Physikerin Gebeshuber: "Ich sehe die Natur als Schatzkiste"

profil: Ihr erster großer Forschungserfolg basiert auf einem Missgeschick. Was ist passiert? Ille C. Gebeshuber: Ich war damals gerade von Wien an die Universität von Kalifornien in Santa Barbara gekommen und hatte meine Haustiere mitgebracht: kleine Wasserschnecken aus der Lobau. In Kalifornien sollte ich Experimente mit Hunderten Arten von Kieselalgen machen, die man bis dahin unter dem Rasterkraftmikroskop nicht lebendig beobachten konnte, weil sie nicht gut genug an den Versuchsgläsern hafteten. Ich hatte nun dieses Aquarium mit den Kieselalgen, aber noch keinen Platz für die Schnecken. Also setzte ich sie dazu. Dann organisierte ich mir eine Wohnung, lernte die Uni kennen und vergaß, die Schnecken zu füttern. Als ich wieder ins Aquarium blickte, war da nichts mehr, nur noch meine wohlgenährten Schnecken, die fast alle Kieselalgen aufgefressen hatten. Zuerst war ich verzweifelt und dachte daran, wieder nach Hause zu fahren. Aber dann hatte ich eine Idee: Die wenigen Algen, die die rauen Raspelzungen meiner Schnecken überlebt hatten, mussten besonders gut haftende Kieselalgenarten sein. So entstanden die weltweit ersten Bilder von lebenden Kieselalgen mit dem Rasterkraftmikroskop, die in der Fachwelt viel Aufmerksamkeit bekamen. Weitere Experimente zeigten, dass der Unterwasserkleber der Algen extrem stark ist und sich sogar selbst reparieren kann.

profil: Gibt es bereits Unternehmen, die diesen Superkleber verwenden? Gebeshuber: Amerikanische Wissenschafter haben mit dem Unternehmen 3M an den Kieselalgen weitergeforscht und nach deren Vorbild Hochleistungskleber entwickelt. In weiterer Folge wäre es denkbar, schusssichere Westen zu entwickeln, die sich selbst heilen, oder sich nach einem Unfall regenerierende Autoteile.

profil: Wollen Sie nicht selbst daran weiterforschen? Gebeshuber: Ich sehe es als meine Aufgabe, die Samen auszusäen. Wenn ich etwas Neues entdeckt habe, überlasse ich die Weiterentwicklung gerne anderen und begebe mich auf die Suche nach neuen Vorbildern in der Natur.

profil: Ihre erste Dschungelexpedition haben Sie mit Ingenieuren des Flugzeugbauers Boeing unternommen. Was haben Sie dort gemacht? Gebeshuber: Wir waren mit Biologen, Ingenieuren und Materialwissenschaftern bei einem Design-Workshop in Costa Rica. Die Boeing-Mitarbeiter sollten sich im Regenwald Inspiration für Geräuschminimierung in der Flugzeugkabine holen. Wir wählten unter anderen Zikaden als Untersuchungsobjekt. Wenn man einen Zikadenkörper aus Plastik nachformt und an einem Ende weißes Rauschen hineinschickt, bei dem alle Frequenzen ja mit der gleichen Intensität enthalten sind, kommt am anderen Ende ein Zikadengesang heraus. Auch die Form des Vogelkopfs beeinflusst den Klang des Gesangs. Wir haben auch Spinnennetze begutachtet, wie sie mit Vibrationen umgehen. Vibrierende Objekte in der Flugzeugkabine verursachen unangenehme Geräusche. Sie zu steuern oder in angenehmere Geräusche umzuwandeln, war das Ziel der Expedition. Boeing hat dann auch einige Patente eingereicht.

profil: Wie kann man aus Sonnenblumen Metall gewinnen? Gebeshuber: Man weiß schon viele Jahrhunderte lang, dass gewisse Pflanzen bevorzugt auf Böden mit bestimmtem Metallgehalt wachsen. Für die meisten Pflanzen sind Schwermetalle höchst giftig. Besonders widerstandsfähige Arten haben sich genau dort angesiedelt, wo andere nicht wachsen konnten. In den gelben Blütenblättern der Sonnenblume findet man verstärkt Kupfer und Kadmium. Essen Sie einmal so ein Blatt, es schmeckt metallisch. Die Blume schützt sich so vor Fressfeinden. Zuletzt habe ich mit meinen Kolleginnen Eva Oburger und Karin Whitmore sowie meinen Studenten Johanna Amlacher und Hakan Gocerler eine Pflanze gefunden, die Wolfram einlagert. Das Schwermetall ist dem Mikronährstoff Molybdän, den die Pflanze braucht, sehr ähnlich. Sie zieht ihn mit ihrer Wurzel aus dem Boden und kommt erst beim Übergang zwischen Wurzel und Stamm darauf, dass sie versehentlich Wolfram aufgenommen hat. Also leitet sie das Wolfram nicht weiter in die Blätter, sondern lagert es im Stängel ein. Bisher wusste man nicht, warum manche Pflanzen Wolfram aufnehmen. Wir haben eine Erklärung gefunden.

