artenvielfalt zu erhalten ist eines der drängendsten Probleme unserer Zeit. Daher liegt es mir am Herzen, die Tierwelt und ihre Umwelt zu verstehen und negative menschlichen Einflüsse zu minimieren. Dazu hatte ich das Vergnügen, das großartige Team der Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz in Seewiesen zu leiten und mit ihm zusammenzuarbeiten.

An der Höhle dokumentieren wir, welche Arten wir fangen, wie viele Tiere je Art, und wie es ihnen gesundheitlich geht. Einige Tiere bekommen einen Sender oder kommen einige Tage mit in unseren Flugraum für Verhaltensbeobachtungen. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie wir Menschen die Tiere beeinflussen, zum Beispiel durch künstliche Beleuchtung und Lärm. Dieses Verständnis hilft uns, die Tiere und ihre Biodiversität zu schützen. Denn auch unsere Nahrung und Gesundheit hängen von der Vielfalt der Natur ab.

Holger Goerlitz und seine ehem. Forschungsgruppe Akustische und Funktionelle Ökologie am MPI für Biologische Intelligenz
 

Die Teleskope des Roque-de-los-Muchachos-Observatoriums auf La Palma messen das Licht, das Supernovae oder Schwarze Löcher als Gammastrahlung aussenden. Und dafür braucht es auch uns:  Wir gehören zum Team der Elektronik und Mechanik am Max-Planck-Institut für Physik und wir verkabeln dort die Kameras und auch die Elektromotoren, die die Spiegel bewegen. Insgesamt müssen wir 16 Boxen mit 198 Spiegel verbinden. Die Teleskope, die wir dafür erklettern, sind 45 Meter hoch und ihre Spiegelfläche hat einen Durchmesser von 23 Metern.

Wir sind ein eingespieltes Team – und immer wieder fasziniert vom Anblick dieser spiegelnden Giganten in dieser Vulkanlandschaft.

Carina Schlammer, Eveline Linhardt, Miriam Modjesch, Elektronikproduktion und Elektronikentwicklung am Max-Planck-Institut für Physik
 

Wer auf sozialen Plattformen die sozialen und politischen Probleme unserer Zeit diskutiert, der unterliegt dabei Regeln, die wenige Big Tech Unternehmen alleine und ohne demokratische Legitimation in den USA setzen. Als interdisziplinäre humanet3-Gruppe erforschen wir die Entwicklung hin zu einem Raum – oder besser vielen Räumen – die gleichberechtigte Teilhabe ermöglichen und auf das Gemeinwohl, nicht individuelles Gewinninteresse, ausgerichtet sind. Unsere Frage lautet: Wie könnte so ein „menschenzentrierter“ digitaler öffentlicher Raum aussehen?

Diese Frage diskutieren wir aus ganz unterschiedlichen Perspektiven: der Rechtstheorie, dem Europarecht, dem Wettbewerbsrecht und den Sozialwissenschaften. Wir untersuchen was technisch und gesellschaftlich im digitalen öffentlichen Raum passiert und wie das Recht auf diese Entwicklungen reagiert bzw. den Raum auch proaktiv gestaltet. Dabei analysieren wir Ist-Zustände, erkennen Missstände, finden Regelungslücken, bewerten die Konzentration von Macht, notieren deren Vakuum und entwerfen neue Lösungen. Besonders vielsprechend sind dabei Ansätze, die für mehr Vielfalt stehen – beispielsweise alternative Plattformen, deren technische und organisatorische Struktur Machtkonzentration verhindert, etwa durch Dezentralität.

Und auch wenn das Foto ästhetisch sehr ansprechend geworden ist: Die hierarchische Positionierung im (physischen) Raum spiegelt unsere Arbeit zum Glück nicht wider – wir diskutieren auf Augenhöhe unsere aktuelle Forschung aus unseren jeweiligen Disziplinen zu Macht, Kommerzialisierung und demokratischen Strukturen im digitalen öffentlichen Raum.

Von links nach rechts: Erik Tuchtfeld, Max-Planck-Institut für ausländisches öffentliches Recht und Völkerrecht; Anna Sophie Tiedeke, Max-Planck-Institut für ausländisches öffentliches Recht und Völkerrecht; Chaewon Yun, Mensch-Maschine-Zentrum, Max-Planck-Institut für Bildungsforschung; Germán Oscar Johannsen, Max-Planck-Institut für Innovation und Wettbewerb
 

Der Forschungsstandort, der mir von allen, die ich kenne, am allerbesten gefallen hat, ist zweifellos ATTO – das Amazonian Tall Tower Observatory im Amazonas-Regenwald in Brasilien. Vor zehn Jahren wurde hier ein 325 m hoher Turm aus Stahl errichtet  – der höchste Turm, der jemals für wissenschaftliche Beobachtungen gebaut wurde.  Ausgestattet mit Sensoren, Sonden und Pumpen können hier auf verschiedenen Etagen alle klimarelevanten chemischen und physikalischen Prozesse erfasst werden und somit die Grundlagen für den Klimaschutz immer weiter verbessert werden.

Das Besondere an ATTO ist nicht nur, dass er mitten im Amazonas-Regenwald liegt und damit im größten zusammenhängende Waldareal unseres gesamten Planeten. Besonders ist auch, dass er – ähnlich wie sein Pendant ZOTTO in der sibirischen Taiga - weit fernab zivilisatorischer Einflüsse liegt. Daher dürfen wir hier mit weitgehend unverfälschten Daten zum Klimageschehen in der Atmosphäre rechnen.

Zu der Zeit der Errichtung von ATTO war ich gerade dabei, meine Doktorarbeit in Atmosphärenchemie über die Emission und atmosphärische Reaktivität flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) in den Wäldern des Mittelmeerraums abzuschließen. Doch die größte Quelle für VOC ist der Amazonas Regenwald. Daher wollte ich genau hier meine Forschungsarbeit fortsetzen.

Dieses Foto zeigt mich während eines typischen Arbeitstages bei ATTO. Hier installiere ich frische Sorptionsröhrchen für Luftproben während der Trockenzeit. Die Proben und Daten verwenden wir, um zu verstehen, wie die Biosphäre mit der Atmosphäre interagiert.
Ach so: Ich brauche wohl nicht zu erwähnen, dass jeder Tag Forschung hier mit einer grandiosen Aussicht belohnt wird, oder?

ATTO ist ein Gemeinschaftsprojekt der Max-Planck-Institute für Chemie und für Biogeochemie sowie dem brasilianischen Bundesinstitut für Amazonasforschung Instituto Nacional de Pesquisas da Amazonia (INPA) und der Universität des Staates Amazonas.

