Die größten wissenschaftlichen Entwicklungen in 2017

Mit 2017 beginnt auch für die Forschung und Wissenschaft ein neues Jahr. Immer schneller entwickeln wir die Computertechnik weiter, sodass man manchmal verwundert daneben steht und sich fragt, ob man da noch mithalten kann. Doch ungeachtet der moralischen Bedenken und Gefühle jedes Einzelnen arbeiten Forscher in allen Teilen der Welt an der Zukunft. Was wird wohl 2017 der größte wissenschaftliche Durchbruch? Ein neuer, bisher unbekannter Planet in unserem Sonnensystem? Ein Computer, der Millionen Mal schneller rechnen kann, als alle konventionellen Computer? Ein Chip im Gehirn, um mit Machinen zu kommunizieren? Ein Durchbruch im Kampf gegen Alzheimer? Eine Gen-Therapie gegen das Altern? Wir werfen einen Blick auf die spannendsten Wissenschafttrends des Jahres.

Gravitationswellen-Astronomie

Um in die Zukunft blicken zu können, macht es Sinn, kurz zurück zu schauen. Die wohl gravierendste Entdeckung im vergangenen Jahr war die Entdeckung der Gravitationswellen. 1916 sagte Albert Einstein, dass Körper mit einer großen Masse Raum und Zeit verzerren. Wenn also zwei dieser Körper beschleunigt werden und aufeinander prallen, dann kann dieser Zusammenstoß die Raumzeit in Schwingungen versetzen: Gravitationswellen entstehen.

Einhundert Jahre nach Einsteins Theorie bestätigten die Wissenschaftler von „Ligo“, eines amerikanischen Observatoriums zur Beobachtung von Gravitationswellen, dieses Phänomen. Sie hatten dazu zwei umeinander kreisende schwarze Löcher in 1,3 Milliarden Lichtjahren Entfernung beobachtet. Die neu entstandene Gravitationswellen-Astronomie wird auch in 2017 noch viel von sich hören lassen.

Die Entdeckung von „Planet 9“

Wir glauben, alle Planeten unseres Sonnensystems zu kennen. Seitdem Pluto im Jahr 2006 vom Planeten zum Zwergplaneten degradiert wurde, gehören unserem Sonnensystem offiziell nur noch acht Planeten an. Doch im letzten Jahr sorgten zwei US-Forscher für Aufsehen, die den theoretischen Nachweis dafür lieferten, dass es einen neunten Planeten geben muss. Bisher existiert „Planet 9“ nur auf dem Papier, denn niemand hat ihn je zu Gesicht bekommen.

Das könnte daran liegen, dass sich der vermutete „Planet 9“ auf einer extrem elliptischen Umlaufbahn befindet. Der Theorie nach braucht er zwischen 10.000 und 20.000 Jahre für eine Sonnenumrundung. Aufgrund seiner messbaren Auswirkungen auf andere Gesteinskörper und Planeten gehen die Forscher davon aus, dass es sich um einen riesigen Gasplaneten von der Größe Neptuns handelt. Seit dem letzten Jahr sind Astronomen auf aller Welt fieberhaft auf der Suche nach „Planet 9“. Im Jahr 2017 könnte ihnen die Sichtung gelingen.

Quantencomputing

Quantencomputer funktionieren im Gegensatz zu konventionellen Computern nicht nach den Gesetzen der klassischen Physik und Informatik, sondern nach Gesetzen der Quantenmechanik. Schon 2015 ist Google zusammen mit der NASA in das Unternehmen D-Wave Systems eingestiegen. D-Wave Systems hat eigenen Angaben zufolge einen Quantencomputer entwickelt, der spezielle Optimierungsprobleme bis zu 100 Millionen Mal schneller lösen als konventionelle Computer auf Siliziumbasis.

