v1.0 Diese Untertitel sind live produziert. Moin, Thomas. Moin, Harald. Ich werde noch verrückt mit den Dingern. Was hast du denn? Diese scheiß Schuhe. Dauern gehen mir die Senkel auf. Setz dich mal hin. Und dann kaufst du dir schöne, neue Schuhe mit Klettverschluss. Oha. Dann hast du das Problem nicht mehr. Und wie läufst du wieder rum? Was? Ah, gewusst wie. Unsere Erde hat viele verschiedene Gesichter. Und so extrem die Bedingungen auch sein mögen: Das Leben hat immer einen Weg gefunden, sich neuen Herausforderungen zu stellen und sich anzupassen. In Jahrmilliarden Evolution entwickelten sich so geniale Überlebenstricks. Ein wahrer Schatz an immer neuen Ideen, Bauplänen und Strategien. Und der Mensch? Seit Jahrtausenden versucht er, über seine natürlichen Grenzen hinaus zu wachsen. Mit Hilfe von Technik sollen alle großen Probleme der Menschheit gelöst werden. Dabei scheint er sich aber immer weiter von der Natur zu entfernen. Lassen sich so die Herausforderungen unserer Zeit wirklich überwinden? Oder sollten wir nicht besser zurück zur Natur, dem viel erfahreneren Baumeister? Der große Philosoph Aristoteles bezeichnet die Natur als das, was sich von selbst macht. Und wir Menschen sind ja auch das Ergebnis eines seit Jahrmilliarden laufenden Auswahl und Angebotsprozesses, den wir mit dem einfachen Wort Evolution bezeichnen. Aber uns unterscheidet etwas von anderen Lebewesen, nämlich vor allem die Fähigkeit, aktiv kreativ handeln zu können und damit die Welt aktiv zu verändern. Nicht unsere körperliche Überlegenheit hat uns erfolgreich gemacht, sondern unsere geistigen Fähigkeiten, unsere Anpassungsfähigkeiten, unsere Problemlösungsverfahren für die großen Herausforderungen haben uns zur erfolgreichsten, aktuell erfolgreichsten Spezies auf dem Planeten gemacht. Wir haben in wenigen tausend Jahren eine Sphäre von Techniken, Dingen und Prozessen entwickelt, die die Natur von alleine nie geschafft hätte. Sind also nicht doch wir der kreativere und bessere Baumeister? Wir sind bereits umgeben von Technik, die von der Natur inspiriert wurde. Sie hat schon die frühen Genies der Ingenieurskunst beflügelt. Schaut man genau hin, ob bei der Erforschung der Meere oder eben bei der Eroberung der Lüfte, die Blaupausen dazu lieferte die Natur. Die Lichtbrechung von Wassertropfen beispielsweise inspirierte zum Bau von Linsen und Mikroskop. Die Evolution perfektioniert die Anpassung an die Umwelt. Der Mensch hingegen passt die Welt seinen Bedürfnissen an. Das muss kein Gegensatz sein. Aber in der Vergangenheit war dieses Prinzip doch sehr einseitig. Von unseren Veränderungen haben wir profitiert, aber gleichzeitig die Natur an die Grenzen ihrer Widerstandsfähigkeit gebracht. Forschende wollen nun diesen Teufelskreis durchbrechen. Der Blick in die Natur soll Lösungen finden, die beiden nutzen, Mensch und Natur. Nur wie kann das gelingen? Wir nutzen die Natur, indem wir uns aus ihrem Versuchslabor bedienen. Genauer, wir nutzen die Natur aus. Dadurch verändern wir sie und stören damit längst erprobte und bewährte natürliche Abläufe. In der Tat könnte uns ein neuer Blick auf von der Natur erfolgreich getestet Mechanismen eine ganz neue Perspektive auf die Natur als Vorbild für effiziente, effektive und nachhaltige Formen und Verfahren werfen lassen. Zum Beispiel beim Fliegen. Es ist völlig unnatürlich, dass wir fliegen. Und unsere Flugzeuge sind auch groß, schwer und sie fliegen hoch, über 10.000 Meter. Und dafür brauchen