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D2-Mission: Eigenlob und Fremdkritik

Eine erste Bilanz der zweiten deutschen Spacelab-Mission D-2 zogen der Programmwissenschaftler Peter Sahm und Projektwissenschaftler Manfred Keller im deutschen Kontrollzentrum Oberpfaffenhofen bei München unmittelbar nach der Landung der Raumfähre Columbia in der vergangenen Woche. Dabei hatten die beiden Forscher nur Positives zu vermelden. Die D-2-Mission sei mit ihren 88 Experimenten die komplexeste und qualifizierteste Spacelab-Mission gewesen, die es je gegeben habe.

Außerhalb des Kreises der unmittelbar Beteiligten wurde die Bedeutung des elftägigen Raumfluges dagegen eher skeptisch beurteilt. Wieviel Neues die knapp 900 Mio. DM teure D-2 Mission wirklich erbracht hat und welche Ergebnisse von praktischem Nutzen sein werden, ist derzeit noch schwer abzusehen. Die intensive Auswertung der gespeicherten Daten wird bis zu einem Jahr in Anspruch nehmen, verlautbarte das DLR aus Oberpfaffenhofen.

Ein Novum für die kommende Weltraumfahrt war der Einsatz eines interaktiven Kommunikationssystems, bei dem Experimente an Bord des Spacelab vom Nutzerzentrum für Mikrogravitation (Muse) in Köln-Porz aus beeinflußt wurden. Die als „Telescience“ bezeichnete Methode erlaubt die Fernsteuerung und Neuprogrammierung von Versuchen anhand von Echtzeit-Daten. Per Telescience nutzten die bodenständigen Forscher in Köln unter anderem das Holografische Optiklabor Holop. Diese Experimentieranlage dient der Aufklärung von Wärme-Stofftransport und Erstarrungsvorgängen zum Beispiel in Salzschmelzen und Flüssigkeiten.

Hauptinteressenten der Holop-Experimente sind Metallurgen und Gießereiforscher. Letztlich dient die Telescience-Technologie auch dem Ziel, in Zukunft mit weniger Astronauten auszukommen. Erdgebundene Wissenschaftler, so die Vision der DLR, könnten dann zu Hause bleiben, während Experten des Muse die hochfliegenden Experimentieranlagen betreuen.

Angesichts der wachsenden Kritik am Kosten-Nutzen-Verhältnis der bemannten Raumfahrt dürften Roboter in Zukunft immer häufiger die Aufgaben „echter“ Astronauten übernehmen. Zumindest eines der 88 Experimente der D-2 Mission wurde denn auch von einem Robotergreifarm ausgeführt, der von einem Team um Gerhard Hirzinger am DLR-Institut für Robotik und Systemdynamik entwickelt wurde. Nachdem Rotex – so der Name des „achten Astronauten“ – einen freischwebenden Aluminiumwürfel im Weltraum wieder eingefangen hatte, konnte Hirzinger nicht mehr an sich halten: „Wir sind begeistert, unsere kühnsten Erwartungen sind in Erfüllung gegangen!“ Das Ergebnis sei „eine Weltsensation“, man habe sich damit in der Robotertechnik einen Spitzenplatz gesichert.

Für Astronomen interessant sind die über 100 Aufnahmen der Ultraweitwinkelkamera Gauss. Mit einem Gesichtsfeld von 145 Grad wurden wie geplant Bilder der gesamten Milchstraße in sechs Spektralbereichen angefertigt. Die Aufnahmen vorwiegend junger Sterne und der von ihnen aufgeheizten Gasmassen liefern den Astrophysikern die Grundlagen für ein besseres Verständnis der Spiralarmstruktur der Milchstraße. Zusätzlich brachte die Gauss-Kamera mehrere stereoskopische Aufnahmen der Erdatmosphäre mit nach Hause.

Als „einzigartig in der Weltraumforschung“ bezeichnet die Deutsche Agentur für Raumfahrtangelegenheiten (Dara) ein mit fünf Objektiven bestücktes elektronisches Kamerasystem. „Mit dem Modularen Optoelektronischen Multispektral-Stereo Scanner Moms-02 erreicht die Beobachtung der Erdoberfläche eine neue Dimension“, sagt Heinz Stoewer, Dara-Geschäftsführer Nutzung, in Köln.

Anfänglich hatte es Schwierigkeiten mit der Kalibrierung des Instruments gegeben, die jedoch durch die Bodenkontrolle in Oberpfaffenhofen gemildert werden konnten. Als Testgebiete dienten während der D-2 Mission die südlichen USA und Mexiko, Nordafrika und Arabien sowie Australien und Südamerika. Im Rahmen eines UNO-Auftrags wurden außerdem kartographische Aufnahmen von Kambodscha gemacht. Begeisterung unter den beteiligten Wissenschaftlern rief vor allem die hohe Auflösung von bis zu 4,5 m hervor.

