Rätsel der Wissenschaft – Détails, épisodes et analyse

Astronautische Flüge ins All sind aufregend, inspirierend und auch aus wissenschaftlicher Perspektive interessant. Eines sind sie aber mit Sicherheit nicht: gesund. Die Liste der Gefahren und gesundheitlichen Risiken von Raumflügen ist lang – und viele physiologische Folgen von Weltraumaufenthalten sind zumindest vorübergehend unvermeidbar. Das Herz-Kreislaufsystem und der Muskel- und Knochenapparat reagieren unmittelbar auf einen Aufenthalt in der Mikrogravitation, es gibt aber Gegenmaßnahmen. Diese ringen Raumfahrerinnen und Raumfahrern viel Disziplin ab. Doch es bestehen auch etliche ungelöste Probleme, insbesondere wenn Menschen weiter in den Weltraum vordringen oder eines Tages sogar den Mars erreichen wollen. Was lässt sich gegen die kosmische Strahlung unternehmen? Vertragen alle Menschen Weltraumreisen gleich schlecht? Und wie nützen neueste Erkenntnisse aus der Weltraummedizin auch uns Menschen auf der Erde? Das besprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge des STANDARD-Podcasts "Rätsel der Wissenschaft".

70 Jahre nach der Gründung des Europäischen Kernforschungszentrums (Cern) bei Genf ist die Teilchenphysik um viele Entdeckungen reicher. Doch an großen Rätseln mangelt es weiterhin nicht. Dazu zählt etwa die Frage, wo die ganze Antimaterie geblieben ist. Denn von jedem bekannten Teilchen gibt es auch ein Antiteilchen. Beim Urknall ist dem Standardmodell der Teilchenphysik zufolge gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden – und diese hätte sich gegenseitig auslöschen müssen. Warum ist das nicht passiert? Auch das dunkle Universum hält Physikerinnen und Kosmologen auf Trab. Alles, was wir im Kosmos sehen können, macht gerade einmal fünf Prozent von dem aus, was tatsächlich da ist. Und die übrigen 95 Prozent, die nur indirekt beobachtbar sind, bestehen aus zwei rätselhaften Größen: der "Dunklen Energie” und der "Dunklen Materie". Was hat es damit auf sich? Wie Forscherinnen und Forscher am Cern diesen großen Fragen nachgehen, wie es um die Pläne für einen noch größeren Teilchenbeschleuniger steht und was Wissenschaft und Kunst voneinander lernen können, besprechen Tanja Traxler und David Rennert mit der Cern-Generaldirektorin Fabiola Gianotti in dieser live aufgezeichneten Folge von "Rätsel der Wissenschaft". Gianotti war im Rahmen der Langen Nacht der Forschung auf Einladung der Akademie der Wissenschaften und des Wissenschaftsministeriums in Wien zu Gast. Das Gespräch wurde auf Englisch geführt.

Um die Gesetze des Universums zu ergründen, haben Physikerinnen und Physiker das Standardmodell der Teilchenphysik entwickelt. Es beschreibt alle uns bekannten Elementarteilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Am Ziel sind Forschende damit aber noch lange nicht. Es gibt zahlreiche Hinweise auf eine Physik jenseits dieses Standardmodells, auf Lücken, auf unbekannte Teilchen und mysteriöse Kräfte. Zu den größten ungelösten Rätseln zählt das Materie-Antimaterie-Ungleichgewicht im Universum. Von jedem bekannten Teilchen gibt es auch ein Antiteilchen. Wenn diese beiden ungleichen Zwillinge aufeinandertreffen, vernichten sie sich gegenseitig. Beim Urknall ist dem Standardmodell der Teilchenphysik zufolge gleich viel Materie wie Antimaterie entstanden – und diese hätte sich gegenseitig auslöschen müssen. Das ist zum Glück nicht passiert, wir selbst und alle Objekte, die wir kennen, bestehen aus Materie. Aber wie ist das möglich, und wo ist die ganze Antimaterie hinverschwunden? Diesen Fragen gehen David Rennert und Tanja Traxler mit dem STANDARD-Wissenschaftsredakteur Reinhard Kleindl und dem Antimaterieforscher Carsten Welsch von der Universität Liverpool in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" nach. Sie besprechen auch, wie man Antimaterie im Labor erzeugt, in welchen medizinischen Anwendungen sie steckt und ob sie uns auch gefährlich werden könnte.