wir fossile Ressourcen als Treibstoff: Kerosin. Und schädigen damit die Atmosphäre. Wie wäre es, wenn es uns mit Hilfe der Natur gelänge, unsere Fluggeräte effizienter und effektiver zu machen und damit weniger Kerosin zu verbrauchen? Na ja, toll wäre das natürlich. Aber wer kann uns da in der Natur helfen? Der Wal. Ja, der Wal. Das Gefühl der Freiheit über den Wolken hat einen bitteren Beigeschmack: das schlechte Gewissen. Fliegen ist die klimaschädlichste Form zu reisen. Jeder Passagier bläst bei einer Flugreise rund fünfmal mehr Kohlendioxid in die Atmosphäre als bei gleicher Streckenlänge mit Bus oder Bahn. Das muss sich ändern. Seit mehr als hundert Jahren hat sich an der Grundkonstruktion eines Flugzeugflügels nur wenig verändert. Er ist einem Vogelflügel nachempfunden. Aber im Gegensatz zum Vogel ist das Flugzeug ein Energiefresser. Dank weitere Anpassungen, wie beispielsweise einem leichten Knochenbau, ist das Fliegen für Vögel äußerst effizient. Beim Flugzeug hingegen bleibt da noch viel Luft nach oben. Vorderstes Ziel: Der Treibstoffverbrauch muss reduziert werden. Flugzeuge müssen effizienter fliegen. Professor Frank Fish ist Meeresbiologe. Ihn interessiert, warum sich Buckelwale so leicht und elegant um ihre eigene Achse drehen können, obwohl sie doch so groß und schwer sind wie ein kleines Flugzeug. In seinem Fokus stehen die wellenförmigen Auswüchse an ihren Seitenflossen, die sogenannten Tuberkel. Im Computer und auch als Eins-zu-eins-Modell baut er den fast zwei Meter langen Flipper eines Buckelwals nach. Fish macht erste Untersuchungen im Labor. Strömungstests zeigen: Im Wasser nehmen die Tuberkel Einfluss auf die Strömungsdynamik. Fishs Idee: Wenn etwas die Wendigkeit im Wasser verbessert, könnte es nicht auch in der Luft die Effizienz des Fliegens steigern? Phil Watts ist Luftfahrtingenieur und spezialisiert darauf, Luftströmungen an Objekten im Computer zu simulieren. Er überträgt die Buckelwaltuberkel auf einen Flugzeugflügel. Der Effekt: Streicht die Luft über den Flügel, so kanalisieren die Tuberkel die Luft zu Einzelströmen. Diese bleiben näher am Flügel und erhöhen so den Auftrieb. Das Team entwickelt Prototypen und testet sie. Das Ergebnis: Die Tuberkel bringen eine Energieersparnis von 20 Prozent. Und noch dazu Vorteile, wie weniger Lärm, erhöhte Stabilität und eine längere Lebensdauer bei gleicher Leistung. Die Forscher erproben die Tuberkel auch an kleinen Ventilatoren für Computer, Zimmerventilatoren und nachrüstbaren Rotoren für Turbinen und Windparks. Bei solch einem Flugzeug könnten auch Katastrophen verhindert werden. Denn die Tuberkel an den Flippern, so Fishs Theorie, erhöhen den Auftrieb des Wals im Wasser derart, dass die Strömung selbst dann nicht abreißt, wenn der Wal seine Flipper extrem schräg stellt. Überträgt man Fishs Theorie auf ein Flugzeug, könnten die Tuberkel zu Lebensrettern werden. Denn ein Abriss der Strömung an den Flügeln, klassisch für kritische Momente wie Start und Landung, führen zum Absturz. Tuberkel an den Flügeln würden demnach durch stärkeren Auftrieb den Aktionsbereich deutlich erweitern und könnten so Katastrophen verhindern. Fazit: Die Tuberkel-Technologie verspricht, die Effizienz von Flugzeugen erheblich zu steigern und Fliegen sicherer zu machen. Ein enormer Fortschritt dank einer originellen Idee und eines genauen Blicks in die Natur. Das Angebot der Natur annehmen und in Technik verwandeln. Dazu braucht es ein grundlegendes