Auf dem Weg nach Paris

Die Weltgemeinschaft hat Ernst gemacht mit dem Kampf gegen den Klimawandel: Über das Jahr hinweg hatten sich erstmals – angesichts des immer näher rückenden UN-Klimagipfels im Dezember in Paris – nach und nach Industriestaaten wie ärmere Nationen darauf verpflichtet, ihre Treibhausgasemissionen zu kontrollieren oder zu senken.

Bis zum eigentlichen Klimagipfel waren so bereits 184 Erklärungen zu einer Selbstverpflichtung zusammengekommen. Sie nährten den Optimismus, dass die Gespräche in Paris ein Wendepunkt auf dem Weg zum eigentlichen Ziel, der Begrenzung der Erderwärmung, werden könnten. Das Meeting fand dann wegen der Terrorattacken in Paris vom November unter verschärften Sicherheitsvorkehrungen statt – und lieferte am 12. Dezember dann tatsächlich eine wegweisende Abmachung, die von 195 Staaten getragen wurde. Darin verpflichten sich die meisten Länder, ihre Emissionen zu reduzieren, um die globale Erwärmung auf "deutlich unter" zwei Grad Celsius zu begrenzen. Im Jahr 2018 wird die tatsächliche Umsetzung der Ziele von den Staaten begutachtet; zudem müssen sie alle fünf Jahre ab 2020 die Zielvorgaben überprüfen.

Anfang Dezember bekamen die Klimaunterhändler Rückenwind durch unerwartet positive Prognosen des Global Carbon Project: Es errechnete, dass die Kohlendioxidemissionen 2015 weltweit um 0,6 Prozent gesunken sein könnten.

Für einen weiteren Schub im Vorfeld der Konferenz in Paris sorgten China und die USA, die global wichtigsten Treibhausgasproduzenten: China ließ verlauten, dass es ein Emissionshandelssystem einführen werde; und US-Präsident Obama distanzierte sich – ein symbolischer Akt – von der Keystone-XL-Pipeline, die kanadisches Öl in die USA hätte leiten sollen.

Sogar Papst Franziskus griff im Juni mit einer Enzyklika zu Ökologiethemen ein, warnte bei seiner Tour durch Nordamerika im September vor den Folgen des Klimawandels und mahnte an, wie dringlich dieser gestoppt werden müsse. In zwei Umfragen nach seinem Besuch wurde deutlich, dass er so die Öffentlichkeit in den USA tatsächlich für die Wichtigkeit des Themas sensibilisieren konnte.

Trotzdem: Die Verpflichtungen werden wohl nicht ausreichen, die Erwärmung gegenüber der vorindustriellen Ära unter zwei Grad zu halten. Oberhalb dieser Schwelle, so meinen viele Experten, müssen wir mit ökonomischen und ökologischen Verwerfungen rechnen. Schon heute ist die durchschnittliche Oberflächentemperatur auf der Erde gegenüber der vorindustriellen Zeit um ein Grad Celsius gestiegen – und 2015 wird sehr wahrscheinlich das wärmste Jahr seit Beginn der Messungen.

Pluto et al.

In der Sonnensystemforschung waren die Zwergplaneten die Stars: Die eher winzigen Welten von Pluto und Ceres – Letzterer hat seine Heimat im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter – hatten 2015 ihr erstes Rendezvous überhaupt mit einer irdischen Sonde, was auf vielen atemberaubenden Bildern dokumentiert ist.

Pluto: Bekam 2015 Besuch
© NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Southwest Research Institute
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernPluto: Bekam 2015 Besuch
Spektakuläre Bilder gelangen der Sonde New Horizons beim Vorbeiflug am Zwergplaneten Pluto.

Pluto übernahm die Titelseiten, nachdem die Sonde New Horizons am 14. Juli an ihm vorbeigeflogen war. Die ferne Welt präsentierte sich als geologisches Märchenland aus Eisbergen, Stickstoffgletschern und glatten, gefrorenen Ebenen. Allein die Komplexität der Planetenoberfläche hat Sonnensystemforscher wie Alan Stern überrascht – und die grundlegende Frage aufgeworfen, welche Prozesse die verantwortlichen geologischen Aktivitäten antreiben könnten.