Nora Zannoni, ehem. PostDoc am Max-Planck-Institut für Chemie (Alumni)
 

In diesem Setup trifft Biomechanik auf Science-Fiction. Was aussieht wie eine Wand aus Überwachungsaufnahmen, ist in Wirklichkeit ein synchronisiertes 3D-Bildgebungssystem, das jede noch so kleine Bewegung der Beine einer Fruchtfliege – jedes Zucken, jedes Zittern und jede Drehung – in erstaunlicher Detailgenauigkeit erfasst. Mit Hochgeschwindigkeitskameras und präziser Kalibrierung kann ich alle sechs Beine über sämtliche Gelenke und Bewegungsebenen hinweg verfolgen – fast so, als bekäme die Fliege einen Ganzkörper-Bewegungsscan. Die Fliege läuft auf einem winzigen Laufband, völlig ahnungslos, dass jeder ihrer Schritte in umfangreiche kinematische Daten umgewandelt wird. Es ist ein regelrechter Paparazzi-Moment – jede Perspektive wird erfasst, jede Bewegung dokumentiert, bis hin zur kleinsten Gelenkrotation.

Doch die eigentliche Stärke dieses Setups liegt darin, dass es uns ermöglicht, neuronale Aktivität mit Verhalten zu verknüpfen. Indem wir gezielt bestimmte Neuronen mit Licht aktivieren und in Echtzeit beobachten, wie sich die Bewegungen der Fliege verändern, können wir genau nachvollziehen, wie neuronale Schaltkreise die Motorik beeinflussen. Es ist ein bisschen so, als würde man einen digitalen Zwilling der Fortbewegung erschaffen – und ja, das ist wirklich ganz genauso cool, wie es klingt!

Neha Sapkal, Doktorandin an der IMPRS for Synapses and Circuits, Florida
 

Chiralität, oft auch „Händigkeit“ genannt, beschreibt Objekte, die nicht mit ihrem Spiegelbild in Deckung gebracht werden können – so wie die linke und die rechte Hand. Auch die meisten Moleküle in Lebewesen existieren in solchen unterschiedlichen Varianten. Zellen funktionieren aber nur mit Molekülen in der richtigen Händigkeit. Chiralität ist für das Leben also essentiell. Trotz ihrer grundlegenden Bedeutung ist bislang nicht geklärt, wie sich die Chiralität in der Natur herausgebildet hat.

Dieses Foto wurde vor dem Abzug aufgenommen, in dem wir durch chirale Katalyse chirale Moleküle synthetisieren. Die Geste, die ich mache, steht nicht nur für die Händigkeit der Moleküle, sondern spiegelt auch unsere Vision für die Entwicklung chiraler Katalysatoren wider. Dazu gehören auch künstlich hergestellte Schichtmaterialien, die wie eine Helix verdreht sind – zum Beispiel für die Wasserstoffproduktion.

Bisher haben Chemiker auf Katalysatoren mit chiraler Struktur gesetzt, um chirale Moleküle herzustellen, die zum Beispiel als Arzneimittel verwendet werden. In unserer Forschung gehen wir noch einen Schritt weiter. Wir verwenden topologische Materialien als Katalysatoren. In topologischen Materialien interagiert die atomare Struktur mit den Elektronen auf eine quantenmechanische Weise, die für die Katalyse genutzt werden kann – nicht nur für die Bildung chiraler Moleküle. Denn die Eigenschaften von topologischen Materialien hängen nicht nur von ihrer chemischen Zusammensetzung ab, sondern auch von bestimmten strukturellen Merkmalen. Ein Beispiel ist die Händigkeit ihrer Struktur. Wir fragen uns, ob die zugrundeliegenden quantenmechanischen Prinzipien der topologischen Katalyse den Ursprung der Chiralität erklären können, die nicht nur für das Leben entscheidend ist.

Xia Wang, Leiterin einer Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
 

Wie bewegen Menschen sich in einer Menschenmenge? Wie treffen sie Entscheidungen und wie beeinflussen sie sich gegenseitig? Manchmal führt kollektives Verhalten zu bemerkenswerten Ergebnissen wie beispielsweise der „Weisheit der Massen“, bei der eine Gruppe intelligenter sein kann als jedes einzelne ihrer Mitglieder. In anderen Fällen kann es zu gefährlichen Situationen kommen, wie beispielsweise bei Massenpaniken oder der Verbreitung von Fehlinformationen.

Was mir an meiner Forschung zu menschlichem Verhalten in größeren Gruppen besonders gefällt ist die Mischung aus Theorie und Realität. Wir verwenden mathematische Modelle, Laborexperimente und Computersimulationen, aber wir gehen auch nach draußen und beobachten Menschen etwa bei Festivals oder in Online-Communities. Und jedes Mal entdecke ich unerwartete Muster, die im Rauschen des menschlichen Verhaltens verborgen sind.

Was ich herausfand: Die ruckartige und dabei faszinierend synchrone Richtungsänderung eines Fischschwarms ist gar nicht so weit entfernt vom Verhalten von Menschen in größeren Gruppen. Die Bewegung des nächsten Nachbarn ist ein sehr wichtiger Impuls. Einer weiß, wo es langgeht, die anderen folgen. Entschiedenheit im Auftreten überzeugt andere. Massenhysterie entsteht durch Nachahmung und Zeitdruck erzeugt Stress. Wird die Dichte größer, entsteht schnell Panik. Bei der Massenpanik in Mekka 2006 waren es bisweilen neun Menschen pro Quadratmeter.

Die schlichte Anzahl der Menschen pro Quadratmeter bestimmt, welche wissenschaftliche Disziplin die besten Erklärungen und Prognosen liefert. Darüber, ob Menschen noch die Freiheit haben, selbst über ihr Verhalten zu entscheiden. Mit sechs oder sieben Personen pro Quadratmeter ist die kritische Grenze erreicht und überschritten. Dann greifen die Gesetze der Physik: Gesetze der Hydrodynamik, der Strömungslehre und der Mechanik. Erst wenn es weniger sind als fünf Menschen pro Quadratmeter können wieder Kognition und Rationalität die Regie über menschliches Verhalten übernehmen.

Einige Kollegen von früher beraten heute Verkehrsplaner und Architekten. Die Wegeführung in Mekka wurde nach ihren Vorgaben neu konzipiert, ein Kontrollzentrum überwacht  Fließgeschwindigkeit und Dichte des Pilgerstroms. Engpässe wurden ausgebaut, Flaschenhälse, vor denen Menschen sich bisher gestaut haben, wurden beseitigt. Heute drosselt man den Zufluss zu Massenveranstaltungen, indem man Zeitfenster öffnet und wieder schließt oder man stellt, scheinbar paradox, ein Hindernis vor einen engen Ausgang, vor dem die strömende Masse sich teilt, um dann umso leichter hinauszugleiten.

