Top-Wissenschaftsgeschichten des Jahres 2024

Dieses Jahr mit der höchsten Hitze brachte atemberaubende Polarlichter, eine Gehirnkarte, eine Dengue-Epidemie, den ersten Blick auf Gesteinsbrocken auf der Rückseite des Mondes, einen Kampf um die Energieversorgung von KI-Systemen und vieles mehr.

Von Nicola Jones 17.12.2024

Da in diesem Jahr fast die Hälfte der Weltbevölkerung an den Wahlen teilnahm, beherrschte die Politik die Schlagzeilen. Aber auch Wissenschaft und Natur zogen die Aufmerksamkeit der Öffentlichkeit auf sich. Das Knowable Magazine wirft hier einen Blick auf einige der wichtigsten forschungsbezogenen Ereignisse und Entdeckungen des Jahres 2024 sowie auf einige Studien und politische Maßnahmen, deren Entwicklung wir im kommenden Jahr mit Spannung erwarten.

Himmelsshow

Himmelsereignisse veranlassten dieses Jahr viele Menschen, ihren Blick gen Himmel zu richten, wobei die Sonne im Mittelpunkt stand.

Im April hielten Millionen von Menschen an, um die „ Große Nordamerikanische Sonnenfinsternis “ zu beobachten . Totale Sonnenfinsternisse finden alle ein bis zwei Jahre statt, doch diese bot die längste vom Festland aus sichtbare Totalität seit über einem Jahrzehnt und warf ihren Schatten auf einen Pfad direkt über Nordamerika. Das Schauspiel war vor allem als öffentliches Spektakel interessant, doch auch Citizen-Science-Projekte trugen dazu bei, Daten zu sammeln, die beispielsweise zur Verfeinerung von Modellen der Sonnenaktivität beitragen sollen.

Himmelsbeobachter waren dieses Jahr auch von Polarlichtern überrascht, die auf einen natürlichen Höhepunkt der Sonnenaktivität zurückzuführen sind , der durch den elfjährigen Zyklus der magnetischen Pole der Sonne verursacht wird. Obwohl dieses Sonnenmaximum hinsichtlich der Anzahl der Sonnenflecken nicht besonders ausgeprägt erscheint, „gab es im Vergleich zum letzten Zyklus viel mehr große Eruptionen als erwartet“, sagt die Sonnenphysikerin Lyndsay Fletcher von der Universität Glasgow. „Das ist ziemlich aufregend.“ Große Eruptionen im Mai erzeugten den stärksten Sonnensturm, der die Erde seit etwas mehr als zwei Jahrzehnten erreichte, und weitere große Eruptionen brachten im Oktober helle Lichter an den Himmel.

Das letzte Jahr mit spektakulären Polarlichtern liegt zwei Zyklen zurück, nämlich 2003. Damals gab es weder Handykameras, mit denen man die Farben der Polarlichter problemlos einfangen konnte, noch soziale Netzwerke wie Facebook, um die Nachricht zu verbreiten. Das Spektakel wird weitergehen: Prognosen zufolge wird das Sonnenmaximum bis Anfang 2025 anhalten.

Neben diesem Sonnenfeuerwerk dürfen sich Heliophysiker auch auf neue Daten freuen: An Heiligabend wird die NASA- Mission Parker Solar Probe der Sonne so nahe kommen wie nie zuvor und in 6,1 Millionen Kilometern Entfernung an ihr vorbeirauschen. Solche Studien helfen Astronomen, die Sonnenaktivität, die sowohl Polarlichter als auch das Weltraumwetter verursacht, das elektrische Geräte stören kann, besser zu verstehen.

Gesamtkarte eines Gehirns

Im Oktober veröffentlichten Wissenschaftler die erste vollständige Karte eines komplexen (wenn auch winzigen) Gehirns: das der Fruchtfliege Drosophila melanogaster , eines der am häufigsten untersuchten Tiere in der biologischen Forschung. Das neue „Konnektom“ kartiert die Verschaltung zwischen 140.000 Neuronen und liefert neue Erkenntnisse über die Rolle verschiedener Hirnregionen.

