Lebenswissenschaften unter Schwerelosigkeit

Die Wahrnehmung und Verarbeitung dieses einzig konstanten Umweltreizes ist von außerordentlicher Bedeutung für alle Organismen, und die Aufklärung dieser Vorgänge ein Schlüssel zum Verständnis des Lebens, seiner Entstehung und der Evolution. Die Untersuchung Schwerkraft-beeinflusster Vorgänge wird auf der Erde dadurch erschwert, dass sich die Schwerkraft zwar in Zentrifugen zu höheren Werten verändern lässt, Schwerelosigkeit kann jedoch auf der Erde nur für kurze Zeiten im freien Fall (etwa im Fallturm) realisiert werden. Nur Weltraumexperimente bieten die Möglichkeit, naturwissenschaftliche Phänomene unter Ausschluss der Schwerkraftwirkung, das heißt in Schwerelosigkeit, umfassend zu analysieren.

Neben der „Mikrogravitation“ (also annähernder Schwerelosigkeit) hat auch die im Weltraum herrschende Strahlung erheblichen Einfluss auf Organismen. Qualität und Quantität dieser Strahlung, insbesondere in Kombination mit der Mikrogravitation können auf der Erde nur unzureichend simuliert werden; Weltraumexperimente leisten einerseits entscheidende Beiträge zur Beantwortung von grundlegenden Fragen, eröffnen aber auch – eingebettet in entsprechende Aktivitäten auf der Erde – neue Dimensionen für die erkenntnis- und anwendungsorientierte Forschung in vielen Bereichen der Biowissenschaften, Medizin und aller angrenzenden Bereiche.

1.     Im Bereich Biologische Grundfragen geht es um fundamentale Fragen nach der Bedeutung von Schwerkraft, aber auch von Weltraumstrahlung, für lebende Systeme sowie nach der Entstehung und Ausbreitung des Lebens. Die Aufklärung des generellen Einflusses von Schwerkraft auf biologische Prozesse, der Wahrnehmung und Verarbeitung des Schwerkraftreizes (Perzeption und Signal-Transduktion) auf physiologischer, zellulärer und molekularer Ebene ist hier zentrales Thema.

2.     Im Schwerpunkt Integrative Humanphysiologie steht ein verbessertes Verständnis der Funktionen von Organen und Systemen des menschlichen Körpers, speziell ihres gesamtheitlichen Zusammenwirkens bei der Anpassung an veränderte Schwerkraft­bedingungen im Mittelpunkt des Interesses. Die langjährige erfolgreiche Forschung auf Plattformen im LEO (Low Earth Orbit, dt. niedrige Erdumlaufbahn) hat gezeigt, dass Astronauten und Astronautinnen bei ihren Weltraum­missionen mit ganz ähnlichen Problemen zu kämpfen haben, wie der alternde Mensch auf der Erde. Die Veränderungen bei den Astronautinnen und Astronauten sind glücklicherweise meist reversibel und ermöglichen die Erforschung von Krankheiten und Alterungsprozesse wie Muskelschwund, Osteoporose, Herz-Kreislauf-Probleme und Störungen des Gleichgewichtssystems gewissermaßen im Zeitraffer am gesunden Menschen. Diese Erkenntnisse kommen also nicht nur den Astronauten zu Gute, sondern auch der Erhaltung der Gesundheit und Leistungsfähigkeit des Menschen auf der Erde.

Im dritten Schwerpunktbereich Biotechnologie schließlich geht es um die Nutzung der Erkenntnisse aus der Forschung für Anwendungen, aber auch ganz konkret um die Nutzung der Weltraumbedingungen selbst zur Verbesserung biotechnologischer und biomedizinischer Prozesse und Produkte. Neben der Kristallisation organischer Makromoleküle wie Proteinen und Nucleinsäuren für die Strukturaufklärung als Grundlage für biomedizinische Anwendungen, werden das 3D-Bioprinting, der Einsatz von Organoiden und Zellkonstrukten zukünftig pharmakologische, moderne biotechnologische Nutzungsmöglichkeiten eröffnen, und Anwendungen ermöglichen, die für den Menschen auf der Erde ebenso wichtig sind wie für die Vorbereitung zukünftiger astronautischer Explorationsmissionen im Weltraum.

Die biowissenschaftliche Forschung nutzt alle verfügbaren Forschungsplattformen, Analog- und Simulationsanlagen für Forschung unter Weltraumbedingungen; dabei ist die kontinuierliche Verfügbarkeit astronautischer und automatisierter Plattformen im erdnahen Orbit und insbesondere auch die Forschung an Astronautinnen und Astronauten essenziell für exzellente Forschungsergebnisse in diesem einzigartigen Forschungsumfeld.