Mehdi Moussaid, Gastwissenschaftler am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung
 

Viele wissen nicht, dass sich unter dem Dach der Max-Planck-Gesellschaft über 80 Max-Planck-Institute verschiedener Fachrichtungen versammeln. Und nur wenige wissen, dass in zwei dieser Institute auch zu Kunst geforscht wird. Dabei ist das Kunsthistorische Institut in Florenz nicht nur ein Max-Planck-Institut. Es gehört sogar zu den ältesten Forschungszentren für Kunstgeschichte weltweit.

Sein Herzstück ist die Bibliothek, denn sie bildete zusammen mit der Photothek im Jahr 1897 die Ausgangsbasis für den Aufbau des Instituts. Hier sind in mehr als 10 Kilometer Regalen etwa 350.000 Bände untergebracht. Heute zählt sie zu den renommierten kunstwissenschaftlichen Bibliotheken weltweit und wird entsprechend intensiv von einer internationalen Leserschaft genutzt.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen Kunst und Architektur in einem weiten globalen und interdisziplinären Kontext. Ein wichtiges Anliegen ist die Verbindung von historischer Forschung mit aktuellen Debatten und Herausforderungen wie Ökologie, Heritage, Urbanisierung, Migration und Diversität.

Davide Ferri, Leiter Forschungskoordination & PR am Kunsthistorischen Institut in Florenz, Max-Planck-Institut
 

Materialien sind wie die Bausteine der Natur – vergleichbar mit Lego – aus denen wir neue Verbindungen mit bemerkenswerten und einzigartigen Eigenschaften auf atomarer Ebene erschaffen. Besonders faszinieren mich Quanteneffekte, die auf den topologischen und chiralen Eigenschaften dieser Materialien basieren und großes Potenzial für zukünftige Technologien wie Katalyse oder Quantencomputing bieten.

Gleichzeitig engagiere ich mich leidenschaftlich für die Förderung junger Talente und die Sichtbarkeit von Frauen in der Wissenschaft.

Claudia Felser, Direktorin am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe
 

Ich sitze gerne auf meinem Sofa und denke nach. Besonders gerne über Energie.  Auf unserem Planeten wird sie ständig umgewandelt: Sonnenlicht erwärmt die Oberfläche, erwärmte Luft steigt auf und setzt die Atmosphäre in Bewegung - es entsteht kinetische Energie.  Oder Pflanzen nutzen Sonnenlicht zur Fotosynthese, dann entsteht chemische Energie in Form von Kohlehydraten. Oder ein Solarmodul erzeugt Strom, also elektrische Energie.

Was die Umwandlungen gemein haben ist, dass sie Arbeit verrichten, also etwas leisten. Und wieviel sie leisten können, das hängt ab von der Entropie.  Sie ist ein ganz fundamentales Prinzip in der Physik, sie setzt die Richtung für Umwandlungen und auch Grenzen, wieviel Arbeit überhaupt geleistet werden kann. Angewandt auf die Erde kommt da Erstaunliches bei heraus: dass viele Prozesse der Erde offenbar an ihrer Leistungsgrenze operieren.

Das wiederum hat ganz praktische Konsequenzen.  Zum Beispiel: Wieviel Windenergie können wir eigentlich nutzen? Je mehr wir sie nutzen, desto mehr Energie nehmen wir ja der Atmosphäre weg. Weil: mehr leisten kann die Atmosphäre ja nicht.  Das geht zu Lasten der Reibungsverluste, die ganz natürlich die Energie der Winde wieder in Wärme umwandeln. Und so führt mehr Windenergienutzung zu schwächeren Winden, die Effizienz von den Turbinen nimmt ab. Und dies hat ganz praktische Konsequenzen - zum Beispiel für die Planungen von Offshore Windenergie in der Deutschen Bucht.

Auch erkennt man klar, wie ineffizient Verbrennungstechnologie ist - weil die Erzeugung von Brennstoffen ineffizient ist wie auch die Umwandlung von Wärme in Strom oder Bewegung. Viel effizienter sind da modernen Technologien wie Photovoltaik, weil sie das Sonnenlicht direkt nutzen, um Strom zu erzeugen, ohne Umweg über Wärmeenergie.

So verschafft uns der Blick auf’s Ganze Klarheit, was für die bevorstehende Energiewende besser ist. Und so sitze ich da und denke, ich bin froh, dass ich Physik studiert habe.

Axel Kleidon, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Biogeochemie
 

Mein Herz schlägt für Kampfläufer, eine Vogelart der Paläarktis. Sie sind besonders spannend, weil die Männchen ganz unterschiedliche Wege gehen, um sich fortzupflanzen. Typ Nr. 1 sind Einzelkämpfer: sie haben prächtige, bunte Federkrägen, sind größer als die anderen, verteidigen ihre Reviere und strotzen vor Testosteron. Typ Nr. 2 sind die sogenannten „Satelliten“: sie haben weiße Federkrägen, sind kleiner, nicht aggressiv und kooperieren in der Balzarena mit einem der Einzelkämpfer. Dann gibt es noch Typ Nr. 3, die sogenannten „Faeder“: sie sind noch kleiner und sehen aus wie Weibchen, weil sie genau wie diese keine Federkrägen haben. Alle drei Typen unterscheiden sich nicht nur in Aussehen, Größe, Verhalten und im Hormonhaushalt, sondern auch in den Genen. Ein „Super-Gen“ bestimmt, welche Fortpflanzungsstrategie ein Tier verfolgt.

Viele Unterschiede, die man bei erwachsenen Tieren sieht, entstehen bereits bei den Küken und ich bin live dabei: Nachdem die Weibchen in unseren Volieren ihre Eier gelegt haben, sammeln wir diese ein und brüten sie im Brutschrank aus. Dann ziehen wir sie mit der Hand groß. Das geht gut, weil die Küken als Nestflüchter schon von Anfang an sehr selbstständig sind. Wir müssen eigentlich nur sicherstellen, dass sie lernen was sie fressen sollen. Danach monitoren wir Gewicht und Größe, um Wachstumskurven erstellen zu können. Ungefähr im Alter zwischen 16 und 24 Tagen fangen die Küken dann an zu fliegen. In dem Alter machen wir jeden Tag den „Fledging Test“ mit ihnen, den man auf dem Foto sehen kann. Wenn das Küken nur ins Wasser hopst kann es nicht fliegen. Sobald es komplett über das Wasserbecken fliegt, zählt es als flügge. Die Entwicklung der Flugfähigkeit ist zentral, da die Tiere in freier Wildbahn erst dann Räubern entkommen können, wenn sie fliegen können.

In meiner Doktorarbeit erforsche ich die verschiedenen genetischen Varianten bei jungen Kampfläufern und wie das ihr Verhalten bestimmt, um ihre Rolle in der Evolution zu verstehen.