Können Tiere träumen? Wer mit Haustieren lebt, wird diese Frage wahrscheinlich mit Ja beantworten. Hunde, die im Schlaf wild japsen und die Pfoten bewegen oder Katzen, die schlafend auf der Couch scheinbar Mäuse fangen, erwecken jedenfalls den Anschein, intensiv zu träumen. Wissenschaftliche Nachweise für Träume bei Tieren zu erbringen, ist jedoch alles andere als einfach. Lange Zeit galt die Forschung dazu sogar als unwissenschaftlich oder irrelevant. In den vergangenen Jahren hat die tierische Traumforschung aber große Fortschritte gemacht. So zeigt sich etwa, dass die Schlafphasen zahlreicher Spezies denen von Menschen erstaunlich ähnlich sind. Am meisten und intensivsten träumen Menschen im sogenannten REM-Schlaf, in dem auch die Gehirnaktivität zunimmt. Inzwischen wurden REM-ähnliche Schlafphasen nicht nur bei vielen anderen Säugetieren entdeckt, sondern auch bei Vögeln, Fischen, Kraken und sogar bei Spinnen. Die Schlafphase allein beweist noch nicht, dass ein Tier auch tatsächlich träumt. Die Hirnforschung liefert aber immer mehr Hinweise darauf, was sich im tierischen Schlaf abspielt: Bei manchen Vögeln etwa gleicht die neuronale Aktivität im REM-Schlaf jener beim Fliegen oder Singen, bei Ratten sind wiederum dieselben Muster wie beim Lösen von Aufgaben im Wachzustand erkennbar. Träumen Vögel also vom Fliegen und Ratten von Labyrinthen? Durchleben Tiere auch Albträume? Und was hat es mit einem revolutionären Katzenexperiment aus den 1960er-Jahren auf sich, dass die Samtpfoten zu Schlafwandlern machte? Diesen Fragen gehen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" nach.

Woraus besteht das Universum? Alles, was wir über diese große Frage wissen, bildet das sogenannte Standardmodell der Teilchenphysik. Es beschreibt die uns bekannten Elementarteilchen und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Unser Wissen ist aber begrenzt: Es gibt zahlreiche Hinweise auf eine Physik jenseits dieses Standardmodells, auf unbekannte Teilchen und Kräfte.  Die weltweit wichtigste Forschungseinrichtung, die unser Wissen über die Bausteine der Materie vorantreibt, ist die Europäische Organisation für Kernforschung bei Genf, besser bekannt als Cern. Dort steht das größte wissenschaftliche Experiment der Erde: Im ringförmigen Teilchenbeschleuniger Large Hadron Collider (LHC), der einen Umfang von 26,7 Kilometern hat, lassen Forschende Teilchen mit Rekordenergie miteinander kollidieren. Der wichtigste Erfolg des LHC war der Nachweis des Higgs-Teilchens, das lange als das letzte fehlende Puzzlestück im Standardmodell der Teilchenphysik galt.  Geht es nach den Forschenden am Cern, soll aber schon bald ein noch viel größeres Experiment den LHC in den Schatten stellen. Fast 100 Kilometer soll der Umfang des Teilchenbeschleunigers Future Circular Collider betragen. Welche Rätsel könnte man mit diesem gigantischen Instrument lösen? Was genau passiert in einem Teilchenbeschleuniger überhaupt? Und bergen Teilchenkollisionen mit derart hohen Energien auch Risiken? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft" mit dem österreichischen Physiker Michael Benedikt, der am Cern die Machbarkeitsstudie zu dem vorgeschlagenen neuen Teilchenbeschleuniger leitet.

Noch erstreckt sich der Permafrost über gewaltige Areale der Erde. Etwa ein Fünftel der Landmassen auf der Nordhalbkugel weist solche langfristig gefrorenen Böden auf, die größten zusammenhängenden Permafrostgebiete liegen in Sibirien, Kanada und Alaska. Doch gerade die arktischen Breiten sind besonders stark vom Klimawandel betroffen, sie erwärmen sich viermal schneller als der Rest der Welt. Auch der Permafrost taut zunehmend auf – und mit ihm gefährliches Tiefkühlgut. In den Böden schlummern gigantische Mengen an Kohlenstoff. Wird es wärmer, beginnen Mikroorganismen mit dem Abbau dieses Materials und produzieren dabei Treibhausgase. Je mehr die Temperaturen steigen, desto aktiver wird diese unterirdische Treibhausgasquelle – und kurbelt den Klimawandel noch weiter an. Der Permafrost droht aber nicht nur zu einem Kipppunkt im Klimawandel zu werden. Auch Krankheitserreger und Umweltgifte könnten aus den tauenden Böden entweichen: Uralte Viren, tödliche Bakterien und radioaktive Abfälle lagern dort ebenfalls.  Wie groß ist die Klimagefahr des Permafrosts wirklich? Könnten jahrtausendealte Viren aus den Böden eine neue Pandemie auslösen? Welche Risiken gibt es für die Umwelt und die lokale Bevölkerung? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem Ökosystemforscher Andreas Richter und dem Virologen Florian Krammer in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".