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Im Jahr 2024 gelang Wissenschaftlern eine große Leistung: Sie haben alle Neuronen im Gehirn einer Fruchtfliege kartiert.

Bildnachweis: Flywire Princeton

Das menschliche Gehirn stellt mit seinen über 80 Milliarden Neuronen eine weitaus größere Herausforderung dar. Wissenschaftler haben jedoch einen Anfang gemacht. Im Mai veröffentlichten Forscher von Google ein 3D-Bild eines winzigen Teils des menschlichen Gehirns von der Größe eines halben Reiskorns, der rund 16.000 Neuronen enthält. Dies ergänzt einen hochauflösenden Atlas der Gehirnarchitektur, der im Rahmen des Human Brain Project der Europäischen Union erstellt wurde , das letztes Jahr abgeschlossen wurde.

Algorithmen der Künstlichen Intelligenz (KI) helfen bei der Bewältigung dieser datenintensiven Aufgaben. Neben dem Ziel, die Grundlagen der Gehirnfunktion besser zu verstehen, zielen solche Projekte darauf ab, Rätsel menschlicher psychischer Erkrankungen zu lösen oder bessere Wege zur Genesung nach Hirnverletzungen aufzuzeigen – und könnten so auch zur Verbesserung der KI beitragen.

Heiße Erde

Es dürfte wenig überraschen, dass 2024 erneut Hitzerekorde brach : Die globale Durchschnittstemperatur lag erstmals 1,5 Grad Celsius über dem vorindustriellen Durchschnitt. Hohe Sommertemperaturen führten zur vierten und weitverbreitetsten Korallenbleiche der Welt , von der rund 75 Prozent der Korallen weltweit betroffen waren.

Ein wärmerer Planet bringt extreme Wetterbedingungen mit sich : Ungewöhnliche Hitze im Golf von Mexiko befeuerte heftige Hurrikane , und Valencia, Spanien, erhielt im Oktober innerhalb von acht Stunden mehr Regen als in einem Jahr und verursachte tödliche Überschwemmungen. „Die Dringlichkeit ist deutlich spürbar“, sagt Andrew Satchwell, Energieökonom am Lawrence Berkeley National Laboratory, der sich mit Klimapolitik beschäftigt.

Im Jahr 2023 schienen die weltweiten Kohlendioxid-Emissionen zu stabilisieren , doch 2024 stiegen die Emissionen wieder an . Die Welt ist nicht auf Kurs , die Ziele des Pariser Abkommens zur Begrenzung der Erwärmung zu erreichen. Stattdessen dürften die aktuellen politischen Maßnahmen dazu führen, dass die Welt bis 2100 vielleicht um 2,7 Grad Celsius wärmer wird. Dennoch zeigen einige politische Maßnahmen erste Wirkung. In den Vereinigten Staaten beispielsweise flossen ab 2024 beträchtliche Gelder aus dem Inflation Reduction Act in die Dekarbonisierung der Energieversorgung des Landes. „Ich denke, wir haben eine Wende erlebt“, sagt Satchwell.

Die Erfassung der Methanemissionen – eines noch stärkeren, wenn auch kurzlebigeren Treibhausgases – hat einige böse Überraschungen zutage gefördert. So ergab die größte Bestandsaufnahme der Methanemissionen aus der US-amerikanischen Öl- und Gasproduktion , dass sie etwa dreimal so hoch waren wie von der Regierung geschätzt. Ein Bericht aus dem Jahr 2024 wies auf einen besorgniserregenden Anstieg der Zahl der festgestellten großen Methanlecks hin, darunter ein Rekordausbruch in Kasachstan, der mehr als sechs Monate andauerte.

