Jeden Tag werden Hunderte Erfindungen gemacht. Von den meisten hört man nie etwas. Einige kommen auf den Markt. Und manche stellen die Welt auf den Kopf. Um diese geht es hier.

Der frühere IBM-Chef Thomas Watson ist heute berühmt für eine Fehlprognose. Es gebe weltweit einen Bedarf an vielleicht fünf Computern, soll er 1943 geschätzt haben. Historiker finden keine Quelle für das Zitat, aber das kümmert niemanden. Es illustriert eben so schön, wie einem der Fortschritt ein Schnippchen schlagen kann. Was hat man nicht schon alles totgesagt, bevor es millionenfach produziert wurde? Das Auto, das Radio, das Telefon. Das ist das Schöne an der Zukunft: Sie überrascht uns immer wieder.

In dieser Ausgabe stellen wir 15 Ideen vor, die unser Leben verändern werden. Es sind keine Hirngespinste, sondern Visionen, an deren Umsetzung schon jetzt Forscher und Ingenieure arbeiten. Von manchen gibt es bereits Prototypen, andere werden noch Jahrzehnte bis zu ihrer Markteinführung brauchen. Aber eines ist ihnen allen gemein: Jede dieser Ideen wird unseren Alltag bestimmen, wenn sie erst einmal Wirklichkeit ist.

Und dann werden wir uns fragen: Warum sind wir nicht schon früher darauf gekommen?

Der Bauernhof im Hochhaus

Geht es nach Dickson Despommier, muss der Stadtbewohner der Zukunft nicht mehr mit dem Auto ins Grüne fahren, wenn er Tomaten, Eier und Hühnerbrustfilet vom Bauernhof seines Vertrauens kaufen will. Mit »vertikalen Farmen« will der Professor für Umweltgesundheit von der Columbia University das große Problem der Landwirtschaft lösen: ihren enormen Bedarf an Wasser, fossiler Energie und Land. Die Bauern von morgen werden ihre Saat mitten in der Stadt in Hochhäusern ausbringen - in urbanen Agrarfabriken mit Gewächshäusern und Hightechställen auf mehr als 30 Stockwerken und einer Fischzucht im Keller. Zur Ernte steigen die Bauern nicht mehr auf den Traktor, sondern in den Fahrstuhl. 50.000 Menschen soll ein Turm mit Nahrung versorgen.

Schon heute beansprucht die Landwirtschaft 80 Prozent der fruchtbaren Fläche und 70 Prozent des Trinkwassers. Um im Jahr 2050 schätzungsweise 9,5 Milliarden Menschen zu ernähren, brauchte die Erde zusätzliches Ackerland von der Größe Brasiliens. Mehrstöckige Farmen reduzieren den Flächenbedarf. Und wenn Lebensmittel dort produziert werden, wo die meisten Konsumenten leben - in der Stadt -, entfallen zudem die Transporte.

Damit möglichst viele Pflanzen in den Hochhäusern unterkommen, werden sie nicht in Erde oder Granulat gesetzt, sondern in Gittergerüsten fixiert. Ihre Wurzeln hängen in der Luft und werden mit einem feinen Nährstoffnebel besprüht. 70 Prozent Wasser ließen sich dadurch sparen. Sensoren überwachen jede einzelne Pflanze, sodass sie exakt die Menge an Wasser und Nährstoffen erhält, die sie braucht.

Der Hochhaus-Bauernhof schafft geschlossene Kreisläufe: Die Tiere fressen Pflanzenreste, ihr Mist und ihre Methanausscheidungen düngen das Gemüse. Keine Gifte oder Klimagase gelangen in die Natur. Mit dem Sauerstoff, den die Pflanzen produzieren, lässt sich das Aquariumwasser anreichern. Und auch das Wasser, das die Pflanzen »ausatmen«, wird aufgefangen und wiederverwendet.

Sauberen Strom für die Technik liefern Solarzellen und Windräder auf dem Dach. Das Sonnenlicht fällt durch besonders lichtdurchlässige Scheiben, Glasfaserkabel leiten es ins Innere des Turms.

Die Technologien für solche Hochhäuser gibt es bereits. Im chinesischen Tanghai nahe Peking könnte schon in diesem Sommer die erste vertikale Farm entstehen, der vierstöckige »Agropark«. Mohrrüben oder Kohl würden darin allerdings nicht wachsen. »Wegen der hohen Baukosten lohnt sich das nicht«, sagt der niederländische Landschaftsökologe Peter Smeets, der das Projekt mitplant. Daher würde der Agropark außer Schweinen und Fischen chinesische Heilkräuter beherbergen, deren Anbau profitabler ist.

Damit Lebensmittel aus Hochhäusern bezahlbar werden, müssten die Baukosten sinken. Ein 30-stöckiger Bauernhof kostet mehrere Hundert Millionen Dollar, schätzt Dickson Despommier. Ein Problem sind auch der große Energiebedarf und die hohen Grundstückspreise in der Stadt. »Die Flächenkonkurrenz ist groß«, sagt Martin Kohler, Landschaftsarchitekt von der Hamburger HafenCity Universität. Er glaubt daher nicht an eine städtische Agrarindustrie.

Der Kommunalpolitiker Scott M. Stringer dagegen ist begeistert von der Idee. Er hat eine Machbarkeitsstudie in Auftrag gegeben und ist zuversichtlich, dass er genug Geld auftreiben kann.

Scott M. Stringer ist der Bezirksbürgermeister von Manhattan. Florian Diekmann

Nachwachsende Organe

Die Geschichte hat alles, was ein Hollywood-Drama braucht: harte Schicksale, schwere Krankheiten und ein Happy End. In den Nebenrollen ein todkrankes Mädchen, ein ebenso kranker Junge und ein wagemutiger Arzt. In der Hauptrolle eine neue Form der Medizin mit revolutionärem Potenzial.