wissenschaftliches Verständnis für die Ursachen der natürlichen Prozesse. Hier, das Know-how der Strömungsmechanik. Und genau bei den Wissenschaften von der Natur, da treffen sich Mensch und Natur. Und eigentlich könnten wir Hand in Hand gehen. Aber es gelingt nicht immer, denn wir Menschen tun viele Dinge oft im Alleingang. Und das oft zu Lasten der Umwelt und der Natur. Erinnern Sie sich zum Beispiel noch an die ersten Nylons? Diese hauchdünnen, feinen Strümpfe? Das war damals eine Revolution der Kunststoffe, leider ohne Evolution. Heute leben wir in einer Welt voller Kunststoffe und Plastik. Und leider tritt das Zeug auch dort auf, wo es überhaupt nichts zu suchen hat. Unsere Ozeane sind bereits damit verseucht: Kleinste Teilchen, die mit bloßem Auge nicht zu sehen sind. Mikroplastik, das sich über Jahrhunderte nicht auflöst. Sechs Millionen Tonnen kommen weltweit jedes Jahr hinzu. Und es wird immer mehr. 2050, so schätzen einige Forschende, könnte es im Meer mehr Plastik als Fische geben. Selbst im Eis der Arktis lässt sich das Mikroplastik nachweisen. Normalerweise Regionen, in denen gar keine Menschen leben. Es ist überall: In der Luft, im Boden und auch in unseren Flüssen. Denn Kläranlagen können diese kleinsten Partikel nicht aus dem Abwasser filtern. Hier verbirgt sich einer der größten Verursacher: 35 Prozent des Mikroplastiks im Meer stammen aus dem Haushalt, vor allem der Waschmaschine. Beim Waschen verliert Kleidung aus Kunstfasern kleinste Partikel. Sie gelangen so ins Abwasser. Kunstfaserkleidung wird aus fossilen Kohlenwasserstoffen hergestellt, die nicht biologisch abbaubar sind. Die Suche nach einer Alternative für den Kunststoff hat begonnen. Es müsste eine ganz besondere Faser sein: Dünn, reißfest, hautfreundlich und biologisch abbaubar. Hier wurden die Forschenden fündig: Die Spinnenseide des Spinnennetzes. Es ist das mechanisch belastbarste Material, dass man kennt und in der Lage, selbst große Insekten im Flug sozusagen von hundert auf null komplett abzubremsen. Übertragen auf den Maßstab eines 80 Tonnen schweren Flugzeugs, müsste, um es bei der Landung abzubremsen, ein entsprechendes Seil aus Spinnenseide gerade mal fingerdick sein. Aber Spinnen zu züchten und ihre Seide auf natürliche Weise zu gewinnen, funktioniert nicht. In einer Farm würden sie aufeinander losgehen oder sich sogar gegenseitig auffressen. Doch wie lässt sich der Faden ohne Spinne herstellen? Viele Forschende haben sich daran bereits die Zähne ausgebissen. Auch der Biochemiker Thomas Scheibel will Spinnenseide ganz nach dem Vorbild der Natur produzieren. Mit Hilfe von Gentechnik und Biotechnologie. Die Idee: Aus dem Erbgut der Spinne wird das Stück DNA kopiert, das für die Bildung von Spinnenseide verantwortlich ist. Danach setzt man es in das Erbgut von Bakterien ein. Sie produzieren nun das Protein der Spinnenseide und geben es nach außen ins Medium ab. Viele Jahre Forschungsarbeit sind nötig, um diese Methode zu perfektionieren. Doch der Erfolg entschädigt für die Mühen. Die manipulierten Bakterien produzieren das Spinnenseidenprotein. Um den Stoff in größeren Mengen herstellen zu können, müssen optimale Bedingungen für die Bakterien im Bioreaktor bereitgestellt werden. Auch dafür findet das Forschungsteam eine praktikable Lösung. Aber es gibt noch weitere Hürden. Wie wird aus einem Protein ein Faden? Zehn Jahre braucht das Team, die chemischen und mechanischen Vorgänge, die im Spinnenkörper ablaufen, zu