profil: Was kann man mit dieser Erkenntnis machen? Gebeshuber: Wolfram ist für Österreich sehr wichtig. Wir haben in Mittersill eines der größten Wolfram-Abbauunternehmen der Welt. Interessanterweise gibt es in Mittersill endemische Pflanzen, also Pflanzen, die nur in diesem Gebiet wachsen. Das könnte mit dem Wolframgehalt in der Erde zusammenhängen. Nun wollen wir herausfinden, ob man mithilfe dieser Pflanzen aus den Abraumhalden das restliche Wolfram herauslösen könnte.

profil: Könnte man Wolfram aus der Pflanze ernten? Gebeshuber: Wolframsulfid ist ein wunderbares Schmiermittel für Metall. Wir untersuchen derzeit, wie man Wolfram aus der Pflanze lösen könnte. In Zukunft wollen wir aber nicht die Pflanzen verwenden, sondern deren Technik verstehen und kopieren. Wenn wir wissen, wie sich die Pflanze chemisch verhält, könnten wir zum Beispiel Wolfram aus Elektronikschrott holen und wiederverwerten, und zwar nicht mit hohem Energieaufwand wie heute, sondern unter ganz normalen Temperaturen und Umgebungsbedingungen.

profil: Es gibt sogar Pflanzen, die Gold produzieren. Welche sind das, und wie machen sie das? Gebeshuber: Ich war vor Kurzem in Bombay, wo eine Forscherin meinen Vortrag über Bergbau mit Pflanzen hörte und mich ansprach. Ihr Vater holt aus einer ehemaligen indonesischen Mine das restliche Gold heraus und verwendet dafür hochgiftige Substanzen wie Quecksilber. Sie will ihrem Vater nun nahelegen, es mit Indischem Senf zu probieren. Diese Pflanze kann Gold aus dem Boden aufnehmen. Zum Goldbergbau mit Pflanzen benötigt man allerdings zusätzlich giftige Zyanide, die das Gold im Boden lösen. Zum Glück hat man gerade herausgefunden, dass jene natürlichen Zyanide, die von Sojapflanzen ausgeschieden werden, verwendet werden könnten. Eine Pflanzengemeinschaft aus Indischem Senf und Soja könnte die Lösung sein.

profil: Gibt es bereits Goldbergbau mit Senf? Gebeshuber: Der neuseeländische Wissenschafter Chris Anderson betreibt mit seinem Unternehmen Croesus auf Goldabraumhalden in Indonesien Pflanzenbergbau. Er erntet das trockene Kraut, verbrennt es, gewinnt dadurch thermische Energie und Gold. So kann man zehn Milligramm Gold pro Kilogramm trockener Pflanzenmasse erhalten, vorausgesetzt, die Pflanzen stehen auf goldhaltigem Boden. Ein paar tausend Euro pro Hektar und Jahr kann man damit verdienen. Und man reinigt damit auch noch den Boden.

profil: Eigentlich sind Sie dafür, dass die Menschen auf Metall verzichten. Wie stellen Sie sich das vor? Gebeshuber: Ich denke, dass die Zeit der Metalle bald vorbei sein wird. Wir verwenden derzeit Metalle in Bereichen, in denen es nicht nötig wäre. Zum Beispiel für Baugerüste, Türklinken, Fernseher- oder Uhrengehäuse. Es gibt wunderbare biomineralisierte Materialien, die mindestens genauso gute Eigenschaften haben wie Metalle. Biomineralisation ist die Herstellung von Legierungen, Mineralien und komplexen Verbundwerkstoffen in Organismen unter Umgebungsbedingungen, also ohne großen Energieaufwand wie durch Erhitzen. Ein Beispiel ist Glas, das seit Jahrmillionen von bestimmten Mikroorganismen hergestellt wird. Im Baikalsee gibt es auch einen Glasschwamm, der einen drei Meter langen Glasstab erzeugt, mit dem er sich im Boden verankert. Davon zu lernen und diese Methoden technisch anzuwenden, ist die Aufgabe der Wissenschaft in den nächsten Jahren.