Ceres hat sich im März im Vergleich dazu bedächtig bemerkbar gemacht, nachdem seine Schwerkraft die NASA-Sonde Dawn einfing. Der dunkle, eislastige Himmelskörper verfügt durchaus über eigene Geheimnisse, etwa einen pyramidenförmigen Berg, helle Flecken stark reflektierender Salze und den geisterhaft wirkenden Dunst, der im Morgenlicht aus seinen Kratern aufsteigt.

Die ESA-Sonde Rosetta blieb indes im Orbit um den Kometen 67P-Tschuriumow-Gerasimenko. Ihr Lander Philae – vermeintlich nach einem holprigen Landeversuch im November 2014 gescheitert – meldete sich dann plötzlich im Juni wieder bei der Muttersonde, um dann einen Monat später erneut zu verstummen. Die wissenschaftliche Auswertung der Rosetta-Daten ergab in diesem Jahr, dass Sauerstoff aus dem Kometenkern strömt und dass seine merkwürdige Badeenten-Form wohl Resultat einer Kollision zweier Vorläuferkerne bei niedriger Geschwindigkeit ist.

Die NASA-Sonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution) hat die ersten Detailmessungen des Effekts des Sonnenwinds auf die Marsatmosphäre geliefert: Er entreißt ihr die Moleküle und dünnte sie im Lauf der Zeit bis zum heutigen Zustand aus. Außerdem bestätigte die NASA-Mission Cassini – elf Jahre nach ihrer Ankunft am Saturn –, dass der gefrorene Ozean des Monds Enceladus sich über die ganze Welt ausdehnt – was ihn zu einem verführerischen Ziel für alle Forscher macht, die im Sonnensystem nach Spuren von extraterrestrischem Leben fahnden möchten.

Gene redigieren auf Ansage

Kaum je hat sich eine Anwendung derart raketenstartmäßig schnell etabliert wie das exakte und methodisch simple, aber kontrovers diskutierte CRISPR-Cas9-Gen-Editierverfahren. Im April haben chinesische Forscher über den Einsatz der Technik bei (nicht lebensfähigen) menschlichen Embryonen berichtet – was eine vielstimmige und lautstarke Debatte unter Bioethikern und Wissenschaftlern in Leitartikeln und auf Kongressen provozierte. Sollte die Technik je im menschlichen Embryo Anwendung finden, und sei es auch nur auf dem Gebiet der Grundlagenforschung? Der Höhepunkt der Debatte war erreicht, als auf dem internationalen Treffen der Humangenetiker im Dezember in Washington D.C. nahezu 500 Ethikexperten, Forscher und Juristen aus über 20 Ländern zusammenkamen. Die Organisatoren fassten die Debatte in einer Schlusserklärung zusammen: Noch seien die Werkzeuge nicht ausgereift genug, um das Erbgut eines heranreifenden Menschen in einer Schwangeren umzuschreiben. Ein Verbot der Anwendung im Bereich der Grundlagenforschung forderten sie indes nicht.

In den vergangenen drei Jahren ist CRISPR zum Mittel der Wahl aller Genetiker geworden, die tierische und pflanzliche Organismen genetisch verändern oder Krankheiten des Menschen heilen möchten. Im Oktober stellten Forscher dabei einen neuen Rekord auf: Sie editierten das Genom von Schweineembryonen an 62 Stellen gleichzeitig, was unter anderem helfen könnte, das Forschungsfeld der Xenotransplantation wiederzubeleben. Denn genetische Basteleien wie diese sollen am Ende das Risiko einer Infektion mit gefährlichen Schweineviren für Empfänger senken, die aus tierischen Geweben – etwa Schweinezellen – gezüchtete Spenderorgane transplantiert bekommen. Auch das Erbgut von Hunden, Ziegen und Schafen konnte bereits mit der kostengünstigen Methode verändert werden.

CRISPR-Boom
© Nature, nach Daten von SCOPUS; in: Baker, M. et al., Nature 528, S. 448-451, 2015; dt. Bearbeitung: Spektrum der Wissenschaft
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernCRISPR-Boom
Forschung mit Hilfe des Enzymwerkzeugs CRISPR boomt gewaltig: Immer mehr Publikationen erscheinen Jahr für Jahr.

