Biologie für Nicht-Majors I

Die wissenschaftliche Gemeinschaft hat in den letzten Jahrzehnten über den Wert der verschiedenen Arten von Wissenschaft debattiert. Ist es wertvoll, Wissenschaft um des reinen Erkenntnisgewinns willen zu betreiben, oder haben wissenschaftliche Erkenntnisse nur dann einen Wert, wenn wir sie zur Lösung eines bestimmten Problems oder zur Verbesserung unseres Lebens einsetzen können? Bei dieser Frage geht es um die Unterschiede zwischen zwei Arten von Wissenschaft: der Grundlagenwissenschaft und der angewandten Wissenschaft.

Die Grundlagenwissenschaft oder „reine“ Wissenschaft zielt auf die Erweiterung des Wissens ab, unabhängig von der kurzfristigen Anwendung dieses Wissens. Sie ist nicht auf die Entwicklung eines Produkts oder einer Dienstleistung von unmittelbarem öffentlichen oder kommerziellen Wert ausgerichtet. Das unmittelbare Ziel der Grundlagenwissenschaft ist Wissen um des Wissens willen, was jedoch nicht bedeutet, dass es am Ende nicht zu einer Anwendung führen kann.

Im Gegensatz dazu zielt die angewandte Wissenschaft oder „Technologie“ darauf ab, die Wissenschaft zur Lösung realer Probleme einzusetzen, um beispielsweise den Ernteertrag zu verbessern, ein Heilmittel für eine bestimmte Krankheit zu finden oder von einer Naturkatastrophe bedrohte Tiere zu retten. In der angewandten Wissenschaft wird das Problem in der Regel für den Forscher definiert.

Einige Menschen mögen die angewandte Wissenschaft als „nützlich“ und die Grundlagenwissenschaft als „nutzlos“ ansehen. Eine Frage, die diese Menschen einem Wissenschaftler stellen könnten, der für den Erwerb von Wissen eintritt, wäre: „Wozu?“ Ein aufmerksamer Blick auf die Geschichte der Wissenschaft zeigt jedoch, dass Grundlagenwissen zu vielen bemerkenswerten Anwendungen von großem Wert geführt hat. Viele Wissenschaftler sind der Meinung, dass ein grundlegendes Verständnis der Wissenschaft notwendig ist, bevor eine Anwendung entwickelt werden kann; daher stützt sich die angewandte Wissenschaft auf die Ergebnisse der Grundlagenwissenschaft. Andere Wissenschaftler sind der Meinung, dass es an der Zeit ist, sich von der Grundlagenwissenschaft zu lösen und stattdessen Lösungen für konkrete Probleme zu finden. Beide Ansätze sind berechtigt. Es stimmt, dass es Probleme gibt, die sofortige Aufmerksamkeit erfordern, aber nur wenige Lösungen würden ohne die Hilfe des durch die Grundlagenwissenschaft gewonnenen Wissens gefunden werden.

Ein Beispiel dafür, wie Grundlagen- und angewandte Wissenschaft zusammenarbeiten können, um praktische Probleme zu lösen, trat ein, nachdem die Entdeckung der DNA-Struktur zu einem Verständnis der molekularen Mechanismen der DNA-Replikation geführt hatte. DNA-Stränge, die bei jedem Menschen einzigartig sind, befinden sich in unseren Zellen, wo sie die für das Leben notwendigen Anweisungen liefern. Während der DNA-Replikation werden neue Kopien der DNA erstellt, kurz bevor sich eine Zelle teilt und neue Zellen bildet. Das Verständnis der Mechanismen der DNA-Replikation ermöglichte es den Wissenschaftlern, Labortechniken zu entwickeln, die heute zur Identifizierung genetischer Krankheiten, zur Lokalisierung von Personen, die sich an einem Tatort befanden, und zur Bestimmung der Vaterschaft eingesetzt werden. Ohne Grundlagenforschung würde es die angewandte Wissenschaft wohl kaum geben.

