Erwin-Schrödinger-Preis: Forschung zwischen den Disziplinen

Der Erwin-Schrödinger-Preis, den der Stifterverband auf Vorschlag der Helmholtz-Gemeinschaft vergibt, zeichnet wissenschaftliche oder technisch innovative Leistungen aus, die in Grenzgebieten zwischen verschiedenen Fächern der Medizin, Natur- und Ingenieurwissenschaften erzielt worden sind.


Vertreter von mindestens zweier Fachrichtungen müssen an den Arbeiten mitgewirkt haben. Der Namensgeber des Preises, Erwin Schrödinger (1887 bis 1961) war Physik-Nobelpreisträger, hat aber gleichzeitig die Entwicklung der Biologie nachhaltig beeinflusst.

Der Preis wird jährlich im Rahmen der Helmholtz-Jahrestagung übergeben und abwechselnd vom Stifterverband und der Helmholtz-Gemeinschaft mit 50.000 Euro dotiert.


2013: Viehhaltung in Steppen- und Präriegebieten reduziert die Emission von Treibhausgas

  • Forscherteam um Klaus Butterbach-Bahl vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT)


Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass großflächige Beweidung zur stetig wachsenden Lachgaskonzentration in der Atmosphäre und damit zur globalen Erderwärmung beiträgt. Doch im Gegenteil: Dass Viehhaltung in Steppen- und Präriegebieten die Emission des Treibhausgases verringert, konnte ein fünfköpfiges Forscherteam um Klaus Butterbach-Bahl in einer Langzeitstudie nachweisen.

Nach Kohlenstoffdioxid und Methan gehört Lachgas zu den wichtigsten Gasen, die zum Treibhauseffekt und Klimawandel beitragen. Rund 60 Prozent der vom Menschen verursachten Lachgas-Emissionen entstehen durch Landwirtschaft, etwa wenn Mikroben im Boden stickstoffhaltige Exkremente weidender Schafe oder Rinder abbauen. Deshalb nahmen Forscher weltweit bisher an, dass auch die Viehhaltung in großflächigen Steppen- und Präriegebieten die Entstehung von Lachgas antreibt. Dass das gar nicht stimmt, konnte das internationale Forscherteam durch Untersuchungen in der Inneren Mongolei, China zeigen. "Tatsächlich emittieren nicht zur Viehhaltung genutzte Flächen übers Jahr verteilt größere Mengen an Lachgas als beweidete Steppenflächen", sagt Projektleiter Butterbach-Bahl. Neben ihm waren Xunhua Zheng von der Chinese Academy of Sciences, Nicolas Brüggemann vom Forschungszentrum Jülich, Michael Dannenmann vom KIT und Benjamin Wolf von der Schweizer Forschungsinstitution EMPA an den Untersuchungen beteiligt.

Da die Messungen von Lachgas-Emissionen technisch sehr aufwendig sind, wurden bisher die Daten meist nur über einen kurzen Zeitraum und im Frühjahr erfasst. Im Gegensatz dazu sammelte die Forschergruppe um den Karlsruher Wissenschaftler ein ganzes Jahr lang Daten über die Entstehung von Lachgas im Boden. "Bisherige Kurzzeituntersuchungen übersehen, dass die Abgabe bedeutender Lachgasmengen aus Steppenböden an die Atmosphäre ein natürlicher Prozess ist und ein Großteil der natürlichen Emission auf die Tauperiode im Frühjahr zurück geht", erklärt Butterbach-Bahl. Durch Viehhaltung wird genau diese Emission deutlich gesenkt: Die Tiere weiden die Flächen ab und verringern so die Grashöhe. Dadurch kann der Schnee leichter vom Wind weggetragen werden und die dünnere Schneedecke bewirkt, dass die beweideten Böden im langen und kalten Winter schlechter isoliert und daher bis zu zehn Grad Celsius kälter sind.