CRISPR könnte auch gegen Krankheiten des Menschen in Stellung gebracht werden. Mit diesem Ziel hatten Google und weitere Investoren im August 120 Millionen US-Dollar in das Gen-Editier-Start-up Editas Medicine aus Cambridge im US-Bundesstaat Massachusetts gepumpt. Das Unternehmen plant für 2017 den Einsatz von CRISPR in der klinischen Phase von Experimenten, um eine Mutation zu korrigieren, die bei einer bestimmten Form der Sehbehinderung auftritt.

Andere, schon weiter ausgereifte Techniken der Gen-Editierung stehen in der klinischen Praxis bereits vor der Tür. Im November haben Forscher aus Großbritannien angekündigt, ein anderes Verfahren – Enzymwerkzeuge namens TALENs – dazu einzusetzen, Zellen des menschlichen Immunsystems zu verändern und sie in eine einjährige Leukämiepatientin einzusetzen, um so womöglich ihr Leben zu retten. Und im Dezember meldeten Wissenschaftler von Sangamo Biosciences im kalifornischen Richmond, dass sie 2016 einen Versuch mit Hämophilie-Patienten starten werden – mit dem Ziel herauszufinden, ob Zinkfinger-Nukleasen (ein weiteres DNA-Schneidewerkzeug) die defekten Gene der Betroffenen korrigieren können.

Impfstoff-Erfolgsmeldungen

Edwin Jenner, der vor gut 200 Jahren erstmals ein Vakzin getestet hatte, wäre stolz auf die Fortschritte des Jahres 2015. Im Schnellverfahren war im April die Ebola-Vakzine vVSV-ZEBOV zum Notfalleinsatz im Menschen gekommen – und bewährte sich als fast vollständiger Infektionsschutz bei Menschen, die das Mittel kurz nach einem Kontakt mit dem Krankheitserreger gespritzt bekommen haben, wie die vorläufige Auswertung eines derzeit noch laufenden klinischen Tests in Guinea nahelegt. Der Impfstoff besteht aus einem abgeschwächten Nutzviehvirus, dem man gentechnisch beigebracht hat, ein Ebolaprotein zu produzieren. Er entstammt einem beschleunigten Entwicklungsprogramm – ein Verfahren, dass vielleicht Vorbild auch bei der Bekämpfung anderer Krankheiten werden könnte.

Präsident Obama bei der Verkündigung der Precision Medicine Initiative
© The White House / Pete Souza
(Ausschnitt)
 Bild vergrößernPräsident Obama bei der Verkündigung der Precision Medicine Initiative

Allerdings ist vVSV-ZEBOV zu spät gekommen, um die Ebola-Epidemie ernsthaft zu verlangsamen – mehr als 11 000 Menschen starben in Westafrika. Die Krankheit geht zwar zurück, flammte kürzlich aber in Liberia überraschend wieder auf: Nachdem die Behörden vor Ort schon zweimal erklärt hatten, das Virus sei zurückgedrängt, mussten sie zuletzt doch wieder drei neue Fälle und einen Toten zählen.

Nach 30 Jahren Forschung ist die Meldung über den ersten Malaria-Impfstoff im Oktober mit eher halbherziger Begeisterung von den globalen Malaria-Expertengremien begrüßt worden. Im April hatten Mediziner bei klinischen Tests mit 15 000 Kindern in Afrika gemessen, dass das Vakzin namens RTS,S einen Schutz von gerade einmal 30 Prozent bietet. Die Gremien empfehlen daher weitere Pilotstudien mit bis zu einer Million Kindern, bevor der Wirkstoff großflächig verteilt werden soll.

Die Polio-Impfungen drängten die Krankheit weiter an den Rand der vollständigen Ausrottung: Im zurückliegenden Jahr sind, Stand 9. Dezember, gerade einmal 66 neue Poliofälle aus der freien Wildbahn bekannt geworden. Im Juli hat Nigeria – mit Afghanistan und Pakistan das letzte Land, in dem die Ausbreitung bisher nie gestoppt werden konnte – gefeiert, dass ein ganzes Jahr lang kein neuer Fall aufgetreten ist. Die WHO strich das Land daraufhin im September prompt von der Liste der Staaten mit endemischen Poliofällen. Der Weg zur Deklaration eines poliofreien Afrikas steht damit schon für das Jahr 2017 offen.