profil: Wie weit sind wir davon entfernt, Glas ähnlich diesem Schwamm wachsen zu lassen? Gebeshuber: Wir könnten es bald schaffen, Materialien wachsen zu lassen. Das große Problem ist aber: Wir haben noch keine Möglichkeiten, das Wachstum wieder zu stoppen. Ein natürlicher Glasschwamm wächst nicht so lange, bis alles Material in seiner Umgebung aufgebraucht ist. Er hat Regulationsmechanismen, die wir leider noch nicht verstanden haben. Bevor wir daran denken, eine Brücke in einem Fluss wachsen zu lassen, müssen wir herausfinden, wie wir sie programmieren können, dass sie auch wieder aufhört zu wachsen. Das Tolle an vielen organischen Materialien ist auch, dass sie verrotten, sobald sie nicht mehr gebraucht werden, und als Dünger dienen. Es wäre großartige Ingenieurskunst, wenn unsere Computer, unsere Autos und unsere Möbel mithilfe eines Signals zu Dünger zerfallen würden, wenn wir sie nicht mehr brauchen. Das klingt vielleicht wie Science-Fiction, aber wir haben Vorbilder aus der Natur, bei denen das einwandfrei funktioniert.

profil: Sie bezeichnen strukturiertes Kalziumkarbonat als Wunderstoff der Zukunft. Was kann es? Gebeshuber: Vogeleier, Perlen, Korallen und Schneckenschalen bestehen großteils aus dieser Substanz. Ganze Bergketten wie die Kalkalpen entstanden aus den Überbleibseln von Pflanzen und Tieren. In all diesen Organismen wird Kohlenstoff gespeichert, manchmal für Millionen von Jahren. Außerdem ist das Material relativ einfach herzustellen, in verschiedensten funktionalen Formen. Kalziumkarbonat könnte den Weg für menschgemachte, programmierbare Strukturen öffnen, die man gezielt wachsen lassen kann. Auch Anwendungen im Nanobereich sind mit Kalziumkarbonat möglich. Bei Nanostrukturen ist übrigens Vorsicht geboten: Materialien, die im Großen völlig ungiftig sind, können im Kleinen plötzlich hochtoxisch werden. Bei Kalziumkarbonat und Siliziumdioxid, dem Hauptbestandteil von Glas, weiß man bereits, dass sie in vielen natürlich vorkommenden Nanostrukturierungen völlig ungefährlich sind.

profil: Sie haben es erstmals geschafft, einen einem Schmetterlingsflügel nachempfundenen Farbstempel zu entwickeln. Wie funktioniert er? Gebeshuber: Manche Schmetterlingsflügel haben eine ganz besondere Nanostruktur. Ihre Farbe entsteht nicht durch Pigmente, sondern bildet sich rein aus der Struktur ihrer Oberfläche. Diese bedingt auch, dass Wasser, Schmutz und sogar Honig abtropfen, ohne Spuren zu hinterlassen. Technologisch können wir ähnliche Strukturen derzeit nur mit großer Mühe und sehr teuer herstellen. Meine Doktorandin Sigrid Zobl von der Akademie der bildenden Künste in Wien hat aus Polyvinylsiloxan, einer Abdruckmasse aus der Zahntechnik, erstmals einen wiederverwendbaren Meisterstempel vom Flügel des Blauen Morphofalters hergestellt. Er ist mit mehreren Quadratzentimetern größer als alle bisher erzeugten Stempel. Im Moment verwenden wir noch Epoxidharz, ein giftiges Material, auf das wir die Nanostruktur des Schmetterlings stempeln. Doch wir suchen nach nachhaltigen Materialien wie pflanzlichen Hartwachsen, auf die wir die Farbe und die wasser-und schmutzabweisende Struktur auftragen können.

profil: Wie könnte man diese besonderen Farben einmal verwenden? Gebeshuber: Man könnte Walzen entwickeln und damit Nanostrukturen und kräftige Farben auf Tapeten und Werbeplakate rollen. Man könnte Vorhänge für die Oper konstruieren, die ihre Farbe mit der Musik verändern. Schalldruckempfindliche Farben sind denkbar. Oder man könnte Nachrichten auf Wände drucken, die nur im Brandfall durch die Anlagerung von Verbrennungsgasen sichtbar werden. Jährlich sterben Millionen Vögel durch Wolkenkratzer, weil sie die Fenster nicht sehen, dagegenfliegen und sich das Genick brechen. Strukturfarben könnten als Beschichtung für Fenster verwendet werden, die nur für Vögel sichtbar ist, nicht aber für Menschen, da wir in unterschiedlichen Lichtwellenlängenbereichen sehen.