verstehen, zu kopieren und in einen industriellen Maßstab zu übersetzen. In einer speziellen Lösung kristallisieren die Proteine zum ersten künstlich hergestellten Spinnenfaden. Kaum vom Original zu unterscheiden. Aber sogar noch elastischer und stabiler, weil die Gene der Spinne weiter angepasst wurden. Entsprechend der Name: BioSteel. "Bio-Stahl". Und das ist der erste Sportschuh, der aus der künstlichen Spinnenseide hergestellt wurde. Bislang nur ein Demo-Objekt. Je nach Bedarf ließe sich der Faden industriell weiterverarbeiten, um maßgeschneiderte Produkte herzustellen. So könnten viele Gewebe aus Kunstfaser ersetzt werden. Sogar schusssichere Westen sollen mit Hilfe der Spinnenfäden noch sicherer werden. Bei der künstlichen Spinnenseide gibt es keinen Plastikabrieb mehr, der unsere Umwelt belasten könnte. Für kommende Generationen könnte sie deshalb eine größere Rolle spielen. Damit der neue Werkstoff sich durchsetzen kann, muss er sich auch für die Hersteller lohnen. Noch ist er ein bisschen zu teuer, aber für ein paar Euro mehr könnten wir als Kunden dafür sorgen, dass das ökologisch Sinnvolle passiert. Ökologisch sinnvoll, das heißt nicht nur Materialien zu benutzen, die biologisch abbaubar sind oder Flugzeuge effizienter zu machen, sondern auch dafür zu sorgen, dass keine Giftstoffe in die Umwelt entlassen werden. 90 Prozent des Welthandels gehen über die Seewege. Dazu kommt die Sportschifffahrt, also Segelboote und Motorboote. Und beim Durchstreifen der Schiffe durchs Wasser lösen sich Giftstoffe, die Biozide. Die sorgen dafür, dass es kein Biofouling gibt. Biofouling, schon mal davon gehört? Das Problem beginnt direkt unter der Wasseroberfläche. Biofouling nennt man die Besiedlung von Schiffsrümpfen durch Algen, Seepocken und Muscheln. Sie wachsen an allen Oberflächen, die Unterwasser sind. Ob Schiff, Ölplattform oder das Fundament einer Windturbine. Der Bewuchs nimmt Tag für Tag zu. Die Schiffe gleiten dadurch schlechter durchs Wasser. Das verbraucht zusätzlichen Treibstoff im Wert von jährlich zehn bis 20 Milliarden Euro weltweit. Um Biofouling zu verhindern, werden spezielle Lacke auf den Schiffsrumpf aufgetragen. Eine Biozid-haltige Beschichtung, die sich mit der Zeit auflöst und das Gift ins Wasser entlässt. Laut Umweltbundesamt gelangen so während eines Jahres in Deutschland etwa 370 Tonnen giftiges Kupfer von Binnenschiffen in Flüsse, Kanäle und Seen. Das Problem ist nicht auf Binnengewässer beschränkt. Die Gifte verteilen sich auch im gesamten Ökosystem Meer. Das Fatale: Für Fische und Krebse ist das Kupfer etwa hundert Mal giftiger als für uns Menschen. Der Erfinder Rik Breur hat eine Vision. Er will beides: Die Umwelt schützen und Treibstoff sparen. Die entscheidende Inspiration bekam der Niederländer bei einem Tauchgang. Er beobachtete, dass sich auf Muscheln und Krabben, ähnlich wie bei den Schiffen, andere Meeresorganismen ansiedeln. Nicht aber auf Seeigeln. Ihre Stacheln scheinen Algen und Seepocken abzuwehren. Die Tiere sind frei von natürlichem Bewuchs. Breur versucht, ein Material zu entwickeln, das die stachlige Oberfläche der Seeigel nachahmt. Als Stacheln sollen Nylonfasern dienen. Wie kleine Nadeln will er sie auf eine Trägerfläche stecken. Ein schwieriges Unterfangen. Zunächst produziert das Team eine dünne Schicht aus Klebstoff, absolut frei von umweltschädlichen Chemikalien. In ihr sollen die Fasern verankert werden. Dann folgt das sogenannte elektrostatische Flocking. An