Abbildung 1. Das Humangenomprojekt war ein 13 Jahre dauerndes Gemeinschaftsprojekt von Forschern aus verschiedenen Wissenschaftsbereichen. Das Projekt wurde im Jahr 2003 abgeschlossen. (Quelle: U.S. Department of Energy Genome Programs)

Ein weiteres Beispiel für die Verbindung zwischen Grundlagen- und angewandter Forschung ist das Humangenomprojekt, eine Studie, bei der jedes menschliche Chromosom analysiert und kartiert wurde, um die genaue Sequenz der DNA-Untereinheiten und die genaue Position jedes Gens zu bestimmen. (Das Gen ist die Grundeinheit der Vererbung; die gesamte Gensammlung eines Menschen ist sein Genom.) Im Rahmen dieses Projekts wurden auch andere Organismen untersucht, um ein besseres Verständnis der menschlichen Chromosomen zu erlangen. Das Humangenomprojekt (Abbildung 1) stützte sich auf die Grundlagenforschung, die mit nicht-menschlichen Organismen und später mit dem menschlichen Genom durchgeführt wurde. Ein wichtiges Endziel war schließlich die Verwendung der Daten für die angewandte Forschung, um Heilmittel für genetisch bedingte Krankheiten zu finden.

Während die Forschungsanstrengungen sowohl in der Grundlagenwissenschaft als auch in der angewandten Wissenschaft in der Regel sorgfältig geplant werden, ist es wichtig, darauf hinzuweisen, dass einige Entdeckungen durch einen glücklichen Zufall, d. h. durch eine glückliche Überraschung, gemacht werden. Penicillin wurde entdeckt, als der Biologe Alexander Fleming versehentlich eine Petrischale mit Staphylococcus-Bakterien offen stehen ließ. Ein unerwünschter Schimmelpilz wuchs und tötete die Bakterien. Der Schimmelpilz stellte sich als Penicillium heraus, und ein neues Antibiotikum war entdeckt. Selbst in der hoch organisierten Welt der Wissenschaft kann Glück – wenn es mit einem aufmerksamen, neugierigen Geist kombiniert wird – zu unerwarteten Durchbrüchen führen.

Berichterstattung über wissenschaftliche Arbeit

Ob es sich bei der wissenschaftlichen Forschung um Grundlagenforschung oder angewandte Wissenschaft handelt, Wissenschaftler müssen ihre Ergebnisse mitteilen, damit andere Forscher ihre Entdeckungen erweitern und darauf aufbauen können. Kommunikation und Zusammenarbeit innerhalb und zwischen den Teilbereichen der Wissenschaft sind der Schlüssel zum Fortschritt des Wissens in der Wissenschaft. Aus diesem Grund ist ein wichtiger Aspekt der Arbeit eines Wissenschaftlers die Verbreitung von Ergebnissen und die Kommunikation mit Fachkollegen. Wissenschaftler können ihre Ergebnisse auf wissenschaftlichen Tagungen oder Konferenzen vorstellen, aber auf diese Weise erreichen sie nur eine begrenzte Anzahl von Teilnehmern. Stattdessen stellen die meisten Wissenschaftler ihre Ergebnisse in von Experten begutachteten Artikeln vor, die in wissenschaftlichen Zeitschriften veröffentlicht werden. Peer-reviewed-Artikel sind wissenschaftliche Arbeiten, die von den Kollegen eines Wissenschaftlers begutachtet werden. Bei diesen Kollegen handelt es sich um qualifizierte Personen, häufig Experten auf demselben Forschungsgebiet, die beurteilen, ob die Arbeit des Wissenschaftlers für eine Veröffentlichung geeignet ist oder nicht. Das Peer-Review-Verfahren trägt dazu bei, sicherzustellen, dass die in einer wissenschaftlichen Arbeit oder einem Finanzhilfeantrag beschriebene Forschung originell, signifikant, logisch und gründlich ist. Zuschussanträge, d. h. Anträge auf Forschungsfinanzierung, werden ebenfalls einer Peer Review unterzogen. Wissenschaftler veröffentlichen ihre Arbeit, damit andere Wissenschaftler ihre Experimente unter ähnlichen oder anderen Bedingungen reproduzieren können, um die Ergebnisse zu erweitern. Die Versuchsergebnisse müssen mit den Erkenntnissen anderer Wissenschaftler übereinstimmen.

Es gibt viele Fachzeitschriften und die Publikumspresse, die kein Peer-Review-System verwenden. Inzwischen gibt es eine große Anzahl von Open-Access-Online-Zeitschriften, also Zeitschriften, deren Artikel kostenlos erhältlich sind, von denen viele ein strenges Peer-Review-System anwenden, einige aber auch nicht. Die Ergebnisse von Studien, die in diesen Foren ohne Peer-Review veröffentlicht werden, sind nicht zuverlässig und sollten nicht die Grundlage für andere wissenschaftliche Arbeiten bilden. In einer Ausnahme können Zeitschriften einem Forscher erlauben, eine persönliche Mitteilung eines anderen Forschers über unveröffentlichte Ergebnisse mit der Erlaubnis des zitierten Autors zu zitieren.

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