Noch vor wenigen Jahrzehnten war kein einziger Planet außerhalb des Sonnensystems bekannt, inzwischen haben Forschende schon tausende Exoplaneten entdeckt, die um ferne Sterne kreisen. Praktisch täglich kommen neue Funde dazu. Astronominnen und Astronomen gehen heute davon aus, dass es im Universum mehr Planeten als Sterne gibt. Die lange Liste der bisherigen Entdeckungen zeigt eine überraschend große Vielfalt und beinhaltet auch Planetentypen, die wir aus dem Sonnensystem gar nicht kennen: heiße Gasplaneten etwa, die ihren Stern extrem eng umkreisen, Welten, die durch die Gravitation ihres Sterns völlig verformt wurden, und sogar Planeten, die aus ihrer Bahn geschleudert wurden und ganz allein durch das Universum rasen. Eine zweite Erde wurde bisher nicht gefunden. Zwar kennt man bereits etliche interessante Planeten, die sich in der sogenannten habitablen Zone ihres Sterns befinden. So nennt man jenen Bereich, in dem flüssiges Wasser auf der Oberfläche möglich wäre – eine Grundvoraussetzung für Leben, wie wir es kennen. Allerdings gibt es noch viele andere Bedingungen, die für Lebensfreundlichkeit nach irdischen Maßstäben ausschlaggebend sind. Wie stehen die Chancen, dass wir einen Erdzwilling finden? Ließe sich nachweisen, ob dort Leben existiert? Und welche neuen Instrumente könnten die Erforschung ferner Planeten schon in naher Zukunft revolutionieren? Darüber sprechen David Rennert und Tanja Traxler mit den Exoplanetenforschern Monika Lendl und Luca Fossati in der aktuellen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".

Unsere Vorstellung von den Neandertalern hat sich in den vergangenen Jahrzehnten stark gewandelt. Die vermeintlich tumben Höhlenmenschen, so zeigen immer mehr Funde, standen dem modernen Menschen in vielerlei Hinsicht in nichts nach. Homo neanderthalensis beherrschte das Feuer, stellte Werkzeuge und Schmuck her, bestattete seine Toten und betätigte sich auch künstlerisch. Genetische Analysen zeigen inzwischen auch: Als Homo sapiens aus Afrika nach Eurasien kam und dort vor mehr als 40.000 Jahren auf Neandertaler traf, wurde es mitunter intim. Sie konkurrierten nicht nur miteinander, sondern zeugten auch gemeinsamen Nachwuchs. Das Ergebnis dieser Techtelmechtel tragen die meisten heute lebenden Menschen nach wie vor in sich. Das Erbgut von Europäerinnen und Europäern etwa besteht im Schnitt aus ein bis zwei Prozent Neandertaler-DNA. Wie beeinflussen uns diese Urmenschen-Gene heute? Wie lässt sich das Erbgut ausgestorbener Arten überhaupt untersuchen? Und was hat die genetische Forschung über die Neandertaler bisher enthüllt? Darüber sprechen Tanja Traxler und David Rennert mit der STANDARD-Wissenschaftsredakteurin Julia Sica in der aktuellen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".

Vögel galten lange als rein instinktgesteuerte Tiere, doch dieses Bild hat sich in den vergangenen Jahrzehnten gewaltig verändert. Insbesondere Rabenvögel sind in den Fokus der Forschung gerückt: Die Tiere sind nicht nur äußerst geschickt und kreativ beim Lösen von Problemen und verwenden mitunter sogar Werkzeuge. Sie verfügen auch über eine enorme soziale Intelligenz, die in vieler Hinsicht an uns Menschen erinnert: Sie sind nachtragend, können sich in andere hineinversetzen, Handlungen im Voraus planen und, wenn es um eigene Vorteile geht, ihre Artgenossen nach Strich und Faden betrügen.  Die kognitiven Leistungen von Raben und Krähen sind auch deshalb faszinierend, weil ihre Gehirne völlig anders aufgebaut sind als die von Säugetieren. Was diese Vögel so besonders macht, welche Tricks sie auf Lager haben und weshalb man sich eher nicht mit ihnen anlegen sollte, besprechen David Rennert und Tanja Traxler mit dem Rabenforscher Thomas Bugnyar in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".

Der Rekord liegt bei 122 Jahren: So alt wurde die 1997 verstorbene Französin Jeanne Calment, sie gilt als ältester dokumentierter Mensch, der je gelebt hat. Das dürfte sich aber ändern. Denn einerseits steigt die Zahl der über 100-Jährigen stetig an: Erreichten in den 1960er-Jahren weltweit rund 20.000 Menschen ein Alter jenseits der 100, waren es im Jahr 2020 schon immerhin mehr als 570.000, der Großteil davon Frauen. Zum anderen deuten einige Studien darauf hin, dass eine mögliche Höchstgrenze der menschlichen Lebensdauer noch nicht erreicht ist. In den vergangenen 150 Jahren hat sich die Lebenserwartung in etwa verdoppelt. Das ist vor allem besserer Ernährungssicherheit und medizinischen Fortschritten zu verdanken. Wie geht es weiter? Jüngste Ergebnisse der Langlebigkeitsforschung verbessern unser Wissen immer weiter, welche Faktoren ein langes und gesundes Leben begünstigen. Welche Rolle die Gene spielen, welche Wirkstoffe im Fokus der Altersforschung stehen und was wir selbst tun können, um unsere Chancen auf ein hohes Alter zu erhöhen, besprechen David Rennert und Tanja Traxler in der neuen Folge von "Rätsel der Wissenschaft".