Moms-02 erlaubt die Erstellung digitaler Geländemodelle und entsprechender Karten im Maßstab bis zu 1:25 000. Dabei können wegen der hohen spektralen Auflösung sowohl Farben als auch Formen der Erdoberfläche erfaßt werden. Für die Umweltforschung interessant dürfte die Kartierung von Wald- und Flurschäden sein. Auch die EG-weit verordneten Flächenstillegungen für die Landwirtschaft könnten im Prinzip mit der Spezialkamera überwacht werden. Schließlich sollen auch Entwicklungsländer bei der Erschließung von Rohstoffen und der Infrastrukturplanung von der Weltraumkamera profitieren, die vom Forschungsministerium und der Dara seit 1977 gefördert wurde.

In Köln erklärte Heinz Stoewer, man wolle keine Datenfriedhöfe produzieren. Die Verteilung der Moms-Daten wird deshalb von der Deutschen Gesellschaft für Technische Zusammenarbeit (GTZ) unterstützt. Nach dem erfolgreichen Probelauf soll die Kamera ab Juni nächsten Jahres in deutsch-russischer Kooperation auf der Mir-Plattform Piroda zum Einsatz kommen. Im Gegensatz zur 11-tägigen D-2 Mission könnte Moms-02 Langzeitdaten liefern. Der Piroda-Einsatz ist auf bis zu 18 Monate ausgelegt.

Außerdem erreicht die russische Weltraumstation auf ihrer Umlaufbahn eine wesentlich höhere geographische Breite als die Raumfähre Columbia auf ihrer letzten Mission. Während Columbia nur Regionen zwischen 28,5 Grad südlicher und nördlicher Breite überflog – also etwa von Ägypten bis Südafrika – erreicht Mir 51,6 Grad, was der geographischen Breite von Berlin entspricht. Erst die Kooperation mit Rußland ermöglicht es also, die meisten interessanten Gebiete der Industrieund Entwicklungsländer zu beobachten.

Im Anthrorack, der fliegenden Miniklinik des Spacelab, untersuchten die deutschen Wissenschaftsastronauten Hans Schlegel und Ulrich Walter unter anderem das Herz-Kreislaufsystem, die Lunge und die Flüssigkeitsverteilung im Körper unter Schwerelosigkeit. Dabei wurde festgestellt, daß die Belüftung der Lunge entgegen der Lehrbuchmeinung nicht von der Schwerkraft abhängig ist.

Mit einem Akzelerometer, einem Meßgerät für Schwerefeldänderungen, wiesen die Astronauten nach, daß die Pumpleistung des Herzens im Prinzip auch ohne Eingriff gemessen werden kann. Ob aus dem spontan erdachten Versuch eine „wichtige und wegweisende medizinische Diagnostikmethode“ erwächst, bleibt abzuwarten; ebenso die Darstellung der DLR, wonach die Ergebnisse der D-2 Mission für die Aidsforschung von Bedeutung seien.

Unter Augenärzten umstritten ist die Behauptung, erst die D-1 Mission habe zur Entwicklung eines Selbsttonometers geführt. Das Tonometer ermöglicht die Messung des Augeninnendrucks, was die Diagnose des Grünen Stars erleichtert. Besonders umstritten sind die Versuche, an Bord des Spacelab Protein-Kristalle wachsen zu lassen.

Diese sollten größer und reiner sein als auf der Erde hergestellte Bio-Kristalle, so jedenfalls die Hoffnung von Professor Volker Erdmann vom Institut für Biochemie der Freien Universität Berlin, der sich mit seinem Team bereits an fünf unbemannten Missionen beteiligt hat und auch auf der D-2 Mission zwei Gestelle mit jeweils 24 Kristallisationskammern an Bord hatte. Diese Eigenschaften erleichtern eine Röntgenstrukturanalyse, mit der sich der Aufbau der hochkomplexen Biokatalysatoren bis in die kleinsten Details erfassen läßt. Die Röntgendaten wiederum fließen heute schon ein in die Entwicklung neuer, maßgeschneiderter Medikamente.