In Mexiko ist schließlich das erste Vakzin gegen das Dengue-Virus zugelassen worden. Der Hersteller – Sanofi aus Paris – hofft darauf, sein Mittel in der Folge auch in Lateinamerika und Asien einsetzen zu dürfen.

Quanten-Gespenstereien

Die Physik feierte den 100. Jahrestag von Einsteins allgemeiner Relativitätstheorie im November mit zahlreichen Konferenzen, Buch-Neuerscheinungen und neuen Editionen seiner Schriften. Einstein sorgte auch im August für Schlagzeilen, als Physiker den bisher überzeugendsten Beleg dafür vorlegten, dass zwei Objekte – wie etwa subatomare Partikel – miteinander verschränkt werden können. Das erlaubt dann dem einen, das Verhalten des anderen auch aus weiter Entfernung zu verändern. Forscher zeigten, dass diese Verschränkungsfernwirkung auch zwischen zwei Elektronen robust bestehen bleibt, die 1,3 Kilometer voneinander entfernt sind.

Einstein verabscheute diesen Effekt bekanntlich – er nannte ihn "spukhafte Fernwirkung" –, weil er die allgemein gültige Regel zu verletzen scheint, nach der nichts schneller als das Licht sein kann. Trotz Missbilligung durch Einstein: Vielleicht wird der Effekt einmal dazu beitragen, ein sicheres Quanten-Internet mit eingebauter Immunität gegen Hackerangriffe zu konstruieren.

Künstliche Erdbeben

Menschliche Eingriffe wie das Bohren nach Öl und Gas gelten an verschiedenen Orten der Welt als mögliche Ursache für Erdbeben – von der Schweiz über Indien bis China –, nirgendwo aber haben Geowissenschaftler intensiver dem Zusammenhang hinterhergeforscht als im US-Bundesstaat Oklahoma. Hier nimmt man schon seit 2009 Daten auf, die eine ansteigende seismische Aktivität belegen. In diesem Jahr wurden die meisten Ereignisse gemessen: Vor Ort verzeichnet man jährlich nun mehr Beben mit der Magnitude 3 und stärker als in Kalifornien.

Im April konstatierten endlich auch die Behörden, dass die Akteure der Energiewirtschaft dabei wohl eine Rolle spielen: Der Oklahoma Geological Survey teilte mit, dass wahrscheinlich Öl- und Gasförderanlagen verantwortlich sind, die Brauchwasser in die Bohrlöcher tief unter die Oberfläche pumpen. Das Einspritzen von mehreren zehn Millionen Litern Flüssigkeit verschiebt Verwerfungslinien und erhöht die Bebengefahr.

Als Reaktion reduzierte die verantwortliche Regulationsbehörde für die Öl- und Gasförderung, die Oklahoma Corporation Commission, in den seismisch gefährdeten Regionen die erlaubte Menge an mit Brauchwasser auffüllbaren Bohrgruben. Ein bemerkenswerter Schritt angesichts des politischen Einflusses der Energiewirtschaft auf die Entscheidungsprozesse im Bundesstaat.

Vermessen: Die Verlässlichkeit von Forschungsergebnissen

Im Lauf des Jahres änderte sich der Stil der unangenehmen Debatte über die Reproduzierbarkeit von Forschungsergebnissen: Weniger verschämtes Händeringen, mehr Analyse und konkrete Handlungsanleitungen waren gefragt.

Aus verschiedensten Fachrichtungen war zuvor bekannt geworden, dass publizierte Resultate allzu oft von unabhängiger Seite nicht reproduziert werden können. Und das aus verschiedensten Gründen – seien es zu ungenau beschriebene Methoden, sei es eine fehlerhafte Datenanalyse.

Eine Zahl des Jahres: 5154. Ein neuer Rekord für die Anzahl von Autoren auf einer einzigen Veröffentlichung

Im Dezember teilte das in den USA beheimatete "Reproducibility Project: Cancer Biology" mit, dass es aus Zeitmangel und Kostengründen seine Bemühungen zurückfahren werde, die 50 wichtigsten Studien aus dem Bereich der Krebsforschung zu überprüfen; vorerst beschränke man sich auf 37 Paper.