Aber die Geschichte ist real. Sie beginnt vor gut acht Jahren, als der hannoversche Herzchirurg Axel Haverich zwei herzkranken Kindern in Moldawien eine neue Form von Transplantaten einsetzt: Gerüste aus Leichen-Herzklappen, die zuvor mit Zellen der kleinen Patienten besiedelt worden waren und die im Körper zu normalen Herzklappen werden und sogar mitwachsen. Künstliche Klappen gibt es zwar schon lange. Doch sie sind starr und haben deswegen einen großen Nachteil: Die Kinder müssen in regelmäßigen Abständen operiert werden, weil sie wachsen und größere Klappen benötigen. Welch einen Fortschritt bietet da die neue, mitwachsende Herzklappe! In Deutschland aber gibt es schnell Kritik an Haverich, ihm wird im Zusammenhang mit den moldawischen Kindern Missachtung ethischer Maßstäbe vorgeworfen. Doch egal wie man dazu steht, die beiden Patienten leben heute ohne Einschränkungen. Das Mädchen hat geheiratet, der Junge studiert Medizin. Herzchirurg will er werden.

Tissue Engineering nennt sich dieser neue Trend der Biomedizin, und ihm wird Großes zugetraut. Ob in Europa, den USA oder Japan, überall reden Mediziner euphorisch über die Zukunft dieser Technologie. Die Herzklappen seien erst der Anfang, sagt Ulrich Martin, Leiter der Leibniz Forschungslaboratorien für Biotechnologie und künstliche Organe (LEBAO) in Hannover. Nun, nachdem etwa 30 Patienten von Axel Haverich eine solche Herzklappe erhalten haben und es keine größere Komplikation gegeben habe, »gehen wir zu wesentlich komplexeren Herausforderungen über, etwa der Entwicklung von Herzmuskelgewebe«, sagt Martin, dessen Institut eng mit Haverichs Klinik für Herzchirurgie der Medizinischen Hochschule verknüpft ist. Zur Zielgruppe für das Muskelgewebe gehören Menschen, die einen Herzinfarkt hatten und an Herzschwäche leiden. Andere Forschungsgruppen arbeiten an künstlichem Gewebe für die Lunge, die Leber, den Darm oder die Haut – es scheint keine Grenzen zu geben.

Inzwischen dürfte auch eins der größten Probleme gelöst sein. Lange Zeit wussten die Forscher nicht, woraus sie die Ersatzorgane und -gewebearten bauen sollten. Vor etwa vier Jahren entdeckten sie eine vielversprechende Nachschubquelle: sogenannte induzierte pluripotente Stammzellen (iPS-Zellen). Sie können aus ganz normalen Körperzellen gewonnen und in einen ursprünglichen Zustand zurückprogrammiert werden und sich dann wiederum in fast alle Gewebearten verwandeln.

Noch experimentieren die Forscher nur an Tieren, und noch gibt es viele Hürden zu überwinden. Zum Beispiel muss man verhindern, dass die iPS-Zellen an ihrem Ziel einen Tumor wachsen lassen. Martin prophezeit aber, dass es schon bald, vielleicht sogar in den kommenden fünf Jahren, zu ersten Studien mit Menschen kommen wird. »Das fängt wohl an mit Querschnittsgelähmten«, sagt er. Gelähmte Mäuse zumindest konnten nach der Therapie mit pluripotenten Stammzellen wieder laufen. Jan Schweitzer

Das künstliche Blatt

Harry Grays Traum geht so: An der Küste von Kalifornien, fünfzig Kilometer von seinem Labor am California Institute of Technology (Caltech) entfernt, produzieren Fabriken Wasserstoff aus Meerwasser und Sonnenlicht nach dem gleichen Prinzip, nach dem Pflanzen aus Licht Energie gewinnen. Mit dem Wasserstoff stellen Brennstoffzellen Strom her, kein Treibhausgas entfleucht den Kraftwerken. Das Energieproblem ist gelöst. In 40 Jahren soll es so weit sein.

Gray und seine Kollegen vom Projekt Powering the Planet wollen die Photosynthese der Pflanzen im Labor nachstellen. Gelingt es ihnen, wird dies die Energieversorgung revolutionieren. Dazu müssen die Forscher drei Aufgaben bewältigen: die Photonen der Sonne einfangen und mit deren Hilfe einen Strom von Elektronen in Gang bringen; Wasser in Sauerstoff und Wasserstoffionen spalten; aus den Ionen Wasserstoffmoleküle machen.

Dafür entwickeln die Experten Katalysatoren, welche die nötigen Reaktionen auslösen sollen. Das Problem: Die bisher verwendeten Materialien sind teuer, sie arbeiten nicht effizient genug und gehen schnell kaputt. In 10 bis 15 Jahren werden die Forscher diese Schwierigkeiten überwunden haben, sagt Gray: »Dann wird es Demonstrationsmodelle geben aus Stoffen, die man in großem Maßstab verwenden kann.«

Die Wissenschaftler konnten in jüngster Zeit einige Durchbrüche vermelden. So stellte Harry Atwater vom Caltech gerade winzige Drähte aus Silizium vor, die Sonnenlicht höchst effizient einfangen und viel weniger des teuren Materials verbrauchen als herkömmliche Solarzellen. Die Technik sei bereits marktreif. Harry Gray selbst forscht an der Wasserstoffproduktion, die noch nicht gut genug funktioniert. Gray meint, dass er in den nächsten drei, vier Jahren den entscheidenden Schritt schaffe. Am kompliziertesten ist die Wasserspaltung. Daran arbeitet Dan Nocera vom Massachusetts Institute of Technology, derzeit noch mit teurem Ruthenium. Er schätzt aber, dass er das Prinzip in fünf Jahren auf Eisen, Kupfer oder Nickel übertragen kann. Gray ist optimistisch: »Die Einzelteile haben wir eigentlich schon, wir müssen sie nur noch zusammenbauen.« Stefanie Schramm