Die Mehrheit der bodenständigen Biochemiker glaubt allerdings nicht an „Medikamente aus dem AII“. So resümierten amerikanische Wissenschaftler kürzlich in der Zeitschritt „Nature“, die Mikrogravitationsforschung habe bisher keinen wesentlichen Beitrag zur Analyse irgendeines Eiweißkörpers geleistet. Auch der Nobelpreisträger Robert Huber vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried bei München stellte die Erfolgsmeldungen aus dem All in Frage. „Es gibt keinen Grund, warum Proteinkristalle unter Schwerelosigkeit besser wachsen sollten als auf der Erde. Es gibt keinen einzigen Fall, bei dem Kristalle aus dem Weltraum für die Analyse besser geeignet waren als solche, die auf der Erde gezogen wurden“, sagte der Nobelpreisträger. „Diese Experimente verlaufen erwiesenermaßen seit über zehn Jahren erfolglos, die Finanzierung sollte eingestellt werden.“

Huber verwies darauf, daß die Kosten der D-2 Mission in etwa dem gesamten Jahresetat der Max-Planck-Gesellschaft entsprechen, und forderte dazu auf, den wissenschaftlichen Nutzen beider Unternehmungen unter diesem Aspekt zu vergleichen.

(erschienen in den VDI-Nachrichten am 14. Mai 1993)

Grüne Gentechnik hat viele Schwellenländer erreicht

Während in Deutschland noch heftig darüber gestritten wird, ob gentechnisch veränderte Nutzpflanzen unter freiem Himmel angebaut werden dürfen, erfreuen sich die Produkte der grünen Gentechnik weltweit zunehmender Akzeptanz. Mehr als 800 Genehmigungen wurden seit 1985 allein in den OECD-Staaten für Freilandversuche erteilt. Auch viele Schwellenländer setzen die Gentechnik mittlerweile in der Pflanzenzucht ein; nicht zuletzt erhoffen sie sich davon einen Beitrag zur Ernährung ihrer wachsenden Bevölkerung.

Die Liste der freigesetzten Gewächse reicht heute schon von Alfalfa und Apfelbäumen über Kohl und Kartoffeln, Papayas und Petunien bis zur Zuckerrübe. Mindestens 26 Arten von Kulturpflanzen wurden bisher gentechnisch verändert. Die Ziele der Züchter und Chemiekonzerne, die sich an dieser Art von Forschung beteiligen, sind dabei ebenso vielfältig wie die Probleme der weltweiten Landwirtschaft.

Spitzenreiter der Entwicklung sind die Vereinigten Staaten und Kanada, wo jeweils über 300 Freilandversuche genehmigt wurden. Schlagzeilen machte in jüngster Zeit die Firma Calgene, die unter dem Namen „Flavr savr“ eine Tomate mit verlängerter Haltbarkeit entwickelte. Der „Geschmacksretter“ der kalifornischen Molekularbiologen stieß jedoch beim Verbraucher auf wenig Gegenliebe; die Markteinführung wurde zunächst verschoben.

Erfolgreicher war die Firma Monsanto aus dem Bundesstaat Missouri mit ihren Versuchen, Baumwollpflanzen vor verschiedenen Schmetterlingsraupen zu schützen. Per Gentransfer übertrugen die Wissenschaftler die Fähigkeit, ein insektentötendes Eiweiß herzustellen, vom Bacillus thuringiensis auf die Baumwolle.

Der „Genuß“ der Blätter wird für die gefräßigen Raupen des Eulenfalters so zur Henkersmahlzeit. Nach dem gleichen Prinzip wehren transgene Kartoffeln ihren ganz speziellen Freßfeind ab, den Kartoffelkäfer. Für andere Insekten ist das Bacillus-Toxin ebenso ungefährlich wie für den Menschen. Der Einsatz von Schädlingsbekämpfungsmitteln ließe sich mit dieser Methode deutlich reduzieren und gilt deshalb in Forscherkreisen als umweltfreundliche Alternative.

Umstritten ist dagegen der Nutzen Herbizid-resistenter Pflanzen. Neben Baumwolle ist man hier auch bei Tomaten, Sojabohnen, Raps und Mais schon weit fortgeschritten. Durch die Übertragung von Erbanlagen, die aus natürlich vorkommenden Bakterien stammen, trotzen diese Pflanzen verschiedenen Breitbandherbiziden, die sämtlichen Wild- und Unkräutern den Garaus machen.

Bei Monsanto und Calgene, aber auch bei Hoechst, Du Pont und der belgischen Firma Plant Genetic Systems wird argumentiert, der Gesamtverbrauch an so nannten Pflanzenschutzmitteln würde beim Einsatz Herbizid-resistenter Pflanzen zurückgehen. Unter dem Strich, so heißt es, würden mehrere Herbizide mit jeweils begrenztem Wirkungsspektrum durch ein einziges Breitbandherbizid ersetzt. Zudem seien Substanzen wie „Roundup“ (Monsanto) und „Basta“ (Hoechst) umweltverträglicher als heutige Herbizide, weil sie im Boden schnell zu ungefährlichen Verbindungen zerfallen.