profil: Sie verwenden für Ihre Versuche Flügel von natürlich verstorbenen Schmetterlingen aus dem Tiergarten. Wie stehen Sie zu Tierversuchen? Gebeshuber: Ich finde es sehr schlimm, wenn Tiere für uns leiden. Ich habe den größten Respekt vor den kleinsten Lebewesen. In der Medizin lassen sich Tierversuche wahrscheinlich nicht immer vermeiden. In der Bionik sehe ich die Natur als Schatzkiste, von der ich lernen kann für meine Technologie, ohne dafür Lebewesen zu töten oder zu verletzen.

profil: Sie gehen regelmäßig mit Kindern in die Au. Diese bekommen große Augen, wenn Sie ihnen von der Goldenen Spinne aus Madagaskar erzählen. Gebeshuber: Wenn Mountainbiker dort durch den Dschungel fahren, müssen sie aufpassen. Das Netz der Goldenen Spinne ist extrem stark und kann die Radfahrer bremsen, wenn sie nicht genug Schwung haben. Spinnenfäden sind ein wunderbares Material, mit dem sich derzeit weltweit Hunderte Forschungsgruppen beschäftigen.

profil: Es gibt Bakterien, die Magnete erzeugen. Wie funktionieren sie? Gebeshuber: Diese Bakterien sind anaerobe Lebewesen, das heißt, Sauerstoff ist für sie Gift. Sie leben zum Beispiel im Faulschlamm der Tümpel in der Lobau. Normalerweise sinken Bakterien im Wasser nicht nach unten, sondern schweben darin. Diese besonderen Bakterien haben Magnete in ihrem Inneren, die sich aufreihen wie Perlen auf einer Kette. So bilden sie einen Stabmagneten. Dieser orientiert sich entlang des Magnetfelds der Erde. Mithilfe eines Geißelmotors schwimmt das Bakterium aktiv nach unten in den Schlamm.

profil: Kann man diese Bakterien nutzen? Gebeshuber: Errichtet man ein künstliches Magnetfeld, kann man die Richtung der Bakterien beeinflussen. Kanadischen Forschern ist es kürzlich gelungen, sie mit Medikamenten zu bestücken und zielgenau über die Blutbahn in jenen Körperteil von Mäusen zu bringen, in dem die Mittel wirken sollen.

profil: Ihr Freund und Kollege Wilhelm Barthlott, der den Lotuseffekt entdeckt hat, arbeitet derzeit an der Entwicklung besonderer Pestizide aus Wachs. Gebeshuber: Genau. Viele Pflanzen, zum Beispiel Farne im malayischen Dschungel, sind mit einer dünnen Wachsschicht im Nanobereich überzogen. Dieses Wachs ist völlig ungiftig, aber für Fressfeinde unangenehm. Daraus lassen sich hervorragende Pestizide entwickeln.

profil: In Ihrem Buch weisen Sie auch auf die Gefahren der Nanotechnologie hin. Welche sind das? Gebeshuber: Das ist wie mit einem Messer: Man kann damit Brot schneiden oder jemanden ermorden. Die Einsatzmöglichkeiten der Nanotechnologie im militärischen Bereich sind vielfältig und gefährlich. Sie reichen von Massenüberwachung durch Miniroboter bis zur rasend schnellen Verbreitung von Giften oder Krankheiten.

profil: In Ihrer Freizeit reiten Sie gerne auf Kamelen. Ist das für Sie reine Entspannung oder lassen Sie sich von den Tieren auch für die Technik inspirieren? Gebeshuber: Ich habe mich auch schon wissenschaftlich mit diesen wunderbaren Geschöpfen beschäftigt. Ihr Wassermanagement ist hervorragend. Mit ihrer Nase holen sie die letzten Reste Wasser aus der ausgeatmeten Luft. Aber ich reite auch gerne zum Spaß. Meine Freundin Gerda Gassner betreibt bei Melk die erste österreichische Kamelreitschule. Dort gibt es sogar Therapiekamele für Kinder mit besonderen Bedürfnissen. Im Sommer planen wir eine Kamelreise in die Mongolei.