Gleichzeitig trugen Bemühungen erste Früchte, das tatsächliche Ausmaß des Problems zu umreißen. Im April hatte ein weiteres Reproduzierbarkeitsprojekt gezeigt, dass zwei Drittel aller Studien aus dem Bereich der Psychologie nicht erfolgreich wiederholt werden können. Eine – allerdings umstrittene – Analyse schätzte, dass 28 Milliarden US-Dollar pro Jahr für nicht reproduzierbare medizinische Veröffentlichungen ausgegeben werden, etwa weil sie schlecht dokumentiert sind oder weil ungeeignete Materialien eingesetzt wurden.

Die Geldgeber haben bereits reagiert. Die wichtigsten biomedizinischen Forschungseinrichtungen in Großbritannien – unter anderem der Wellcome Trust – haben im zurückliegenden Jahr Strategien entwickelt, mit denen die Reproduzierbarkeit erhöht werden soll – so gelten zum Beispiel neue Standards für die experimentelle Praxis. Die National Institutes of Health der USA (NIH) haben im Oktober eine neue Reproduzierbarkeits-Richtlinie veröffentlicht. Sie verlangen etwa im Begutachtungsprozess der Geldgeber, auf mögliche Fehler im Versuchsaufbau zu achten, die dann womöglich die Interpretation der Resultate beeinflussen könnten; zudem sollen die Empfänger von Geldmitteln exakt beschreiben, welche Reagenzien sie einsetzen und wie sie dies belegen möchten.

Gegenwind blieb aber auch in diesem Jahr von manchen Forschungseinrichtungen nicht aus. Sie hatten schon gegen Richtlinien der NIH von 2014 geklagt, in denen die Autoren angehalten wurden, ihre Experimente ausführlicher zu beschreiben: Die Einrichtungen murrten, dass diese Regeln es deutlich erschweren würden, Veröffentlichungen vorzubereiten und reviewen zu lassen. Auch die Verlage schalten sich ein: Etwa ein Dutzend Magazine fragen seit diesem Jahr bei ihren Autoren eindeutige Identifikationskennziffern für die verwendeten Reagenzien ab – ein Schub, der von der Resource Identification Initiative ausgelöst wurde.

Schlaglicht auf Sexismus

Stärker als zuvor wurde in diesem Jahr der Sexismus öffentlich angesprochen – eine Folge mehrerer Vorfälle, die verdeutlicht haben, wie sehr chauvinistische Altlasten noch immer die Wissenschaftswelt durchdringen. Im April hat die Evolutionsgenetikerin Fiona Ingelby von der University of Sussex in England über Twitter öffentlich gemacht, dass "PLoS One" ein von ihr und einer Kollegin verfasstes Paper zurückgewiesen hat – und zwar nachdem ein Reviewer konstatiert hatte, "ein oder zwei" männliche Kollegen als Koautoren würden die Analyse sicher verbessern. Anschließend entfernte die Zeitschrift den Reviewer aus ihrer Kontaktliste; zudem bat sie den wissenschaftlich verantwortlichen Redakteur, der das Paper betreut hatte, um seinen Rücktritt.

Im Juni sorgte der nobelpreisgekrönte Biologe Tim Hunt für Kritik aus unterschiedlichsten Richtungen, nachdem er sich über seinen "Ärger mit den Mädels" im Labor ausgelassen hatte: "Du verliebst dich ins sie, sie verlieben sich in dich – und wenn man sie dann kritisiert, heulen sie", sagte er auf einer internationalen Tagung von Wissenschaftsjournalisten in Seoul. Hunt, der zwei Tage später von seiner Stelle als Honorarprofessor des University College in London zurücktrat, erklärte später, er habe einfach nur witzig sein wollen, sei dann aber "im Regen stehen gelassen worden". Seine Universität stellte ihn indes nicht wieder ein.