Werbung mit Blickkontakt

Der Wartende im Bushäuschen war irritiert. Das elektronische Werbedisplay an der Haltestelle Budapester Straße in Berlin zeigte eine schockierende Szene: Ein Mann schlägt brutal auf seine Frau ein. Doch jedes Mal, wenn der Wartende direkt das Display fixierte, wechselte das Motiv: Beide lächeln in die Kamera, er legt den Arm zärtlich um sie, ein glückliches junges Paar. Darunter der Slogan: »Es passiert, wenn niemand hinsieht. Helfen Sie, häusliche Gewalt aufzudecken. Amnesty International.« Das von der Agentur Jung von Matt konzipierte elektronische Plakat zeigt die Zukunft interaktiver Werbung: Eine eingebaute Kamera und Software zur Gesichtserkennung registrieren, wenn man hinschaut. Plakate werden auf diese Weise bald immer häufiger ein Grundprinzip menschlicher Kommunikation anwenden: Sie lauern darauf, dass jemand Blickkontakt aufnimmt. Dann erst senden sie ihre Botschaft. Florian Diekmann

Das In-vitro-Steak

Das Fleisch der Zukunft sieht aus wie ein matter Streifen Tesafilm. Ein mal zwei Zentimeter messen die hauchdünnen weißen Läppchen, die Mark Post an der Technischen Universität Eindhoven in Petrischalen züchtet. Noch lassen sie niemandem das Wasser im Munde zusammenlaufen, aber eines Tages sollen die winzigen Muskelfasern zu saftigen Steaks heranwachsen - Steaks, für die kein Tier sterben muss. Denn das Fleisch der Zukunft wird aus Stammzellen gezüchtet.

Könnten Lebensmittelhersteller eines Tages künstliche Muskeln aus Inkubatoren ernten, müssten nicht mehr massenhaft Tiere für die Fleischproduktion gehalten werden. Damit wäre eines der größten Probleme der industriellen Landwirtschaft gelöst. Die Massenhaltung lässt Tiere leiden, schadet der Umwelt und produziert Klimagase; der Anbau von Futterpflanzen verbraucht viel Wasser und beansprucht einen erheblichen Teil der Ackerfläche. Steigt der globale Fleischkonsum bis zum Jahr 2050, wie prognostiziert, um zwei Drittel, wird sich die Lage dramatisch verschärfen. »Als Wissenschaftler haben wir die Pflicht, eine Lösung zu suchen«, sagt der Zellbiologe Bernard Roelen von der Universität Utrecht.

Er liefert die Zellen, aus denen der Biomediziner Mark Post in Eindhoven die feinen Muskelfasern züchtet. Aus den Hinterbeinen von Ferkeln isoliert Roelen adulte Stammzellen, die im Körper Muskelverletzungen reparieren. Roelen bewahrt sie in einem Brutschrank auf, wo sie sich teilen und somit vermehren. Sind genug Zellen entstanden, erhalten sie den Auftrag, sich in Muskelzellen zu verwandeln. Dazu lässt der Biologe sie in einer speziellen Nährlösung schwimmen, die den Spezialisierungsprozess startet.

Allerdings enthält diese Lösung bislang Serum aus dem Blut von Pferden oder Kälbern. »Das ist der wunde Punkt«, sagt Roelen. »Wer wirklich tierfreundliches Fleisch herstellen will, muss auf diese Zutat verzichten.« Seine Kollegen in Amsterdam experimentieren deshalb mit einem Nährmedium aus Algen. »Das hätte auch den Vorteil, dass die Algen das Sonnenlicht als Energiequelle nutzen könnten, um Zucker und andere Nährstoffe herzustellen.«

Damit die Zellen zu appetitlichen Muskeln heranwachsen, müssen sie in Form gebracht werden. Deswegen trägt Mark Post sie auf Polymergerüste aus Zuckerketten auf. Die feinen Fasern, die sich darauf bilden, traktiert er dann mit Strom. »Sie müssen arbeiten«, sagt der Biomediziner. Die Elektrostimulation ersetzt gewissermaßen den Spaziergang über die Weide. Dafür montiert Post das Gewebe zwischen zwei Elektroden und legt eine Spannung von zehn Volt an. »Wenn man ganz genau hinsieht, kann man ein Zucken erkennen.«

Für eine industrielle Massenproduktion käme das Elektrotraining allerdings nicht infrage. Um riesige Bassins mit Muskelzellen unter Strom zu setzen, brauchte man sehr viel Energie. Stattdessen könnte man die Retortenmuskeln chemisch anregen, etwa mit Acetylcholin, einem Neurotransmitter, der auch die Muskeln im Körper kontrahieren lässt.

Bislang sind die Läppchen in Mark Posts Labor gerade einmal einen Millimeter dick - er könnte sie noch nicht einmal auf eine Aufschnittplatte mogeln. Sollen daraus eines Tages Steaks werden, muss es den Forschern gelingen, ein System aus Blutgefäßen anzulegen, die das Gewebe mit Sauerstoff versorgen und Abfallstoffe abtransportieren. Das ist schwierig und kann dauern. »Deshalb wäre es zunächst einfacher, die Zellen direkt zu ernten und sie zu essbaren Produkten zu verarbeiten«, sagt Roelen. Würstchen zum Beispiel, Buletten oder Bolognese-Soße.

Aber werden die Menschen so etwas essen? Das wollen die Forscher nun zusammen mit Philosophen von der Universität Wageningen untersuchen. Denn davon hängt ab, ob es das Steak aus dem Reagenzglas wirklich geben wird: Die Lebensmittelindustrie wird sich nur dafür interessieren, wenn es die Kunden auch tun. Außerdem darf das Kunstfleisch nicht mehr kosten als herkömmliches, sagt Post. »Da die Massentierhaltung in Zukunft enorme Kosten verursachen wird, können wir das schaffen.« Claudia Wüstenhagen