Dem widersprechen praktisch sämtliche Umweltverbände, von Greenpeace über das Freiburger Öko-Institut bis zum Bund für Umwelt- und Naturschutz Deutschland. Sie erwarten einen deutlichen Mehrverbrauch an Unkrautvernichtungsmitteln und halten die neue Technik für eine bloße Rationalisierungsmaßnahme. Zur Hungerbekämpfung in der Dritten Welt könne der Einsatz Herbizid-resistenter Pflanzen ebenfalls keinen nennenswerten Beitrag leisten.

Auch wenn einzelne Anwendungen weiter umstritten sind, kann die Sicherheitsbilanz der grünen Gentechnik sich durchaus sehen Jassen. Über Zwischenfälle, bei denen Mensch oder Umwelt zu Schaden kamen, ist bisher nichts bekannt. Befürchtungen, wonach transgene Pflanzen sich unkontrolliert ausbreiten oder die Existenz einheimischer Wildpflanzen gefährden könnten, haben sich ebenfalls nicht bewahrheitet.

„Die Wissenschaft ist sich einig darüber, daß die Risiken der Gentechnik denen herkömmlicher Zuchtmethoden vergleichbar sind“, bilanzierten deshalb die Veranstalter des 2. Internationalen Symposiums zur Sicherheit genmodifizierter Organismen, das letztes Jahr in Gosslar stattfand. In den USA wird sogar geprüft, ob die Genehmigungsverfahren für Freilandexperimente teilweise durch eine schriftliche Anmeldung ersetzt werden können.

Innerhalb Europas erstreckt sich das Spektrum transgener Pflanzen von Raps und Kartoffeln, die als Quelle hochwertiger nachwachsender Rohstoffe dienen sollen, bis zu gelben, violetten und cremefarbenen Chrysanthemen der Varietät „Moneymaker“. In der Statistik führt Frankreich mit bisher 77 genehmigten Freisetzungen, gefolgt von Belgien (62), Großbritannien (45) und den Niederlanden (22).

Die flächenmäßig größten Freisetzungen genmanipulierter Organismen aber fanden bisher in der Volksrepublik China statt, wie Professor Zhang-Liang Chen, Pflanzengenetiker an der Universität Peking, seinen staunenden Kollegen in Gosslar berichtete.

Im Reich der Mitte hielt man sich dabei nicht lange mit Überlegungen zum Risikopotential der neuen Technik auf. Genehmigungsverfahren oder einschlägige Gesetze gibt es bisher nicht. Die ohnehin schon positive Haltung der chinesischen Behörden gegenüber der Gentechnik wurde noch verstärkt, seit beim Aufbau von Reis und Sojabohnen Ertragssteigerungen zwischen 5 % und 10 % erzielt wurden.

Erreicht wurde dies auf Versuchsflächen von über einer Million Hektar durch genmanipulierte Bakterien der Gattung Rhizobium. Die Mikroben, die auch als „Knöllchenbildner“ bekannt sind, können Luftstickstoff zu Ammonium reduzieren. Sie liefern der Pflanze dadurch einen lebenswichtigen Nährstoff und ersetzen teuren Kunstdünger.

Allerdings funktionierte die Symbiose zwischen natürlich vorkommenden Bakterien und Pflanzen bisher fast ausschließlich bei Gewächsen aus der Familie der Leguminosen wie Luzerne, Klee, Bohnen und Erbsen.

Englische und australische Arbeitsgruppen mühten sich bisher vergebens, die Rhizobien auch zur „Zusammenarbeit“ mit Reis, Raps und Weizen zu bewegen. Sollten die Chinesen tatsächlich beim Reis erfolgreich gewesen sein, käme dies einer wissenschaftlichen Sensation gleich. Langfristig könnten dann eine Milliarde Menschen, die weltweit ihre Reisfelder bewirtschaften, von der grünen Gentechnik profitieren.

(erschienen in den „VDI-Nachrichten am 2. April 1993)

Beschleunigter Abschied von den Ozonkillern

Vertreter von 91 Nationen haben in der vergangenen Woche den Ausstieg aus der Anwendung und Produktion der ozonzerstörenden Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) beschlossen – und zwar bereits zum Ende des Jahres 1995 und damit fünf Jahre früher als bisher vorgesehen.