Die Technologie des Quantencomputing hat mit der jüngsten Entdeckung und Beobachtung der sogenannten „Majorana-Fermione“ einen großen Schritt nach vorne gemacht. Die gegenwärtigen Träger von Quantum-Bits sind durch magnetische Interferenzen anfällig für Störungen und Zerstörungen gewesen. Die Majorana-Fermione bieten einen besseren Schutz davor und könnten den Bau eines nutzbaren Quantencomputers vorantreiben. 

2017 könnte der große Durchbruch des Quantencomputing stattfinden, denn dann soll der erste Quantenchip von Google auf den Markt kommen. Der Suchmaschinen-Gigant arbeitet unter der Leitung des Physikers John Martinis am ersten universell nutzbaren Quantencomputer. Der ambitionierte Plan: Ende des Jahres soll der „Heilige Gral der Computerwissenschaften“ fertig sein. Dadurch will Google die Vormachtstellung in diesem Bereich einnehmen und den Markt auf Jahrzehnte hinweg dominieren.

Künstliche Intelligenz und Machine Learning

Bereits im Jahr 2016 hat Google’s Künstliche Intelligenz „AlphaGo“ den Weltmeister Lee Sodol im Go geschlagen. Das 2.500 Jahre alte asiatische Brettspiel galt aufgrund seiner Komplexität lange Zeit als letzte Bastion der Menschen im Wettstreit mit den Maschinen. Pure Rechenkraft allein hilft hier nicht weiter, es geht vielmehr um Mustererkennung und Intuition, worin Menschen bisher noch deutlich besser waren als alle Algorithmen.

Doch mit dem Sieg von „AlphaGo“ ist auch diese Bastion gefallen – und zwar zehn Jahre früher als erwartet. Auch im Jahr 2017 rechnen viele mit weiteren Meilensteinen im Bereich Künstliche Intelligenz (KI) und Machine Learning. Der größte Hedgefund der Welt, Bridgewater Associates, arbeitet etwa daran, Manager durch eine KI zu ersetzen, wie der Guardian berichtet. Die KI soll Investment-Entscheidungen treffen, ohne dabei durch emotionale Kriterien beeinflusst zu werden.

Die nächste Hürde für die KI-Forschung ist die Entschlüsselung der menschliche Sprache. Auch wenn wir weit davon entfernt sind, tiefgreifende Gespräche mit unseren Smartphones zu führen, so könnte es 2017 doch weitere Durchbrüche bei der Spracherkennung geben. Die großen Tech-Konzerne Google, Microsoft, Amazon, Facebook und Apple liefern sich hier ein Wettrennen. Sie wollen schlaue Messenger-Dienste und virtuelle Assistenten entwickeln, die Fragen beantworten und kleine Organisationsaufgaben wie Terminbuchungen übernehmen können.

Neuroprothesen

Big Data, KI und Machine Learning sind Fluch und Segen zugleich. Denn sie bringen nicht nur ungeahnte technologische Möglichkeiten, sondern bedrohen auch Millionen von Jobs. Laut dem Forbes-Magazine könnten in den nächsten Jahrzehnten etwa 35 bis 50 Prozent aller Jobs wegfallen. Damit Menschen überhaupt noch mit Maschinen mithalten können, müssen sie sich mit ihnen verbinden, meint Zoltan Istvan. Der Technologie-Enthusiast trat 2016 für die transhumanistische Partei im US-Wahlkampf an.

Istvan sieht die Zukunft in Neuroprothesen - Implantate im Gehirn, mit deren Hilfe Menschen direkt mit Maschinen in Kontakt treten können. Mit Neuroprothesen könnte es für Menschen schon bald möglich sein, die Vorteile von Künstlicher Intelligenz in Echtzeit zu nutzen, um die eigenen kognitiven Fähigkeiten zu verbessern. Es wäre zugleich die von Raymond Kurweil prophezeite Technologische Singularität – der Augenblick, in dem Menschen mit Maschinen verschmelzen.