Veronika Rohr-Bender, Doktorandin am MPI für biologische Intelligenz, Seewiesen
 

Ich finde es immer wieder faszinierend, durch ein Mikroskop zu blicken, weil es mir ermöglicht, Strukturen und Prozesse zu erleben, die ich mit bloßem Auge niemals sehen könnte. Mir persönlich eröffnet ein Mikroskop den Zugang zur winzigen Welt der Eizellen.

Im Mittelpunkt meiner Forschung steht die Meiose: Sie ist ein ganz entscheidender Schritt bei der Entstehung von Eizellen. Hier wird die Anzahl an Chromosomen halbiert, um die Verdoppelung der Chromosomen, die bei der Verschmelzung eines väterlichen und eines mütterlichen Zellkerns bei der Befruchtung erfolgt ist, auszugleichen. Ohne diesen Ausgleich würde sich die Chromosomenzahl mit jeder Generation verdoppeln. Mich fasziniert, wie komplex und gleichzeitig fehleranfällig dieser natürliche Prozess beim Menschen ist – bei Fröschen, Mäusen und den meisten anderen Tieren verläuft die Meiose deutlich weniger fehlerhaft. Und obwohl die Natur auch beim Menschen beeindruckende Mechanismen zur Steuerung der Meiose entwickelt hat, kommt es dennoch häufig zu Fehlern. Die zu verstehen, ist ein wichtiger Teil unserer Arbeit. Nur wenn wir diese Abläufe wirklich begreifen, können wir die Ursachen für Unfruchtbarkeit und Fehlgeburten aufdecken.

Zu wissen, welche Entwicklungsschritte bis zur Geburt eines Kindes richtig ablaufen und aufeinander abgestimmt sein müssen, hat mich natürlich auch privat beschäftigt. Vor der Geburt meines ersten Kindes konnte ich mir kaum vorstellen, dass das alles tatsächlich so reibungslos funktionieren kann. Mit der Zeit habe ich jedoch gelernt, darauf zu vertrauen – und bin sehr dankbar, heute mit vier gesunden Kindern durchs Leben zu gehen.

Melina Schuh, Direktorin am Max-Planck-Institut für multidisziplinäre Naturwissenschaften
 

In meiner Forschung dreht sich alles um die Frage, wie sich Gene auf die Entwicklung einer psychiatrischen Erkrankung auswirken und welche Rolle Umweltfaktoren wie Stress dabei spielen. Das erforschen wir schon vor der Geburt. In zerebralen Organoiden – das sind dreidimensionale, aus menschlichen Zellen gewonnene Modelle früher Gehirnstrukturen – können wir Stress schon während der Schwangerschaft simulieren und konnten nachweisen, dass das Gehirn schon in dieser frühen Phase anfällig für äußere Einflüsse wie Stress ist.

Dann sehen wir uns in Studien Kinder über lange Zeiträume hinweg an. Erfahren sie in den ersten Lebensjahren Misshandlungen, so kann das epigenetische Markierungen hinterlassen. Ihr Risiko, im späteren Leben eine psychiatrische Erkrankung zu entwickeln, ist dann erhöht. Daran denke ich, wenn ich das Gemälde  „Zwei sitzende Kinder“ von Hans von Marées ansehe. Es ist die sensitive Phase des Aufwachsens, die sich positiv oder negativ auf das restliche Leben auswirken kann.

Unser Ziel ist es, Biomarker zu finden, um auf Basis solch biologischer Merkmale zu einer besseren Einteilung psychischer Erkrankungen zu kommen und danach Therapien effektiver ausrichten zu können.

Der Text ist ein Auszug aus einem Vortrag, den Elisabeth Binder im Städel Museum innerhalb der Reihe „Gastkommentar. Wissenschaft trifft Kunst“ gehalten hat. Innerhalb dieser Reihe eröffnen Experten der Max-Planck-Gesellschaft aus Lebens-, Natur- und Geisteswissenschaften individuelle Sichtweisen auf die Werke des Städel Museums.

Elisabeth Binder, Direktorin am Max-Planck-Institut für Psychiatrie

 

Es fühlt sich glatt an, weich und ein bisschen kühl. Es sieht aus wie Leder und liegt auch so in der Hand. Und doch ist es etwas ganz anderes: Baumrinde! Die Ähnlichkeit hat uns selbst
überrascht und wir waren begeistert. Denn was sich so ähnlich anfühlt wie Leder könnte sich ja vielleicht auch so nutzen lassen, z.B. für Kleidung. Oder auch in der Architektur für Gebäude, die nur für eine kurze Zeit gebraucht werden. Pavillons auf Messen zum Beispiel. Wie cool wäre es, wenn sich ein Material, das eigentlich als Abfall gilt, sinnvoll und nachhaltig nutzen ließe?

Jährlich fallen weltweit über 60 Millionen Tonnen Baumrinde als Nebenprodukt der Holzindustrie an, die meist verbrannt oder zu Mulch verarbeitet werden. Ihr Potenzial bleibt dabei ungenutzt. Um Rinde als Material für Kleidung zu nutzen, mussten wir sie zunächst in einem Bad aus Wasser und Glycerin weich und formbar machen.

Wir, das sind Charlett Wenig, Johanna Hehemeyer-Cürten und Michaela Eder. Gemeinsam forschen wir an der Schnittstelle zwischen Design und Materialwissenschaft. Da die Kiefer die dominierende Baumart hier in unserer Region Berlin-Brandenburg ist, ist sie das zentrales Ausgangsmaterial für unsere Forschung. Unser Ziel ist es, ein Material wie Baumrinde so weiterentwickeln, dass es in nachhaltigen, wiederverwendbaren Materialkreisläufen genutzt werden kann.

Charlett Wenig (PostDoc), Johanna Hehemeyer-Cürten (Doktorandin) und Michaela Eder (Leiterin der Forschungsgruppe Adaptive Fibrous Materials), Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung
 

Die Kommunikation der Zukunft soll durch Quantentechnologie sicherer werden: Daten werden so übermittelt, dass sie nicht manipuliert werden können und die Verbindung abhörsicher ist. Jeder Zugriff durch Dritte – etwa durch künftige Entschlüsselungsalgorithmen kann damit verhindert werden. Auch gegenüber Angriffen durch künftige leistungsfähige Quantencomputer wären solche Verbindungen resistent.