den Behälter mit den Fasern sowie an das Trägermaterial wird eine elektrische Spannung angelegt. Die Fasern werden dadurch zur Trägerfolie geschleudert und senkrecht in den Klebefilm gespießt. Sobald der Kleber ausgehärtet ist, ist der Anti-Fouling-Teppich fertig. Doch hält die Faser rauer See und 30 Knoten Geschwindigkeit stand? Tausendmal schrubbt die Klingel über das Material, um die Belastbarkeit zu prüfen. Es darf sich keine einzige Faser von dem Teppich lösen, sonst würde es als Mikroplastik das Meer verschmutzen. Weitere Tests zeigen: Die Faserbeschichtung verhindert erfolgreich das Biofouling. Und das ganz ohne Giftstoffe. Die selbstklebende Folie, die den Teppich am Bootsrumpf fixiert, hält fünf Jahre und damit länger als jeder giftige Anti-Fouling-Lack. Heute klebt die Faserbeschichtung bereits an Schiffen, ohne negative Einflüsse auf deren Manövrierbarkeit oder Geschwindigkeit. Das Prinzip Seeigel, ein Erfolg. Wir sind das Tier, das Probleme löst. Nichts unterscheidet uns so sehr von anderen Lebewesen wie diese Fähigkeit. Wir haben neue Ideen, wie etwas anders sein könnte. Und neue Probleme treiben uns zu neuen Lösungen. Dieser Faser-Teppich, der löst das Biofouling-Problem mit einer Kunststoffmatte. Besser wäre natürlich eine biologisch abbaubare Beschichtung. Aber bis dahin bleibt es bei Nylon, dass sich hoffentlich nie ablöst. Und so kommen immer wieder neue Innovationen. Damit aber eine neue Generation nicht sozusagen immer wieder von vorne anfangen muss, haben wir der biologischen Evolution die kulturelle Entwicklung draufgesetzt und dabei die wichtige Technik der Schrift erfunden. Und damit können wir Wissen speichern. Wir sind hier in der Anna Amalia Bibliothek in Weimar. Am 2. September 2004 verbrannten hier 50.000 unschätzbar wertvolle Bücher und fast 120.000 wurden schwer beschädigt. Eine solche Katastrophe fragt nach einem alternativen Wissensspeicher. Das Wissen der Welt darf nicht verloren gehen. Doch wie lässt es sich am besten für kommende Generationen speichern? In Büchern? Oder ist es besser, die Schriften in digitale Codes zu übersetzen, auf Festplatten oder anderen elektronischen Medien? Vor Tausenden Jahren meißelte man die Informationen noch in Stein. Sie haben bis heute überdauert. Aber praktikabel ist diese Form von Wissenssicherung natürlich nicht. Bücher hingegen halten bei guter Pflege um die 1000 Jahre. Doch Feuer, Schädlinge, Feuchtigkeit, können Papier und Schrift leicht zerstören. Festplatten, CDs und Flashdrives speichern Informationen in immer größeren Mengen. Aber schon nach zehn Jahren geben sie manchmal ihre Daten nicht mehr preis. Das Fazit: Es gibt momentan keine Technik, das Wissen der Welt zuverlässig, platzsparend und für die Ewigkeit zu konservieren. Die beiden Chemiker Wendelin Stark und Robert Grass wollen dieses Problem nun lösen. Denn einen Speicher, der all die gewünschten Eigenschaften hat, gibt es bereits. Der Datenspeicher der Zukunft existiert nämlich seit Jahrmilliarden. Mit dem ältesten Code der Welt. Es ist der Speicher der Erbinformation, die DNA. ACTG, so lauten abgekürzt die vier Bausteine der DNA. Die Idee der Chemiker: Sie wollen Computertechnik mit Biologie verbinden. Wenn man Informationen digital speichert, verwendet man dazu Einsen und Nullen. Stark und Grass, übersetzen den digitalen Code, die Einsen und Nullen, nun in die vier Buchstaben des Lebens: ACTG, die Basenpaare des Genoms. Und so soll der Inhalt eines Buches für die