Ferne Zukunftsmusik? Mitnichten! Schon im letzten Jahr haben reiche Amerikaner versucht, einen Arzt zu finden, der sie zu diesem Zweck operiert – bisher jedoch vergebens. Zoltan Istvan kennt die anonymen freiwilligen Testpersonen persönlich und sagte dem britischen Mirror: „Sie [die Testpersonen, Anm. d. Red.] arbeiten im KI-Bereich und es wäre das erste Mal, dass jemand ein Implantat nutzt, um sich über Gehirnwellen direkt mit einer rudimentären Künstlichen Intelligenz zu verbinden.“ Seit drei Jahren planen die sie ihre Operation, doch bisher haben sie noch keinen Arzt gefunden, der bereit wäre, diese extrem risikoreiche und experimentelle Operation durchzuführen. Doch 2017 könnte sich das ändern.

Genetik gegen das Altern

In Japan ist es Forschern gelungen, aus Stammzellen von Ratten fruchtbare Eizellen zu machen. Damit könnte in Zukunft unfruchtbaren Frauen und Männern der Wunsch nach eigenem Nachwuchs ermöglicht werden. Bis dahin wird es aber noch etwas dauern. An Mäusen testete man außerdem einen Wirkstoff, der so genannte „Rentnerzellen“ – also Zellen, die sich nicht mehr teilen und erneuern – zerstörte.

Dadurch lebten die Mäuse 20 Prozent länger als ihre unbehandelten Artgenossen. Das kontrollierte Zerstören dieser Zellen bewirkt, dass sie keine schädigenden Enzyme mehr in den Organismus abgeben können. 2017 soll die Versuchsreihe weitergeführt werden. Außerdem wird 2017 voraussichtlich ein wichtiger Patentstreit in der Genetik beigelegt. Es geht dabei um die Gen-Schere Crispr/Cas9, mit der es möglich ist, das Genom von Menschen, Tieren und Pflanzen gezielt zu verändern.

Wenn der Streit zwischen der University of California auf der einen und dem Broad Institute und der Harvard University auf der anderen Seite entschieden ist, werden sich für die Genetik ungeahnte Möglichkeiten eröffnen. Es könnte dann schon bald möglich sein, defekte und krankmachende Gene gezielt auszuschalten oder gegen intakte Gene auszutauschen. Dem Sieger des Patentstreits winken daher Milliarden an zukünftigen Lizenzgebühren.

Therapie für Alzheimer

Im Kampf gegen Alzheimer könnte es 2017 einen lang ersehnten Durchbruch geben. Die Tiefen-Hirn-Stimulation (THS) wird bereits erfolgreich bei Patienten mit der Parkinson und Epilepsie eingesetzt. Dabei wird bei einer Operation ein Elektrodendraht ins Gehirn eingesetzt, der einen schwachen Stromimpuls aussendet und so die für die Krankheit verantwortlichen Neuronen ausschaltet.

In Deutschland haben bereits rund 6.000 Patienten einen solchen Hirnschrittmacher, jedes Jahr kommen etwa 500 neue hinzu. Der Schrittmacher führt zu einer erheblichen Steigerung der Lebensqualität. So bekommen etwa Parkinson-Patienten ihren Tremor fast vollständig unter Kontrolle und Epilepsie-Patienten erleiden deutlich seltener Krampfanfälle. Die Methode könnte nun auch bei degenerativen Erkrankungen wie Alzheimer angewendet werden. In Deutschland sind etwa 1,2 Millionen Menschen von Alzheimer betroffen.

Dr. Andres Lozano, Neurochirurg an der Universtät von Toronto, ist einer der Vorreiter der THS-Forschung. Er hat bereits herausgefunden, dass THS den Gedächtnisverfall bei Alzheimer nicht nur verlangsamen kann, sondern sogar das Potenzial hat, verlorene Gedächtnisleistung wiederherzustellen. Derzeit wird das Verfahren in klinischen Studien erprobt und das Forscherteam um Lozano erhofft sich im Jahr 2017 weitere Fortschritte.

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