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19. Juni 2021

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Biologische Netzwerke und Chromosomen und Quantenphysik

Biologische Netzwerke und Chromosomen und Quantenphysik© OeAW

Innsbrucker Experimentalphysiker Rudolf Grimm und Wiener Zellbiologe Daniel Gerlich und Wiener Mathematiker Ansgar Jüngel erhalten hochrangige europäische Forschungspreise.

(red/mich) Die ERC-Grants des European Research Council (ERC) gelten als die prestigeträchtigsten und höchstdotierten Förderungen der europäischen Forschungslandschaft. Zudem eröffnet die langfristige Finanzierung für herausragende Forschungsideen vielfältige Möglichkeiten. Zwei Forscher der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) und ein Forscher der TU Wien wurden nun in der aktuellen Vergaberunde für ihre innovativen Projekte ausgezeichnet.

Experimentalphysiker Rudolf Grimm vom Innsbrucker Institut für Quantenoptik und Quanteninformation der Uni Innsbruck und Zellbiologe Daniel Gerlich vom Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) in Wien für die OeAW. Ein weiterer Grant ging an die TU Wien: Ansgar Jüngel vom Institut für Analysis und Scientific Computing der TU Wien wird ebenso mit einem über 1,9 Mio. Euro dotierten ERC Advanced Grant ausgezeichnet.

Neue Generation quantenphysikalischer Experimente
Grimm erforscht neuartige Superfluide in ultrakalten sogenannten fermionischen Systemen. Es geht dabei um einen Quanteneffekt, der bei extrem tiefen Temperaturen auftritt: Suprafluidität. Das ist eine Eigenschaft von Stoffen, die bei tiefen Temperaturen jegliche innere Reibung verlieren. Sie wurden bisher nur teilweise wissenschaftlich durchleuchtet.

Anhand einer Art Modellsystem, das ein ultrakaltes Atomsystem simuliert, kombiniert Experimentalphysiker Grimm Teilchen verschiedener Atomsorten und versucht so zu verstehen, warum Strömungen in diesem System reibungslos sein können. „Der ERC Grant bietet die fantastische Möglichkeit ohne finanzielle Sorgen und mit längerfristiger Perspektive in einem risikoreichen Projekt etwas völlig Neues zu erforschen“, so Rudolf Grimm.

Von Schlaufen und Klammern
Daniel Gerlich widmet sich der Chromosomenbiologie. Der Zellbiologe möchte gemeinsam mit seinem Team herausfinden, wie replizierte Schwesterchromatiden, also die durch Verdopplung bei der Zellteilung auseinander hervorgegangenen Chromatiden eines Chromosoms, topologisch interagieren. Mit diesem Vorhaben verspricht er sich neuartige Perspektiven auf DNA-Reparatur und Genexpression, also dem regulierten Ablesen der Erbinformation.

Mithilfe neuer Markierungsmethoden und DNA-Sequenzierung wird untersucht, wie nach dem Kopieren der Erbinformation die zwei Schwesterchromatiden angeordnet sind und welche Rolle der Verpackungsvorgang der DNA bei der Zellteilung spielt. „Mit der von uns weiterentwickelten Methode können wir messen, wie sich diese Schwestermoleküle zueinander verhalten und wie die in Schlaufen gelegte DNA und die Klammern über die DNA funktionieren“, erklärt Gerlich. „Die großzügige fünfjährige finanzielle Ausstattung eröffnet nun völlig neue Horizonte in der Forschungsarbeit“, freut sich der ÖAW-Forscher.

Künstliche Intelligenz auf Basis biologischer Netzwerkstrukturen
Ansgar Jüngel von der TU Wien möchte in seinem Forschungsprojekt „Emergente Netzwerkstrukturen und neuromorphe Anwendungen“ mathematische Methoden entwickeln, um Netzwerkstrukturen besser zu verstehen. Dabei geht es etwa um das Verhalten einzelner Nervenzellen, das man auf physikalischer Ebene beschreiben kann, aber auch um die Gesetze ihres Zusammenspiels, um ihr kollektives Verhalten und über Möglichkeiten, ähnliche Netzwerke auch aus elektronischen Bauteilen herzustellen. „Die Entwicklung der Computer stößt an eine natürliche Grenze“, sagt Ansgar Jüngel.

„Bis vor kurzem galt das sogenannte Mooresche Gesetz, wo sich ungefähr alle zwei Jahre die Zahl der Transistoren pro Computerchip verdoppelten. Inzwischen ist das nicht mehr möglich.“ Fortschritt kann also nur mit neuen Ideen erzielt werden, etwa über Beispiele aus der Natur: Was können biologische Systeme lehren? Wie funktioniert das Gedächtnis und was ist daraus für künstliche Intelligenz ableitbar? „Man kann etwa Nervenzellen simulieren, die Verbindungen wachsen lassen und ein Netz ausbilden und dabei die Frage stellen: Wie hängt dieses Netz von den Nervenimpulsen ab?“, erläutert Jüngel von der TU-Wien.

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red/mich, Economy Ausgabe Webartikel, 07.05.2021