Für all das nutzen wir die Quanten-Eigenschaften eines Laserstrahls. Diesen Laserstrahl modulieren wir nur ganz leicht an der Rauschgrenze, eben im Quantenbereich. Dann ist es möglich, dass zwei Kommunikationspartner sich auf einen geheimen Schlüssel einigen, mit dem sie ihre Nachrichten untereinander abhörsicher verschlüsseln können. Im Einzelnen funktioniert das so: Von einem Sender aus fliegen Lichtpulse durch die Luft zu einer Empfangsstation. Von dort können sie z.B. in eine Glasfaserverbindung eingespeist und weitergeleitet werden. Beim Empfänger angekommen, wird aus diesen Lichtpulsen schließlich ein Quantenschlüssel erzeugt. Unsere bisherigen Experimente erreichen bei Tageslicht Schlüsselübertragungsraten im Kilobit-Bereich pro Sekunde. Im Herbst 2025 soll erstmals ein Quantenzustand von einem fliegenden Flugzeug aus direkt mit einer Ionenfalle am Boden verschränkt werden – ein visionärer Schritt auf dem Weg zur sicheren Quantenkommunikation über große Distanzen. Die Zukunft der Quantenforschung ist und bleibt spannend.

Unser Forschung ist Teil von QuNET, eine Initiative des Bundesministeriums für Forschung, Technologie und Raumfahrt, an der neben der Max-Planck-Gesellschaft auch die Fraunhofer-Gesellschaft, das DLR sowie die FAU Erlangen-Nürnberg beteiligt sind. In einer Reihe von „Schlüsselexperimenten“ wird der Forschungsfortschritt in Städten wie Bonn, Jena oder Berlin öffentlich demonstriert. Das Foto zeigt mich mit unserem Empfänger-Modul daher beim Verbinden von optischen Glasfaserkabeln in Jena.

Stefan Richter, Gastwissenschaftler in der Forschungsgruppe von Christoph Marquardt am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts
 

Auf diesem Foto veranschauliche ich die Technik, mit der ich die Atmosphäre von Exoplaneten untersuche, also von Planeten außerhalb unseres Sonnensystems, die andere Sterne umkreisen:

Zieht ein kleiner Himmelskörper vor seiner Muttersonne vorüber, verdeckt er einen winzigen Teil von deren Oberfläche. Aus der daraus resultierenden Abnahme der Sternhelligkeit lässt sich auf die Existenz eines solchen Exoplaneten schließen und auch auf seine Temperatur. Zudem können wir indirekte Hinweise darauf gewinnen, ob der Planet eine Atmosphäre besitzt oder nicht. Wir können Wasser, Kohlendioxid, Methan und viele andere Moleküle auf anderen Welten entdecken. Und wir arbeiten daran, eines Tages Anzeichen von Leben auf erdähnlichen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu entdecken. Ich bin überzeugt davon, dass irgendwo da draußen Leben existiert.

Speziell für den Nachweis von Leben benötigen wir aber noch bessere Teleskope. Die Planungen von ESA und NASA dazu laufen bereits. In den 2040er Jahren könnten sie vielleicht starten. Das wäre dann noch im Laufe meiner Karriere.

Laura Kreidberg, Direktorin am Max-Planck-Institut für Astronomie
 

„Ich wusste, dass wir auf alle Wetterlagen vorbereitet sein mussten, als wir unsere sechswöchige Expedition starteten, um Proben aus verschiedenen Bergseen in den europäischen Alpen zu nehmen. Sengende Sonne, eisige Winde und die berüchtigten Gewitter an Sommernachmittagen – all das gehörte zu den möglichen Szenarien. Aber ein Schneesturm im Juli? Zugegeben, nicht gerade der perfekte Start, den wir uns erhofft hatten. Aber zumindest mussten wir uns so keine Gedanken um die Kühlung der Proben machen. Mit einer Mischung aus Besorgnis und Bewunderung beobachtete ich, wie unsere Teammitglieder Lauren Queiss, Jirka Petersen und Joshua Mills dem Sturm trotzten, um einige letzte Wassermessungen durchzuführen. Die Mikroorganismen, die wir hier suchten, kümmerte das eisige Wetter weniger. Sie sind an extreme Bedingungen in dieser nährstoffarmen Umgebung gewöhnt.

Wir kamen in die Berge, um nach Riesenviren zu suchen - Parasiten, die fast die Größe von Bakterien erreichen und in vielen Bereichen noch unerforscht sind. Im Gossenköllesee hier in den Stubaier Alpen entdeckten wir vor einigen Jahren bereits Riesenviren mit ungewöhnlichen strukturellen Merkmalen. Im Gegensatz zu bisher beschriebenen Exemplaren hatten diese Viren Schwänze und Fasern. Woraus bestehen diese Strukturen und welche Funktion haben sie? Könnten es spezielle Anpassungen an Bergseen sein?

Besonders spannend finde ich die genetischen Interaktionen von Riesenviren mit ihren Wirten und anderen Mikroorganismen. Viren bauen oft ihre eigenen Gene in fremdes Erbgut ein und beeinflussen auf diese Weise die Evolution von zellulärem Leben. Auch an der Entwicklung des Menschen waren Viren und anderen Parasiten maßgeblich beteiligt.“

Matthias Fischer, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

 

Die Natur ist ein Mysterium, das seine Geheimnisse nicht leicht preisgibt. Können wir ein Tier in der freien Wildbahnwirklich verstehen? Wohin fliegt es, warum, und welchen vielfältigen Herausforderungen muss es sich stellen? In den vergangenen Jahrzehnten haben kleine, tragbare Sender es möglich gemacht, wertvolle Informationen über das Verhalten von Wildtieren zu sammeln – ganz ähnlich wie eine Smartwatch am Handgelenkeines Menschen das tut. Doch welche Nachteile entstehen für die Tiere, die solche Sender tragen? Diese Frage wollen wir beantworten, um die Technologie so weiterzuentwickeln, dass mögliche Belastungen für die Tiere minimiert werden. 

Das Foto zeigt unser Team, das in einem speziell errichteten Flugzelt eine Fledermaus beim Start beobachtet.  

Edward Hurme, PostDoc am Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie
 

Natürlich geht es bei uns im Labor nicht jeden Tag so zu wie auf dem Bild. Yoga mache ich meistens zuhause, und im Labor trage ich natürlich stets meine Schutzbrille und den Schutzkittel, auch beim Kopfstand. Scherz beiseite: Auch wenn die Aufnahme ganz offensichtlich gestellt ist, mag ich das Foto sehr. Es transportiert diese Begeisterung, die mein gesamtes Team und ich für die Wissenschaft, insbesondere für die Chemie empfinden. Gleichzeitig zeigt dieses Foto auch die Bereitschaft, die Dinge mal aus einem anderen Blickwinkel zu betrachten – in meinen Augen eine ungemein wichtige Voraussetzung, um erfolgreich in der Grundlagenforschung zu sein. Was mir überdies hinaus schmeichelt: Das Bild verrät nicht, wie lange – oder wie kurz – ich tatsächlich in der Lage bin, einen Handstand zu machen …

Benjamin List erhielt im Jahr 2021 gemeinsam mit David W.C. MacMillan den Nobelpreis für Chemie für die Entwicklung der asymmetrischen Organokatalyse. Beide Forscher haben entdeckt, dass auch kleine organische Moleküle chemische Reaktionen vermitteln. Zuvor ging die Wissenschaft davon aus, dass ausschließlich Enzyme und Metalle, darunter oft giftige Schwermetalle oder teure und seltene Edelmetalle chemische Reaktionen beschleunigen und in eine gewünschte Richtung lenken können.