Was sich zunächst wie ein großer Erfolg anhört, ist beim näheren Hinsehen eine Vereinbarung mit zahlreichen Lücken. Ursprünglich hatte Bundesumweltminister Klaus Töpfer bis 1995 ein weltweites Verbot der FCKW angestrebt – in Kopenhagen wurde den Entwicklungsländern jedoch eine Übergangsfrist bis zum Jahr 2010 eingeräumt. Ursprünglich sollten in den strikten Ausstiegsplan auch die weniger gefährlichen, sogenannten teilhalogenierten FCKW (H-FCKW) einbezogen werden, stattdessen sind H-FCKW noch bis zum Jahr 2030 erlaubt; bis 2004 muß der Einsatz von H-FCKW um ein Drittel gesenkt werden. Nicht zuletzt fiel auch das Schädlingsbekämpfungsmittel Methylbromid durch das Ausstiegsraster. Die ebenfalls ozonzerstörende Substanz erhielt in Kopenhagen kein Zeitlimit verpaßt. Die Produktionsmengen – derzeit jährlich rund 20 000 t – sollen vielmehr ab 1995 auf das Niveau von 1991 eingefroren werden.

Entsprechend enttäuschend fielen die Kommentare aus. „Unzureichend und unbefriedigend“ beurteilte Bundesumweltminister Töpfer nach seiner Rückkehr die Ergebnisse von Kopenhagen. „Die H-FCKW sind kein wirklicher Ersatz, ihr Verbot muß beschleunigt werden“, bemängelte er, vor allem weil H-FCKW als Treibhausgase zur Erwärmung der Erdatmosphäre beitragen. Vertreter der Umweltschutzorganisation Greenpeace sprachen von einem „eleganten Scheitern“ der Konferenz, als „halbherzig und unverantwortlich“ kritisierte die SPD in einer Stellungnahme die Kopenhagener Beschlüsse.

Wie schnell ein Ende der FCKW-Produktion realisierbar ist, hängt nicht zuletzt von den zur Verfügung stehenden finanziellen Mitteln ab. Bis zum Jahr 2010 müssen die Industrienationen voraussichtlich mehrere Milliarden Dollar bereitstellen, um den Übergang zu ozonfreundlichen Technologien zu fördern. Aus einem „Interim Multilateralen Fonds“, der im Juni 1990 in London eröffnet worden war, wurden den Entwicklungsländern für die Jahre 1991 bis 1993 insgesamt 240 Mio. Dollar zugesagt. Weitere 350 bis 500 Mio. Dollar sollen 1994 bis 1996 folgen. Harte Kritik übte allerdings der Generalsekretär der UNO-Umweltorganisation UNEP, Mostafa Tolba, an der schlechten Zahlungsmoral: Eine ganze Reihe von Industriestaaten seien ihren Verpflichtungen für 1991 noch immer nicht nachgekommen.

Der Weltverbrauch von FCKW, der 1987 noch über 1 Mio. t lag, hat seit der Verabschiedung des Montrealer Protokolls zum Schutz der Ozonschicht um 40 % abgenommen. In Deutschland, forciert durch die FCKW-Halon-Verbotsverordnung, nach Angaben des Bundesumweltministeriums gar um 60 %. Noch im Laufe des kommenden Jahres will die Industrie in Deutschland „nahezu vollständig“ aus Verbrauch und Produktion von FCKW aussteigen, heißt es in einer Vereinbarung zwischen einheimischen Herstellern, Anwendern und dem Bundesumweltminister.

Mit den Beschlüssen von Kopenhagen ist das FCKW-Problem aber noch lange nicht aus der Welt. „Das Maximum der Ozonschichtzerstörung wird erst um das Jahr 2005 erreicht werden“, prognostiziert Prof. Paul Crutzen vom Mainzer Max-Planck-Institut für Chemie. Mittlerweile schwindet nicht nur über der Antarktis, sondern auch über Europa und Nordamerika der vor gesundheitsschädlichen UV-Strahlen schützende Ozonschild. Für die Winter- und Frühlingsmonate wurde laut Crutzen in den 80er Jahren ein Rückgang von etwa 8% registriert. „Wenn dieser Trend sich fortsetzt, müssen wir mit einer weiteren Abnahme um 10 % bis 15 % rechnen.“

Auch der Atmosphärenchemiker ist mit den Ergebnissen aus Kopenhagen nicht so recht zufrieden. „Ich ärgere mich, daß alles so lange dauert.“ Dafür sind nach Ansicht Crutzens nicht nur die Politiker verantwortlich. „Auch die Industrie hätte schneller reagieren können“, kritisiert er, „und beispielsweise die Forschung in nennenswertem Umfang unterstützen müssen.“

(mein erster Artikel für die VDI-Nachrichten, erschienen am 4. Dezember 1992)