Sonnenfeuer auf Erden

Der Bauplatz für die Energie der Zukunft ist fertig: Eine Fläche von 400 mal 1000 Metern haben Bulldozer nahe Saint-Paul-lès-Durance in Südfrankreich planiert. Hier soll der Traum von der unerschöpflichen, sauberen Energiequelle wahr werden. In diesem Jahr beginnen im Kernforschungszentrum Cadarache die Bauarbeiten für Iter, den internationalen Versuchsreaktor für die Kernfusion. In dem 30 Meter hohen Metallkoloss wollen Physiker in einem Plasma Wasserstoffkerne verschmelzen, also jenen Prozess nachbilden, der im Inneren der Sonne abläuft. Dabei entsteht weder Treibhausgas noch stark strahlender Müll, und anders als bei der Kernspaltung kann die Reaktion nicht außer Kontrolle geraten. Dafür ist sie schwieriger in Gang zu bringen. Das heiße Plasma muss mit Magnetkräften so eingeschlossen werden, dass darin Atomkerne fusionieren. Dazu ist hoch komplizierte Rechenarbeit und extrem exakte Montage nötig. Iter soll als erster Reaktor mehr Energie produzieren, als zum Aufheizen und Dirigieren des Plasmas nötig ist. 2019 soll das Experiment beginnen, aber erst ab 2075 könnten Fusionskraftwerke in großem Maßstab Strom liefern, schätzt die Iter-Organisation. Schon jetzt hat sie Konkurrenz bekommen: In den USA ist Forschern ein wichtiger Schritt bei einer alternativen Technik gelungen. Sie versuchen, Atomkerne mit Laserbeschuss zur Fusion zu bringen. Noch in diesem Jahr wollen sie eine winzige Sonne im Labor entzünden. Stefanie Schramm

Der elektronische Simultanübersetzer

Das Bild vom globalen Dorf hat etwas Befreiendes. Dank des Internets, so wird suggeriert, kann endlich jeder mit jedem quer über den Planeten ein Gespräch führen. Schön wär’s - die Wirklichkeit ist eher eine babylonische Sprachverwirrung. Man muss schon ein Genie sein, um allein die zehn Sprachen zu beherrschen, die von mindestens 100 Millionen Menschen gesprochen werden. Kein Wunder, dass viele von einem »Babelfisch« träumen, jener Weltraumspezies aus dem Kultroman Per Anhalter durch die Galaxis, die - ins Ohr gesteckt - simultan und perfekt dolmetscht. Als der Autor Douglas Adams dieses Tier 1978 als Parodie auf die Universalübersetzer der Science-Fiction-Romane ersann, hatte die Wissenschaft das maschinelle Übersetzen von Texten fast schon ad acta gelegt. Zu hoch schienen die theoretischen Hürden, zu schlecht waren die Ergebnisse der ersten Systeme. Doch in den vergangenen 15 Jahren hat das Fachgebiet einen unerwarteten Aufschwung genommen.

Anstatt Wörterbücher mit Grammatikregeln in Computersoftware zu gießen, wie man es anfangs versuchte, setzt die Forschung heute auf statistische Verfahren. Wichtigste Grundlage ist die sogenannte Bayessche Entscheidungstheorie. Sie arbeitet mit Wahrscheinlichkeiten, die aus einem Datenberg von Vergleichstexten in je zwei Sprachen errechnet werden. Der Informatiker Franz Josef Och, Leiter des Online-Übersetzungsdienstes Google Translate, nennt ein Beispiel: »Wenn im Deutschen das Wort ›Auto‹ steht, entspricht es im Englischen häufig dem Wort ›car‹.« Das ist nicht immer so - aber eben häufig. Außerdem werden noch andere Wahrscheinlichkeiten berechnet: welche Wörter sich in zwei Sprachen entsprechen, an welcher Stelle eines Satzes sie auftauchen und welcher Satzaufbau in der Zielsprache angemessen ist.

Weil diese Methode gar nicht erst versucht, die Bedeutung von Wörtern zu erfassen, waren manche Linguisten zunächst empört. Erste Vergleiche zeigten jedoch, dass die Fehlerrate von statistischen Systemen deutlich geringer war als die von regelbasierten Systemen, mit denen man zuvor gearbeitet hatte. Seit 2007 bildet die von Franz Josef Och und Hermann Ney an der RWTH Aachen entwickelte Methode die Grundlage für Google Translate. 52 Sprachen verarbeitet das System inzwischen. Dessen Ergebnisse sind im Vergleich zum älteren, regelbasierten »Babel Fish« der Suchmaschine AltaVista deutlich besser.

Eine Herausforderung sieht Ochs Doktorvater Hermann Ney darin, auch mit Bestandteilen von Wörtern umgehen zu können. Ein Beispiel: Im Türkischen lässt sich in einem Wort ausdrücken, wofür Deutsche drei Wörter brauchen - »evimde« heißt »in meinem Haus«. Statistische Übersetzungsprogramme werden wohl nie so gut sein wie ausgebildete Dolmetscher. Aber auch so sei der Fortschritt beachtlich, sagt der Jenaer Computerlinguist Udo Hahn: »Dass man von einem arabischen oder chinesischen Text überhaupt den inhaltlichen Kern mitbekommen kann, ist schon ein Riesengeschenk.«

Über kurz oder lang wird die Maschinenübersetzung auch in die Smartphones integriert werden. Google etwa könnte auf seinen Modellen den Übersetzungsdienst mit der bereits vorhandenen Spracherkennung kombinieren. Die ist relativ weit entwickelt, dient aber bislang nur der Steuerung des Geräts. Dann könnten sich die Bürger des globalen Dorfs mit ihren Smartphones gegenüberstehen und in ihrer Sprache unterhalten, während die Übersetzung auf dem Display des anderen erscheint. Für den Small Talk unter Touristen dürfte das genügen. Und einen Fisch würde sich doch auch keiner von uns ins Ohr stecken wollen. Niels Boeing

Die Anti-Sucht-Spritze

Wenn es um das Thema Rauchen geht, sollte man zunächst einmal ein paar Zahlen nennen: 7, 40, 4000, 500 Millionen. Genauer: Alle 7 Sekunden stirbt ein Mensch an den Folgen des Rauchens, Tabakrauch verursacht mehr als 40 Krankheiten, Raucher sind über 4000 giftigen Substanzen ausgesetzt. Und bis zu 500 Millionen Dollar würde der Pharmariese GlaxoSmithKline ausgeben, um eine Kur auf den Markt zu bringen: die Impfung gegen Nikotinsucht.