Benjamin List, Direktor am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung
 

Mich interessiert, wie Leben in seiner einfachsten Form funktioniert. Wie genau erfolgt der Übergang von unbelebter Materie zu einem lebenden System? Und welche Moleküle und Reaktionen sind dabei unverzichtbar?

Eine ganz wesentliche Hürde für das Verständnis des Lebens auf der Erde ist seine unglaubliche Komplexität. Selbst das kleinste lebende System – die einzelne Zelle, der einzelne Mikroorganismus – ist extrem komplex. Und was beispielsweise in technischen Systemen funktioniert, funktioniert leider in der Biologie überhaupt nicht: zerlegt man ein System in seine Bestandteile und baut dieses nach einem vernünftigen Konstruktionsplan neu zusammen, dann funktioniert es in der Regel wieder genauso gut. Nehme ich dagegen Proteine aus einer Zelle, dann machen sie in einem neuen Kontext entweder etwas ganz anderes oder auch gar nichts mehr.

Daher sind wir dazu übergegangen, selbst eine künstliche Zelle zu bauen, ein minimales, lebensfähiges System. Nur an einem möglichst einfachen System lässt sich herausfinden, wie die fundamentalen molekularen Prozesse ineinander greifen müssen, damit Leben entsteht.

Wir nutzen für unsere Zelle sogenannte Vesikel: seifenblasenartige Hüllen, die ähnlich aufgebaut sind wie die Zellmembran. In einem ersten Schritt sollen sich diese sogenannten „Protozellen“ selbstständig teilen. Das gelingt schon weitgehend, doch selbst wenn es vollständig gelingt, lebt dieses System natürlich noch nicht. Denn dafür müsste es auch Erbinformation enthalten und in der Lage sein, diese und alle anderen Bausteine selbst herzustellen.

Wenn die synthetische Biologie einst Erfolg hat beim Bau einer künstlichen Zelle, so wird uns das tiefere Einblicke in die Entstehung von Leben geben, auch wenn wir den historischen Prozess selbst nie mehr erforschen können.

Für ihre Arbeiten auf dem Gebiet der Fluoreszenzspektroskopie und Biophysik hat Petra Schwille 2010 den Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis erhalten.

Petra Schwille, Direktorin am Max-Planck-Institut für Biochemie
 

Wir stehen hier auf dem höchsten Bauwerk Südamerikas, dem ATTO-Turm. Der Ausblick erfüllt mich mit Ehrfurcht, denn 325 Meter unter mir breitet sich in alle Himmelsrichtungen der grüne Teppich des Amazonas-Regenwaldes aus.

Seit Urzeiten beginnt hier mit Anbruch der Morgendämmerung der Prozess der Fotosynthese von Neuem. Das riesige Ökosystem des Amazonas beginnt, Kohlendioxid aufzunehmen und Sauerstoff auszuatmen. Gleichzeitig schickt es einen Cocktail aus verschiedenen Substanzen bis zwölf Kilometer hoch in die Atmosphäre. Mein Team und ich analysieren seine Zusammensetzung und Einfluss auf das Erdklima.

Die ausgeatmeten Stoffe erfüllen viele Aufgaben im Wald: Durch die Reaktion mit Ozon und freien Radikalen in der Luft schützen sie die Oberflächen der Pflanzen vor oxidativen Schäden. Manche Substanzen stammen von Blüten und helfen dabei, Insekten zur Bestäubung anzulocken. Wieder andere sind Duftstoffe, mit denen Insekten oder Pflanzen miteinander kommunizieren. Zwischen dem Atem des Regenwaldes und den hochreaktiven Anteilen der Atmosphäre findet ein unsichtbarer chemischer Konflikt statt. Dieser beeinflusst die weltweiten Konzentrationen von Treibhausgasen wie Methan und wirkt sich dadurch auf das Weltklima aus.

Jonathan Williams, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie
 

Hier sind wir in unserem Element. Wasser macht uns nicht nur Spaß, sondern ist auch wissenschaftlich betrachtet unglaublich faszinierend: Wir erforschen, wie Tropfen sich auf Oberflächen bewegen, welche Reibungskräfte auf sie wirken oder wie sich Tropfen elektrisch aufladen. Und dieses Wissen eröffnet überraschende Anwendungsperspektiven: Beim Bedrucken oder Beschichten von Oberflächen und auch beim 3D- Druck soll der Tropfen so lange am gleichen Ort bleiben, bis er getrocknet ist. Bei Brillen, Kameras oder auf Autoscheiben dagegen ist eine wasserabweisende Oberfläche besser. Auch bei Solarzellen ist es wichtig, dass Tropfen schnell von deren Oberfläche abperlen und dabei möglichst viel Schmutz mit sich reißen, damit der Stromertrag hoch bleibt. Spannend sind auch mögliche Anwendungen in der Landwirtschaft: hier hoffen wir, dass man weniger Pestizide benötigen würde, wenn die Tropfen besser auf den Pflanzenteilen haften. Oder in der Medizin: hier könnte man über das Tempo der Tropfen und deren Wechselwirkung mit der Oberfläche bestimmen, wie schnell sich medizinische Wirkstoffe im Körper von einem Träger lösen. Möglicherweise führt unsere Forschung aber auch zu Anwendungen, die sich auf den ersten Blick gar nicht aufdrängen.

Der experimentelle Aufbau hier im Hof unseres Max-Planck-Instituts und weitere Aufbauten in unseren Laboren helfen uns dabei, weiter die Geheimnisse des Wassers zu forschen und manchmal dabei richtig Spaß zu haben.

Rüdiger Berger, Hans-Jürgen Butt und Doris Vollmer, Max-Planck-Institut für Polymerforschung
 

Können wir die Bewegung von Elektronen wirklich „sehen“? Bisherige Technologien waren da unzureichend: Rastertunnelmikroskope können zwar mittlerweile winzige Strukturen darstellen, die nur noch ein Milliardstel eines Millimeters groß sind, können aber die ultraschnelle Dynamik von Elektronen nicht verfolgen. Und Technologien aus der Attosekundenphysik erlauben es zwar genau diese Dynamik zu verfolgen, verfügen jedoch nicht über die erforderliche räumliche Auflösung.