Ewigkeit gespeichert werden. Jedes Zeichen einer Schrift wird zuerst in einen digitalen Code übersetzt. Und der anschließend in einen DNA-Code. So ließe sich ein ganzes Buch in einem DNA-Strang konservieren. Dieses DNA Buch zu bewahren ist eine weitere Herausforderung, denn DNA zerfällt mit der Zeit, es sei denn, sie ist gut geschützt. Verkapselt in Knochen kann DNA über Tausende von Jahren relativ stabil sein. Auch in Bernstein ist DNA gut geschützt. Das bringt die Forscher auf eine Idee. Ähnlich dem Bernstein, sind die Eigenschaften von winzig kleinen Kügelchen aus Glas. Sie sind einen Zehntausendstel Millimeter groß und nur mit dem Elektronenmikroskop sichtbar. In jedes Kügelchen passt gerade so viel DNA, um zwei Buchseiten darin zu speichern. Damit die Seiten-Reihenfolge nicht durcheinander kommt, wird jede Seitenzahl im DNA-Code dazugeschrieben. Dann der Stresstest. Die Forscher setzen die DNA in den Glaskügelchen hohen Temperaturen aus. So wollen sie lange Lagerungszeiten im Zeitraffer simulieren. Das Ergebnis: Die DNA und somit auch die Information darin haben die Belastung unbeschadet überstanden. Der Code lässt sich wieder vollständig auslesen und in die ursprüngliche Info, das Buch, zurück übersetzen. Sogar ein komplettes Musikalbum konservierten die Forscher auf diese Weise schon für die Ewigkeit. Die Dimensionen sind beeindruckend. In nur vier Milligramm DNA lassen sich so viele Daten speichern, wie alle momentan verfügbaren Filme auf YouTube, also 800 Terabyte. Die Bernstein-Methode. Glaskügelchen, die Informationen verschlüsselt in DNA verwahren, könnte unsere heutige Speichertechnologie revolutionieren. Die Möglichkeiten scheinen unbegrenzt. Die Natur stand bei vielen Dingen bereits Pate, die uns im Alltag begleiten. Für die Zukunft wird der Blick in die Schatzkammer der Evolution noch wichtiger. Von der Natur lässt sich am besten abschauen, wie sich Belastungen der Umwelt vermeiden lassen. Hier verbergen sich Lösungen für die Probleme unserer Zeit. Ob Plastikersatz. . . . . .Wärmedämmung. . . . . .oder erneuerbare Energieträger. Was wir in Zukunft noch entdecken, lässt sich heute noch gar nicht abschätzen. Übrigens die Natur macht bei dem, was möglich ist, immer das Beste. Da können wir Menschen noch eine Menge lernen. Denn das, was wir machen und tun, das ist ja oft nicht das Beste, weder für uns noch für die Natur. Das Geheimnis der Natur ist, sie hat Zeit, sie hat Geduld. Sie kann Geduld haben, denn sie kennt keine Fristen, keine Deadlines, keine Renditen. Sie muss nichts und kann deshalb alles. Sie agiert ohne direktes Ziel und erlaubt ihren Bewohnern zu erproben, das, was möglich ist. Und wenn das Mögliche und das Erprobte, dann tatsächlich erfolgreich ist, in der Anpassung an die Umwelt, dann werden diese neuen Eigenschaften an die nächsten Nachkommen vererbt und so in der Natur gespeichert. Und wir? Wir können diesem Wechselspiel von Angebot an Lebensmöglichkeiten und Auswahl durch Umweltbedingungen zuschauen und können auswählen, nämlich die für uns nützlichen Rezept und Entdeckungen der Natur. Und können sie durch unsere Fantasie und unsere Vernunft sogar noch verbessern. Also natürliche Lösungen für die Probleme der Menschen. Das klingt ja fast nach dem Paradies. Denn von der Natur lernen heißt, zu lernen, wie man leben kann. Auch leben kann mit all den anderen Bewohnern unseres kleinen blauen Planeten. Und wenn uns das gelingt, dann muss uns um die Zukunft nicht bange sein.