Einen aussichtsreichen Impfstoff hat die Firma Nabi entwickelt. Erweist er sich als erfolgreich, will Glaxo mit einsteigen. NicVAX heißt das Mittel. Es wird gespritzt und regt das Immunsystem an, Antikörper gegen Nikotin zu bilden. Gelangt Nikotin durch den Zigarettenrauch über die Lunge ins Blut, fangen es die Antikörper ab und machen es wirkungslos - so der Plan. Das muss blitzschnell passieren, denn das Nikotin ist sonst innerhalb von Sekunden im Gehirn angelangt. Dort dockt es an bestimmte Rezeptoren des Belohnungssystems an und löst so, vermittelt über den Botenstoff Dopamin, das erhoffte angenehme Gefühl aus - bis zur Sucht ist es dann nicht mehr weit.

Geschieht das über einen längeren Zeitraum, übernimmt das Nikotin geradezu die Herrschaft über das Belohnungssystem im Gehirn, es verändert sogar die Struktur der Nervenfortsätze. Deswegen ist die Zigarettensucht so tief verankert, kommen Raucher so schwer davon los. Nur drei Prozent schaffen es ohne Hilfsmittel, mindestens ein Jahr lang nicht zu rauchen. Die Abstinenzlerquote lässt sich mit der Kombination von Nikotinersatzpräparaten wie Pflastern und Lutschtabletten auf bis zu 40 Prozent steigern. Die neuen Impfstoffe sollen diese Quote weiter verbessern.

Das Wirkprinzip der Anti-Nikotinsucht-Impfungen ließe sich auch im Kampf gegen andere Drogenabhängigkeiten einsetzen. Entsprechende Antikörper könnten eines Tages auch die angenehme Wirkung von Alkohol, Kokain oder Heroin verhindern und somit einer Abhängigkeit vorbeugen. Jan Schweitzer

Nanofood

Nanoteilchen im Essen sind eigentlich nichts Neues. Sie finden sich in jedem Supermarkt. Kieselsäure zum Beispiel wird Gewürzmischungen als Rieselhilfe zugesetzt, damit diese nicht verklumpen. Das einzige Kriterium für Nanopartikel ist ihre Größe: Alles, was kleiner ist als 100 Nanometer, zählt dazu, auch Kieselsäure und andere natürliche Stoffe wie Carotinoide.

Ganz neue Möglichkeiten, Nanotechnologie mit Essen zu verbinden, tun sich jedoch mit Nanocontainern auf. Das sind winzige Kapseln aus Fettmolekülen, in die etwa Vitamine, Enzyme, Aromen oder Farbstoffe gefüllt werden können. Sie geben ihre Fracht nur dann frei, wenn sie bestimmten Reizen, etwa einem festgelegten pH-Wert, ausgesetzt sind. Auf diese Weise können spezielle Nährstoffe ihre Wirkung an genau definierten Stellen des Verdauungstraktes entfalten. Es gibt bereits Brot, in dem Omega-3-Fettsäuren aus Fischöl von Nanocontainern umschlossen sind. Sie werden erst im Magen freigesetzt, damit sie nicht ranzig werden und das Brot nicht nach Fisch schmeckt.

Mit Spurenelementen angereicherte Nahrungsmittel könnten außerdem dazu beitragen, Mangelernährung vorzubeugen, etwa in Entwicklungsländern. Aber auch für Menschen mit ganz anderen Problemen kann die Technologie ein Segen sein: Wenn der Inhalt der Nanocontainer mit Wasser gefüllt wird. Kalorienbomben wie Mayonnaise und Schokotorte mutieren dann zu Diätprodukten. Florian Diekmann

Die Sozialpille

Als Alyson Bond den zehn Studenten die Pillen gab, geschah etwas Merkwürdiges: Nach wenigen Wochen erschienen sie ihren WG-Mitbewohnern weniger zurückhaltend, aber keineswegs dominant. Im Gegenteil - sie verhielten sich kooperativer und freundlicher, einfach sozialer.

Ob die pillenschluckenden WG-Bewohner auch, ohne zu maulen, den Müll herunterbrachten, hat die Psychologin vom Londoner Kings College nicht protokolliert, aber ihr Experiment zeigt eindrucksvoll, dass pharmakologische Substanzen das Sozialverhalten verändern können. Bond hatte den Testpersonen Antidepressiva verabreicht, sogenannte Serotoninwiederaufnahmehemmer (SSRI).

Dass sich mit Pharmaka die geistige Leistungsfähigkeit steigern lässt, ist seit Langem bekannt. Schätzungen zufolge betreiben 7 bis 15 Prozent der amerikanischen Studenten und Wissenschaftler Hirndoping. Nun entdecken Forscher ein neues Feld: das Sozialdoping - die Pille also, die uns zu netteren, kooperativeren Menschen macht. Solche Präparate könnten das soziale Miteinander, wie wir es kennen, völlig verändern. Nicht nur WG-Putzpläne würden überflüssig, auch im Straßenverkehr oder im Fußballstadion könnte es friedlicher zugehen. Womöglich ließen sich sogar militärische Konflikte pharmakologisch entschärfen. Schon »in der mittelfristigen Zukunft«, meint Thomas Douglas von der University of Oxford, könnten Mittel entwickelt werden, die an den simpleren emotionalen Antrieben ansetzen.

Mit einem solchen Wirkstoff experimentiert die Psychologin Beate Ditzen von der Universität Zürich. Sie ließ Paare über ein für sie typisches Streitthema reden. Einigen hatte sie davor per Nasenspray eine Dosis Oxytocin verpasst. Der Stoff ist als »Vertrauenshormon« bekannt, er spielt eine wichtige Rolle in der Bindung zwischen Mutter und Kind sowie zwischen Partnern. Und tatsächlich eskalierte das Gespräch bei diesen Paaren seltener, die Partner machten sich gegenseitig weniger Vorwürfe und unterbrachen einander nicht so oft.