Unsere Forschungsgruppe um Manish Garg hat da einen bedeutenden Durchbruch erzielt, denn es gelang, beide Techniken miteinander zu kombinieren. In einem neu gebauten Instrument können wir die Dynamik von Elektronen in Molekülen direkt im realen Raum und in Echtzeit aufzeichnen. So können wir tatsächlich beobachten, wie sich Elektronen auf atomarer Ebene bewegen. Dies ist nicht nur ein Sprung in Richtung der fundamentalen Grenzen der Messbarkeit, sondern eröffnet auch spannende neue Möglichkeiten: wir können Atome bei der Bildung neuer chemischer Verbindungen im Realraum und in Echtzeit beobachten. Und es gibt die Möglichkeit, chemische Reaktionen auch zu kontrollieren, neue nano-elektronische Schaltungen zu entwerfen oder die Vorgänge in Supraleitern besser zu verstehen.

Für mich liegt die eigentliche Faszination nicht nur in der technischen Leistung, sondern auch in dem neuen Fenster an Möglichkeiten, das sich dadurch in die ultraschnelle, komplexe Welt der Elektronendynamik öffnet.

Caiyun Chen, PostDoc am Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in der Forschungsgruppe von Manish Garg
 

Der Raum, in dem ich sitze, wird zum heißesten Ort unseres Sonnensystems, wenn wir Experimente durchführen. Ich befinde mich in der Vakuumkammer von ASDEX Upgrade, einem Tokamak – einer speziellen Art von experimenteller Fusionsanlage –, mit der wir die Grundlagen der Plasmaphysik erforschen, die für Fusionskraftwerke notwendig sind. Hier erzeugen wir Plasma – einen Zustand der Materie, in dem die Atome eines Gases ionisiert werden und ein Gas aus freien Ionen und Elektronen entsteht –, das wir auf Temperaturen von 150 Millionen Grad Celsius erhitzen können. Mit starken Magnetfeldern halten wir es von den Wänden der Kammer fern.

Die Kernfusion ist der Prozess, der unsere Sonne antreibt. Dabei verschmelzen Atomkerne zu schwereren Kernen, wobei enorme Mengen an Energie freigesetzt werden. Die Fusion ist wesentlich effizienter als derzeitige erneuerbare Energiequellen oder die Verbrennung fossiler Brennstoffe und führt nicht zur Freisetzung von Treibhausgasen. Obwohl sowohl die Fusion als auch die Kernspaltung Kerntechnologien sind, entstehen bei der Fusion keine langlebigen radioaktiven Abfälle wie bei Kernspaltungsreaktoren, was sie zu einer vielversprechenden Alternative für saubere Energie macht. Und genau deshalb wollen wir diesen Prozess auf die Erde bringen.

Im ASDEX Upgrade untersuchen wir die Plasmaphysik unter Bedingungen, die denen in einem zukünftigen Reaktor ähneln. Die dabei gewonnenen Erkenntnisse sind für die Planung und den Betrieb des internationalen experimentellen Fusionsreaktors ITER von entscheidender Bedeutung.

Übrigens arbeite ich selten im Inneren des Vakuumbehälters selbst. Dieser ist normalerweise versiegelt und unzugänglich. Etwa einmal im Jahr öffnen wir ihn jedoch zu Wartungszwecken und zur Kalibrierung unserer Diagnosegeräte.

Rachel McDermott, Direktorin am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik in Garching
 

Die Metallindustrie verursacht heute mehr als ein Drittel aller industriellen Treibhausgas-Emissionen. Deshalb arbeiten wir daran, Metalle nachhaltiger herzustellen.

Ich entwickle neue Verfahren, bei denen Wasserstoff und Plasma anstelle von Kohlenstoff eingesetzt werden, um Metalle aus Rohstoffen herzustellen. Außerdem arbeite ich daran, aus verunreinigtem Altmetall sogenannte „Dirty-Alloys“ herzustellen, die bis zu 95 % weniger Treibhausgase und Schadstoffe freisetzen. Zusätzlich nutzen wir sogar giftige Industrieabfälle als Quellen für neue Metalle. Alle diese Ansätze sind wichtig, um eine nachhaltige, fossilfreie und gleichzeitig wettbewerbsfähige Wirtschaft zu schaffen und könnten weltweit bis zu 10 % der CO₂-Emissionen einsparen. Viele wichtige Metalle, die heute benötigt werden, können oft auch nur noch durch Recycling gewonnen werden – vor allem, weil in Industrieabfällen oft mehr Metalle stecken als in den ursprünglichen Erzen oder deren globaler Handel eingeschränkt wird.

Mit den Laboren am Institut können wir die Eisenproduktion mit Wasserstoff steuern und bis hinunter zum atomaren Maßstab beobachten. Dazu benutzen wir Atomsonden, die die Materialzusammensetzung bis auf das einzelne Atom bestimmen können und Transmissions-Elektronenmikroskope, mit denen die Forschenden sogar bis auf die elektronische Ebene ins Erz hineinschauen können .

Im Grunde hat sich die Herstellung von Eisen in den letzten 6.000 Jahren nicht wesentlich verändert. Aber heute stehen wir vor der gewaltigsten Transformation der Materialforschung.

Dierk Raabe, Direktor am Max-Planck-Institut für Nachhaltige Materialien
 

Der schönste Moment meiner bisherigen wissenschaftlichen Karriere lag im Jahr 2009: Es war ein Freitagnachmittag, als wir erkannten, dass wir tatsächlich eine bisher unbekannte Menschenform entdeckt hatten. Die DNA unterschied sich deutlich von der moderner Menschen und auch von Neandertalern. Noch am selben Tag riefen wir die gesamte Abteilung zusammen. Gemeinsam überprüften wir die Ergebnisse – immer wieder. Doch das Resultat blieb unverändert: Ein junges Mädchen, von dem nur ein winziges Stück Fingerknochen gefunden wurde, war eine Denisovanerin – wir benannten diese neue Urmenschenform nach der gleichnamigen Höhle im sibirischen Altai-Gebirge, aus der der Fund stammte. Sie tauchten vor etwa 500.000 Jahren das erste Mal in Asien auf und lebten zeitgleich mit modernen Menschen und Neandertalern, bis sie vor ca. 45.000 Jahren ausstarben.

Es war eine Sensation: Bis heute sind eindeutig den Denisovanern zuzuordnende Funde äußerst selten. Vor kurzem konnte jedoch eine ehemalige Doktorandin nachweisen, dass auch der sogenannte „Drachenmann“ – ein Schädel aus der ostchinesischen Fundstelle Harbin – ein Denisovaner war. Damit hat dieser Urmensch nun sogar ein Gesicht.