Eine Zahl des Jahres: 1377. So viele Physiker teilen sich die drei Millionen US-Dollar, die im November der Breakthrough-Preis für Neutrino-Forschung ausgeschüttet hat

Im Oktober dann kam die größte derartige Story ans Licht: die Enthüllung, dass der bekannte Exoplanetenjäger Geoffrey Marcy über mindestens ein Jahrzehnt hinweg mehrere Studentinnen sexuell belästigt hatte. Marcy trat von seiner Stelle an der University of California in Berkeley zurück, begleitet von empörten Reaktionen aus Kreisen der Universität und der weiteren Astronomieszene. Der Fall hat ein gründliches Nachdenken in der Wissenschaftswelt ausgelöst – viele Einrichtungen entwickeln und überarbeiten ihre Richtlinien, um sexuelle Belästigung auf Meetings oder anderen Veranstaltungen in Zukunft zu verhindern.

Molekulare Zeitlupe

Strukturbiologen gelang es, ein bisher unbekanntes Detail der molekularen Maschinerie des Lebens zu enthüllen. Gelungen ist dies durch die Fortschritte in der Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM). Mit ihr können Forscher die Strukturen der zelleigenen Proteine abbilden, indem sie sie blitzartig einfrieren und dann mit annähernd atomarer Auflösung per Elektronenmikroskop fotografieren. Die Kryo-EM hat die Röntgenkristallografie in den letzten drei Jahren vom Thron gestoßen, weil es für sie nicht nötig ist, die Proteine zu kristallisieren. So können Wissenschaftler mit weniger Aufwand deutlich mehr Moleküle analysieren.

Biologen haben mit der Technik im Jahr 2015 nun schon deutlich mehr als 100 molekulare Strukturen im Detail analysiert – zum Beispiel das Proteasom, in dem beschädigte oder überflüssig gewordene Proteine recycelt werden, oder das Spliceosom, das Stücke aus Boten-RNA herausschneidet, bevor sie abgelesen wird, um ein Protein zu bauen. In diesem Jahr entstand auch das bislang schärfste Kryo-EM-Bild: Es zeigt ein Bakterien-Enzym, das am Zuckerstoffwechsel beteiligt ist. Ähnlich hohe Auflösungen möchten Forscher bald auch beim Abbilden von medizinisch bedeutsamen Molekülen erreichen.

Medizin präzise machen

Behandlungen auf einzelne Patienten maßzuschneidern, ist seit Langem ein Ziel der Medizin. In den USA hat Präsident Obama dem Anliegen nun noch einmal gehörig Auftrieb verliehen, als er im Januar die Precision Medicine Initative (PMI) anstieß. Als Teil eines größeren, 215 Millionen US-Dollar schweren Programms, das nächstes Jahr die ersten Gelder freigeben wird, werden die NIH und Partnerorganisationen über eine Million US-Bürger rekrutieren. Sie sollen genetische Informationen, Gesundheitsdaten und sogar die Daten von elektronischen Fitness- und Medizintrackern liefern, die dann von Forschern ausgewertet werden. Dabei durchforsten die Mediziner den Datensatz nach Korrelationen und möglichen Verbindungen zwischen Erkrankungsrisiken, genetischen Dispositionen und Umweltfaktoren.

Die PMI hat gleich auch andere Regierungen inspiriert, eigene Programme zu ähnlich groß angelegten Längsschnittstudien anzudenken. Gleich nach Obamas Ankündigung hat schon der US-Bundesstaat Kalifornien ein Drei-Millionen-US-Dollar-Programm angekündigt. China wird wohl ein eigenes Großprojekt im kommenden Jahr beginnen, wobei die beachtlichen Möglichkeiten zur groß angelegten Genomsequenzierung im Land sicher vorteilhaft wirken werden. Und Island hat bereits in diesem Jahr gezeigt, was möglich wird, wenn große Mengen an Erbgutsequenzdaten gesammelt und zusammen ausgewertet werden: Im März hat deCODE, ein isländisches Genetik-Unternehmen, vier Studien veröffentlicht, die sich auf mehr als 2600 vollständig sequenzierte Genome von Isländern stützt – der weltweit umfangreichsten Erbgutsammlung aus einer einzelnen Population. Aufgedeckt wurden dabei etwa Mutationen, die mit der Alzheimerdemenz in Verbindung stehen sowie die Mutationsrate des Y-Chromosoms.