Allerdings wirken sowohl Antidepressiva als auch Hormone eher allgemein; will man eine bestimmte Verhaltensweise beeinflussen, sei das wesentlich schwieriger, sagt der Psychologe Hans Markowitsch, der sich mit dem Zusammenhang zwischen Hirnfunktionen und Verbrechen beschäftigt hat: »Das Hirn ist ein komplexes Netzwerk, solche Verhaltensweisen können nicht gezielt mit einem einzelnen Botenstoff verändert werden.«

Und der Hirnforscher Gerhard Roth gibt zu bedenken, dass Mittel wie Antidepressiva mit der Zeit unwirksam werden, weil sich der Körper an sie gewöhnt. Dass es in Zukunft Medikamente geben könnte, die das Sozialverhalten auf Dauer beeinflussen, glaubt er trotzdem: »Das wird auf jeden Fall versucht werden.« Die Gesellschaft müsse sich allerdings sehr genau überlegen, ob sie das auch wolle.

Denn das sozialere, nettere Verhalten führt nicht automatisch zu positiven Ergebnissen. Wer unter dem Einfluss einer Sozialpille dem Falschen vertraut, schadet sich womöglich.

Außerdem seien ethische Fragen zu klären, sagt Thorsten Galert, der die Projektgruppe »Potenziale und Risiken des pharmazeutischen Enhancements psychischer Eigenschaften« an der Europäischen Akademie in Bad Neuenahr-Ahrweiler koordiniert hat. »Zum einen könnte so eine Pille Ungerechtigkeit erzeugen, wenn sie sich nicht jeder leisten kann. Zum anderen muss die Einnahme natürlich freiwillig sein.« Dieses Problem stelle sich besonders bei Straftätern. Wenn ein Präparat sie mit geringen Nebenwirkungen zu sozialeren Menschen machen könnte, wäre es dann akzeptabel, sie vor die Wahl zu stellen: Pille oder Knast? »Ich bin mir da nicht ganz sicher«, sagt Galert. Der Juraprofessor Reinhard Merkel dagegen vertritt die Position, dass der Staat unter bestimmten Umständen sogar verpflichtet wäre, ein solches Angebot zu machen.

Wir sollten uns also über die Auswirkungen einer Sozialpille klar werden. Der Hirnforscher Roth ist sich jedenfalls sicher: »Wenn so etwas auf dem Markt ist, wird es auch eingesetzt.« Stefanie Schramm

Vernetzte Zeitungen

Wissenschaftler auf der ganzen Welt arbeiten an der digitalen Zeitung. Wie wird diese unseren Alltag verändern? Ein Gespräch mit Joshua Benton, Leiter des Nieman Journalism Lab an der Harvard University in Cambridge.

ZEIT Wissen: Wie werden wir im Jahre 2025 Zeitung lesen?

Joshua Benton: Die Mehrzahl der Nachrichten wird sicher digital zu uns kommen, auf einem Gerät oder auf digitalem, vernetztem Papier, immer auf dem neuesten Stand und zugeschnitten auf den Ort, an dem wir uns befinden.

ZEIT Wissen: Es wird keine gedruckten Zeitungen mehr geben?

Benton: Doch. Aber es gibt bereits heute in den USA kaum noch jemanden unter 35 Jahren, der Zeitungen auf Papier liest. In Zukunft werden wir ganz selbstverständlich Nachrichten auf Bildschirmen unterschiedlichster Größe und Machart empfangen. Noch gibt es viele Leser, die an die endliche Welt des Gedruckten gewöhnt sind - das Internet jedoch ist auf Unendlichkeit ausgelegt. Es ist eine Entdeckungsmaschine.

ZEIT Wissen: Ändert das etwas daran, wie wir mit News umgehen?

Benton: Die digitale Zeitung wird zu einem Werkzeug, mit dem man Neues entdecken kann. Die eigentliche Nachricht wird zum Startpunkt, weiterzuklicken. Was wir über die Welt lernen, stammt dann aus unterschiedlichsten Quellen: von Redakteuren, Bloggern, aus Wikipedia, Twitter oder was noch erfunden werden wird.

ZEIT Wissen: Und wie werden wir beurteilen, ob eine Nachricht stimmt oder nicht? Wem werden wir vertrauen?

Benton: Wenn jemand etwas Falsches behauptet, ist die Chance, dass das jemand richtigstellt, durch die Vernetzung ungleich höher. Vertrauen wird anders entstehen, als es sich einige Journalisten erhoffen. Vielen Bloggern vertraue ich mehr als Redakteuren, deren einzige Referenz es ist, unter dem Dach eines Medienkonzerns zu veröffentlichen. Wenn ein Blogger jahrelang gute Texte schreibt, können auch seine Beiträge gleichrangig in meiner digitalen Zeitung auftauchen. Wenn jeder nur noch liest, was ihn in seiner Meinung bestätigt, führt das doch zu einer völligen Fragmentierung der gesellschaftlichen Wahrnehmung. Diese Gefahr besteht natürlich. Ich bin in einem Dorf aufgewachsen. Was dort in der einzigen Tageszeitung stand, wurde automatisch zum Thema und wurde kaum hinterfragt. Vor Jahren hat sich eine US-Zeitung entschuldigt, dass sie in den Fünfzigern und Sechzigern nicht über die Bürgerrechtsbewegung berichtet hat. So etwas ist im Zeitalter der digitalen Zeitung zwar auch vorstellbar, aber es wird dann auch auf dem Dorf die Möglichkeit geben, andere Stimmen zu hören.

ZEIT Wissen: Werden wir das, was wir in der Zukunft in der Hand halten, denn überhaupt noch Zeitung nennen?

Benton: Der Begriff wird überleben. Wir betrachten die New York Times als Zeitung, auch wenn wir sie auf unserem Telefon lesen. Es geht nicht mehr um den physischen Container, sondern um das Konzept, wie Informationen organisiert sind. Sven Stillich

Der Mikrobensprit

Jahrtausendelang haben Menschen die Energie von Tieren genutzt, um sich fortzubewegen, Lasten zu transportieren oder Pflüge durch die Ackerkrume zu ziehen. Seit hundert Jahren aber verlassen sie sich auf Kraftstoffe aus Öl, mit den bekannten Folgen: Die CO ₂ -Emissionen haben dramatisch zugenommen, und um das schwarze Gold werden sogar Kriege geführt. Doch nun könnte die Geschichte eine Volte schlagen – zu unseren kleinsten Mitgeschöpfen als Energielieferanten.