Das Verbreitungsgebiet der Denisovaner war offenbar sehr groß und reichte von Sibirien bis nach Südostasien. Sie waren sogar an das Leben im Hochland von Tibet angepasst und vererbten das dafür notwendige Gen an die heutigen Sherpa. Ähnlich wie die Neandertaler haben auch die Denisovaner deutliche Spuren in unserem modernen Erbgut hinterlassen.

Besonders in den Genomen der Ureinwohner Papua-Neuguineas und Australiens finden sich ihre Hinterlassenschaften: Bis zu 5 % ihrer genetischen Herkunft verdanken diese Bevölkerungsgruppen den Denisovanern, dazu kommen weitere rund 2 % Neandertaler-Erbe – Anteile, die wir auch in allen anderen Menschen außerhalb Afrikas nachweisen konnten.

Die Gene aus der Vergangenheit geben uns so Aufschlüsse über die zahlreichen Migrationen und Vermischungen die heutige Populationen geformt haben – und enthüllen Stück für Stück, wie wir genetisch zu denen wurden, die wir heute sind.

Johannes Krause, Direktor am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie
 

Quantenteilchen, die miteinander interagieren, können sehr interessante Zustände einnehmen: So können sich Elektronen in manchen Materialien zum Beispiel zu Cooperpaaren verbinden und leiten Strom dann ohne Widerstand. Solche kollektiven Eigenschaften von Quantensystemen eignen sich auch, um komplexe Rechnungen mit einem künftigen Quantencomputer effizienter vorzunehmen.

Allerdings ist es schwierig, das Verhalten dieser Quantenteilchen mathematisch zu beschreiben und so besser zu verstehen und gegebenenfalls für praktische Anwendungen zu optimieren. Die Schwierigkeit liegt darin, dass die interessanten Eigenschaften bei den kollektiven Effekten eine große Anzahl von Teilchen beteiligt ist. Zwar gibt es Methoden, sogenannte numerische Simulationen, mit denen sich Verhalten der Quantenteilchen beschreiben lässt, bei vielen Teilchen ist der Rechenaufwand dafür aber extrem hoch.

Wir entwickeln leistungsstarke numerische Algorithmen, sogenannte Tensor-Netzwerk-Methoden, die auf Quantenverschränkung basieren. Mit Tensoren lassen sich auf Basis von Vektoren Prozesse effizient darstellen, an denen viele Teilchen beteiligt sind. Unser Ansatz erlaubt es uns, kollektive Eigenschaften der Systeme mithilfe ihrer Quanteneigenschaften effizienter mathematisch zu beschreiben. Außerdem können wir auf diese Weise Eigenschaften von Quantensystemen untersuchen, die mit anderen Methoden nicht zugänglich sind.

Unsere Arbeit beginnt oft damit, dass wir, wie auf dem Bild zu sehen ist, neue Ideen auf dem Whiteboard skizzieren und diskutieren, bevor wir sie umsetzen und testen.

Carmen Banuls, Forschungsgruppenleiterin am Max-Planck-Institut für Quantenoptik

 

Ich bin Nuklearingenieurin und mein Arbeitsplatz liegt im Herzen des Fusionsreaktors ASDEX Upgrade. Mit dieser Anlage erforschen wir die Grundlagen für ein künftiges Kernfusionskraftwerk, das Energie auf ähnliche Weise wie die Sonne zu erzeugen soll.

Nach jeder mehrmonatigen Experimentkampagne betrete ich die glänzende Metallkammer: das Vakuumgefäß, in dem das Plasma gezündet und auf 150 Millionen Grad Celsius erhitzt wird. Dort überprüfe ich jede Schraube, jeden Kühlkanal und jede polierte Oberfläche. Jedes einzelne Teil steht für Monate intensiver Berechnungen und bei Bedarf kurzfristiger Anpassungen in Spätschichten durch mein Team.

Das ist der Moment, den ich am meisten liebe: Zu sehen, wie unsere Arbeit der enormen Hitze des Plasmas widersteht. Dann bereiten wir uns auf den nächsten Plasmapuls vor.
Wie lässt sich das erreichen? Durch den Einbau neu entwickelter Komponenten, die Erprobung innovativer Materialien und die Verbesserung der Flexibilität der Maschine.
Bei unserem letzten Großprojekt haben wir zum Beispiel zwei Jahre lang gearbeitet, um ASDEX Upgrade mit neuen Magnetspulen im Vakuumgefäß auszustatten. Jetzt können wir sie nutzen, um Plasmen gezielt zu formen und spezielle Magnetkonfigurationen zu schaffen, die dazu beitragen, die Wärme gleichmäßiger auf die Wand zu verteilen, wodurch die Belastung der Materialien verringert wird und wir völlig neue Plasmaszenarien erforschen können.

Doch wir montieren hier nicht nur Komponenten. Wir bauen eigentlich an einer Hoffnung: Dass Fusionsenergie eines Tages unsere Welt ebenso mühelos mit Energie versorgen wird, wie die Sonne den Himmel erhellt.

Irene Zammuto, Ingenieurin am Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, Garching
 

2016 entwickelte mein Labor ein Experiment mit dem Titel Moral Machine: eine Website, die Besucher mit ethischen Dilemmata konfrontierte. Zum Beispiel mit der Frage: Sollte ein selbstfahrendes Auto einem Hindernis ausweichen und zwei Fußgänger töten, wenn es damit auf der anderen Seite ein Kind retten kann? Etwa 40 Millionen Menschen aus Hunderten verschiedenen Ländern nahmen teil. Die Ergebnisse zeigten durchaus interkulturelle Unterschiede, aber auch, dass die meisten versuchen, mit ihren Entscheidungen möglichst viele Menschenleben zu retten. Und dass sie der Rettung jüngerer Menschen den Vorzug geben. Auch wenn natürlich klar ist, dass derartige ethische Fragen nicht durch eine Umfrage entschieden werden können.

In jüngerer Zeit haben wir untersucht, was passiert, wenn wir mehr Aufgaben an KI-Agenten delegieren können – und herausgefunden, dass dies etwa zu einem Anstieg unethischen Verhaltens, wie beispielsweise Steuerhinterziehung, führen kann.

Ich bezeichne meine Forschung gern als „Science-Fiction-Wissenschaft”, weil ich versuche, die Auswirkungen neuer Technologien wie künstlicher Intelligenz auf den Menschen durch Verhaltensexperimente zu antizipieren.

Eine meiner frühesten Kindheitserinnerungen aus meiner Zeit in Aleppo in Syrien ist eine japanische Zeichentrickserie über Grendizer, ein riesiger von einem Menschen gesteuerter Roboter, der versucht, die Erde zu retten. Auch heute noch fasziniert mich diese Frage: wie Menschen die immense Kraft der künstlichen Intelligenz ethisch verantwortungsvoll steuern können.

Iyad Rahwan, Direktor am Max-Planck-Institut für Bildungsforschung