Außerdem entsteht während der Tauperiode im März weniger Schmelzwasser und daher sind die Böden trockener. Kälte und Trockenheit hemmen die mikrobiellen Aktivitäten: Es entsteht weniger Lachgas. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass bisherige Berechnungen die Lachgasemission aus solchen Gebieten um rund 72 Prozent überschätzen. "Dennoch ist noch viel Forschungsarbeit notwendig, um die Quelle für die stetig wachsende Konzentration an Lachgas in der Atmosphäre zu verstehen", sagt Butterbach-Bahl. Eine vermehrte Viehwirtschaft ist nicht die Lösung des Problems, denn diese setzt in großen Mengen Methan frei. Dagegen könnte herbstliches Heumachen die Gras- und dadurch auch die Schneehöhe verringern und den Lachgas-Ausstoß in der Tauperiode eindämmen.



2012: Entwicklung eines gedankengesteuerten Roboter-Arms

  • Prof. Dr. Patrick van der Smagt vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
  • Prof. Dr. John P. Donoghue von der Brown University, USA

Das von van der Smagt und Donoghue entwickelte Assistenz-System ist weltweit einzigartig: Querschnittsgelähmte Patienten können allein durch ihre Gedanken einen Greifarm steuern. Dafür haben die Forscher eine lernende Software entwickelt, die Signale aus dem Gehirn des Patienten in Steuerungssignale für den Greifarm übersetzt. 2011 gelang es einer Patientin, die seit 15 Jahren vom Hals abwärts gelähmt ist, mit der neuen Armprothese einen Strohhalm zum Mund zu führen. So konnte die Patientin erstmals seit ihrem Schlaganfall wieder selbstständig trinken.

Zur Steuerung des Greifarms musste sie kein aufwendiges Training absolvieren, sondern sich nur vorstellen, ihren eigenen Arm entsprechend zu bewegen. Diese Vorstellung erzeugte Signale im motorischen Kortex, dem Bereich des Gehirns, der für die Steuerung der Bewegung zuständig ist. Ein kleines, mit der Brown University entwickeltes Implantat im Schädel der Patientin leitete diese Signale weiter. Ein Lernalgorithmus, den die Wissenschaftler ständig weiter optimierten, verarbeitete die Signale dann zu den gewünschten Steuerungsbefehlen.

Dass es möglich ist, einen Cursor auf einem Bildschirm über "Gedanken" zu steuern, hatten Neurowissenschaftler bereits zuvor gezeigt. Patrick van der Smagt hat diese grundsätzliche Möglichkeit nun auf die deutlich komplexere, dreidimensionale Steuerung einer Greifhand übertragen. (Foto: DLR)



2011: Molekulares Echtzeit-Bildgebungsverfahren für Tumorzellen

  • Prof. Vasilis Ntziachristos, Institut für biologische und medizinische Bild-
    gebung am Helmholtz Zentrum München
  • Prof. Gooitzen Michell van Dam, University Medical Center Groningen


Operationen und endoskopische Eingriffe werden bis heute größtenteils vom menschlichen Auge geleitet. Die Sicht in den Körper ist dabei sehr begrenzt, denn selbst mit modernen Techniken kann der Chirurg nur in obere Gewebeschichten schauen. Sehr kleine, verborgene Tumore bleiben praktisch unsichtbar. Dies begrenzte bislang die Eingriffsmöglichkeiten und führte auch zu einer gewissen Fehlerquote, wie Studien zeigen.

Die neue Technik basiert auf einer Echtzeitkamera, die Fluoreszenz im Gewebe erfassen kann. Dadurch lassen sich winzige Tumore im Innern des Körpers aufspüren, ohne dabei umliegendes Gewebe zu verletzen.

Die grundsätzlichen neuen Erkenntnisse der gemeinsamen Forschungsarbeit liegen in der klinischen Anwendung. Die Diagnostik kleiner Tumorherde während eines chirurgischen Eingriffs war bislang ohne diese Technik sehr schwer bis gar nicht möglich. Nun können die Chirurgen schon während der Operation die Ergebnisse auswerten.