Mit der Hilfe von Mikroorganismen wollen die Wissenschaftler des amerikanischen Start-ups LS9 in South San Francisco die Welt aus ihrer Abhängigkeit vom Erdöl befreien. Ihr Arbeitstier ist das Bakterium Escherichia coli, das im Darm von Menschen und Tieren vorkommt. In den vergangenen fünf Jahren haben die LS9-Forscher seinen Stoffwechsel akribisch umprogrammiert. Füttern sie den Einzeller mit Glucose, also Traubenzucker, produziert er genau die langkettigen Kohlenwasserstoffe, aus denen Kraftstoffe bestehen – zum Beispiel Biodiesel.

Dazu haben die Wissenschaftler neue Gene in das Erbgut von E. coli eingeschleust. Diese sorgen dafür, dass das Bakterium Enzyme produziert, die Zucker in Sprit verwandeln. Die Gene stammen aus zehn anderen Mikroben, die genau die einzelnen Schritte beherrschen, die für die Kraftstoffherstellung nötig sind. Viele solcher Bauvorschriften sind inzwischen in Datenbanken verzeichnet. Das allein reicht aber noch nicht: »Man braucht auch Intuition und ein ausgezeichnetes biologisches Verständnis, um die richtigen Gene zu identifizieren«, sagt Uwe Sauer, Systembiologe an der ETH Zürich und wissenschaftlicher Berater von LS9.

Die getunten Mikroben schwimmen nun zu Billionen in den Fermentern der Pilotanlage in San Francisco. Tausend Liter Bakterienkultur produzieren hier schon Biodiesel. Dieser wird einfach an der Oberfläche abgeschöpft, er ist leichter als die wässrige Lösung. »Was aus dem Fermenter kommt, kann direkt in den Tank«, sagt Andreas Schirmer, Wissenschaftler bei LS9. Anders als bei ähnlichen Produkten der Konkurrenz ist keine Nachbehandlung nötig.

Das ist aber noch nicht alles: Gemeinsam mit der Gruppe von Jay Keasling an der University of California in Berkeley haben die LS9-Biotechniker Kolibakterien geschaffen, die auch Zellulose verarbeiten können. Das langkettige Molekül, das aus verschiedenen Zuckern besteht, macht bis zu 90 Prozent der festen Substanz von Pflanzen aus. Bislang konnte man es für die mikrobielle Herstellung von Biokraftstoffen nicht direkt verwenden, der größte Teil von Mais und Zuckerrohr bleibt deshalb ungenutzt. Das verschlechtert die CO ₂ -Bilanz der aus ihnen gewonnenen Biokraftstoffe. Zugleich trieb deren Boom in den vergangenen drei Jahren den Preis für Mais und Zuckerrohr so in die Höhe, dass etwa Tortillas in Mexiko binnen Monaten drastisch teurer wurden. Die Supermikrobe von LS9 könnte diese Probleme lösen und Sprit produzieren, der zugleich klimafreundlich und sozialverträglich ist.

Die große Herausforderung für LS9 besteht nun darin, die Designerbakterien im ganz großen Stil arbeiten zu lassen. »Wenn man das Volumen erhöht, ändert sich die Biologie. Was im Labor noch gut funktioniert hat, klappt plötzlich nicht mehr«, sagt James Collins, Biologe an der Boston University. Denn in größeren Behältern ist der Sauerstoff nicht mehr ganz gleichmäßig verteilt, sodass die Bakterien zeitweise nicht effizient genug arbeiten. Mit dem pflanzlichen Rohstoff können sich zudem fremde Bakterien einschleichen, die den Prozess behindern. Die LS9-Forscher werden ihr Verfahren jetzt in einem neuen Bioreaktor in Florida testen. Der fasst immerhin 75.000 Liter. Niels Boeing

1Vollkörper-Videospiele

Seit es Computerspiele gibt, drücken die Nutzer auf Knöpfen herum, um Figuren auf dem Bildschirm zu bewegen. Jetzt könnte der Traum, Videospiele mit dem eigenen Körper zu steuern und voll darin aufzugehen, wahr werden: Microsoft hat ein Gerät entwickelt, das die Spieler erfasst und ihre Bewegungen überträgt, auch ihre Mimik soll es analysieren und anhand der Stimme sogar Stimmungsschwankungen registrieren. »Project Natal« wird an die Spielkonsole Xbox 360 angeschlossen, es enthält eine Kamera und einen Infrarot-Tiefensensor, ein Mikrofon sowie einen Spezialprozessor für die Software. 30 Mal in der Sekunde soll das System die Bewegungen der Spieler anhand von 48 Skelettpunkten scannen und dabei Wohnzimmercouch und Gummibaum wegfiltern. Microsoft hat Projektskizzen präsentiert, in denen die Spieler sich mit Figuren auf dem Bildschirm unterhalten oder ein Auto steuern, indem sie die Hände vor sich halten und hin und her drehen, als ob sie ein Lenkrad bewegten. Sony arbeitet an einem ähnlichen Produkt, das im Herbst auf den Markt kommen soll. Es erinnert an Nintendos Controller für die Konsole Wii, mit der das Unternehmen die Steuerung von Videospielen revolutioniert hat. Sony gibt dem Spieler einen »Motion Controller« in die Hand. Dieser hat am oberen Ende eine Kugel, die LEDs in verschiedenen Farben leuchten lassen. Eine Kamera soll anhand der Größe und der Farbe dieses Markierungspunkts Gesten der Spieler erkennen. Auf dem Bildschirm wird daraus zum Beispiel ein Schwert oder eine Fackel. Sony hat zudem Beschleunigungs- und Rotationsmesser eingebaut, damit der Controller auch funktioniert, wenn die Kamera zu wenige Informationen erhält. Der Erfolg dieser Erfindungen hängt jetzt davon ab, was die Spieledesigner daraus machen. Sven Stillich

Die Privatpille

Seit Langem träumen Ärzte davon, jedem Kranken eine genau zu seinem persönlichen Leiden passende Therapie bieten zu können, hocheffektiv und mit geringen Nebenwirkungen. Denn in Wahrheit hat jeder Patient seine eigene Krankheit, auch wenn er die Diagnose mit vielen anderen teilt, und benötigt deshalb eigentlich eine spezielle Behandlung. Doch bislang betreuen die Mediziner ihre Patienten nach festem Schema: Je nach Diagnose folgt eine Standardtherapie, wie sie auch alle Leidensgenossen bekommen. Die Vision von der maßgeschneiderten Medizin soll nun Wirklichkeit werden – zunächst bei einigen schweren und komplizierten Erkrankungen: bei Krebs und psychischen Leiden wie Schizophrenie, Autismus und bei geistiger Behinderung.

Beispiel Krebs: Die Entstehung, das Wachstum und die Metastasenbildung der Geschwulste werden meist von Defekten in ganz unterschiedlichen Genen angetrieben, auch wenn sie zur selben Krebsart gehören. All diese Genfehler werden nun in einem gewaltigen Forschungsvorhaben, dem International Cancer Genome Consortium, nach und nach aufgespürt. Für jede Krebsart sollen dabei die Genome aus Tumorproben von 500 Patienten komplett decodiert werden.

Dass die neue Krebsmedizin funktionieren kann, will Hans Lehrach vom Max-Planck-Institut für molekulare Genetik beweisen. Man habe Krebspatienten, sagt er, die sich in fast allem unterscheiden, außer in der Lehrbuchklassifikation ihres Tumors – »und trotzdem behandeln wir alle gleich«. In einem Pilotprojekt erproben Lehrachs Team und Ärzte der Berliner Charité, wie stattdessen eine individuelle neue Tumormedizin aussehen muss. Dabei wird der Tumor jedes Patienten zuerst komplett entschlüsselt. Erst dann sollen die Kranken mit Medikamenten behandelt werden, die präzise gegen die Fehlfunktionen in ihren Krebszellen wirken.

Wie erfolgreich dieses Vorgehen sein kann, lernten die Mediziner durch die überraschende Wirksamkeit eines der ersten gezielt wirkenden Krebsmittel, des Leukämiepräparats Gleevec. Obwohl es nicht heilt, kann es die Krankheit lange Zeit unter Kontrolle halten. Das soll künftig mit anderen Tumorarten noch besser funktionieren. Sind erst genügend solcher Medikamente zur Hand, können die Ärzte ihre Patienten mit hocheffektiven Kombinationen aus drei oder vier Wirkstoffen behandeln und sie vielleicht heilen oder zumindest verhindern, dass sie am Krebs sterben.

Möglich wird das erst jetzt, durch die Fortschritte in der Erbgutentzifferung. Die Technik wird bald so schnell und billig sein, dass die persönlichen Erbanlagen jedes einzelnen Patienten decodiert werden können. Anhand des Genprofils und seines Einflusses auf die Krankheit soll dann eine individuelle Therapie entworfen werden.

Inzwischen wissen die Wissenschaftler, warum auch bei anderen Krankheiten eine maßgeschneiderte Therapie so viel besser wirken kann. Seit die ersten Genome, also die gesamten Erbanlagen von einzelnen Menschen, entziffert wurden, hat sich gezeigt, dass die Unterschiede zwischen ihnen viel größer sind, als bisher angenommen. Außerdem gilt als gesichert, dass die Vorgeschichte eines Kranken und sein Lebensstil – Ernährung, Bewegung, soziale Kontakte – einen direkten Einfluss auf die Funktion seiner Gene haben.

Besonders wichtig sind diese Erkenntnisse für die künftige Behandlung psychischer Leiden. Schizophrenie und Autismus etwa sind in hohem Maße erblich, doch es sind nicht immer dieselben ein oder zwei Gene, die diese Erkrankungen auslösen, wenn sie fehlerhaft sind. Stattdessen können offenbar Defekte in sehr vielen Genen und womöglich in zahlreichen Kombinationen eine autistische Störung bewirken. Jeder Patient hat demnach seine eigene »private« Defektliste. Deshalb muss für eine gezielte Behandlung künftig zunächst das Erbgut der Kranken entziffert werden.

Bei einigen Menschen mit geistigen Behinderungen wie dem sogenannten Fragiles-X-Syndrom 10 testen Pharmaunternehmen wie Roche oder Novartis solche Medikamente. Sie wirken gezielt auf neuronale Defekte, die von Genfehlern aus der Fragiles-X-Gruppe ausgelöst werden, und können womöglich die Behinderung zumindest mildern. Ulrich Bahnsen

Sonnenfängerfarbe

Wer die Energie der Sonne nutzen will, muss bisher mühsam Solarpaneele aufs Dach schrauben. Wäre es nicht praktisch, könnte man sein Haus einfach mit einer Farbe anpinseln, die das Sonnenlicht in Strom verwandelt? Einen großen Schritt in diese Richtung hat das australische Unternehmen Dyesol gemacht. Es hat einen Farbstoff entwickelt, der auf den Halbleiter Titandioxid aufgetragen wird. Fällt Sonnenlicht auf die Farbe, fließen Elektronen in den Halbleiter - wie in einer herkömmlichen Solarzelle entsteht ein Strom.

Die Stahlfirma Corus streicht damit bereits testweise Stahlfolie für Dächer an. Der Vorteil: Der Farbstoff und das Titandioxid sind billiger als das Silizium in normalen Solarzellen. Zudem funktioniert die Farbe sogar dann, wenn die Sonne nicht direkt darauf scheint. Allerdings wandelt sie in der Praxis nur 7Prozent der Sonnenenergie in Strom um, Siliziumzellen schaffen bis zu 20 Prozent. Bis 2015 will Dyesol den Wirkungsgrad auf 15 Prozent steigern.

Vorher wird die Farbe wohl nur im kleinen Maßstab zum Einsatz kommen. Die Firma G24 Innovations etwa beschichtet damit schon Plastikfolien, die zum Beispiel auf Taschen genäht werden. Die knautschfähigen Sonnenkraftwerke sollen bald unterwegs Handys und Notebooks aufladen. Stefanie Schramm