Umgang mit Demenz

In diesem Jahr haben mehrere Forschergruppen große Fortschritte bei der Entwicklung eines einfachen und kostengünstigen Bluttests für die Alzheimer- Krankheit gemacht, die für rund zwei Drittel der weltweit 55 Millionen Demenzfälle verantwortlich ist. Die britische Blood Biomarker Challenge hofft, innerhalb von fünf Jahren einen routinemäßigen Bluttest für Demenz in das britische öffentliche Gesundheitssystem aufzunehmen.

Eine umfassendere Diagnose sei der Schlüssel zur Bekämpfung von Alzheimer, sagt Joshua Grill, Direktor des Instituts für Gedächtnisstörungen und neurologische Störungen an der University of California in Irvine. „Wir müssen die Krankheit frühzeitig erkennen.“

Die Krankheit ist nicht heilbar, aber Patienten im Frühstadium könnten von neuen Medikamenten profitieren, die ihr Fortschreiten verlangsamen sollen: Monoklonale Antikörper, die sich gegen das Amyloid-Protein richten, das sich im Gehirn von Alzheimer-Patienten anreichert, haben nach 20 Jahren ohne neue Medikamente für Aufsehen gesorgt. „Diese positiven Studien waren eine große Sache und sehr willkommen“, sagt Grill. Donanemab wurde dieses Jahr in den USA zugelassen, nachdem Lecanemab bereits 2023 zugelassen worden war.

Solche Medikamente könnten sich sogar bei Hochrisikopatienten, die noch keine Gedächtnissymptome gezeigt haben, als wirksam zur Vorbeugung der Krankheit erweisen; Studien laufen, und die Ergebnisse dürften in vier Jahren vorliegen, so Grill. In einem Lancet -Bericht von 2024 listet ein Gremium von Demenzexperten mehr als ein Dutzend einfacher Maßnahmen auf, die wissenschaftlichen Untersuchungen zufolge dazu beitragen können, Demenz vorzubeugen oder zu verzögern – von der Verwendung von Hörgeräten über die Kontrolle des Cholesterinspiegels bis hin zu sportlicher Betätigung .

Angesichts der dramatischen Alterung der Weltbevölkerung ist die Beschäftigung mit den Krankheiten , die unsere späteren Lebensjahre plagen, willkommen. Zwischen 2015 und 2050 wird sich der Anteil der über 60-Jährigen voraussichtlich auf 22 Prozent fast verdoppeln.

Panik um die Plastikverschmutzung

Das Thema Kunststoffe stand dieses Jahr im Fokus, als die UN-Delegierten versuchten, einen internationalen Vertrag zur Beendigung der Plastikverschmutzung auszuhandeln. Obwohl es nicht wie ursprünglich geplant bis Dezember zu einer Einigung kam, werden ihre Bemühungen im nächsten Jahr fortgesetzt.

Schätzungsweise acht Gigatonnen Plastik lagern sich derzeit auf der Erde ab – doppelt so viel wie das Gewicht aller Tiere. Plastik ist in alle Bereiche unseres Lebens gelangt, darunter in unsere Ozeane, unsere Luft, unsere Nahrung, unser Blut und unsere Muttermilch. Um den Vertragsprozess zu unterstützen, modellierten Forscher verschiedene Strategien zur Plastikkontrolle und katalogisierten über 16.000 Plastikchemikalien . Mehr als 4.200 davon wurden als bedenklich eingestuft, da sie „persistent, bioakkumulativ, mobil und/oder toxisch“ sind.

„Ich würde es viel lieber sehen, wenn wir uns die nötige Zeit nehmen, um uns auf einen starken Vertrag zu einigen, als uns mit etwas Substanzlosem zufrieden zu geben“, sagt Richard Thompson, Meeresbiologe an der Universität Plymouth in England, der sich mit Kunststoffen beschäftigt und Co-Vorsitzender der Wissenschaftlerkoalition für einen effektiven Kunststoffvertrag ist. „Ich persönlich bin weiterhin zuversichtlich; es gibt Lösungen für dieses Problem.“ Der Schlüssel, so Thompson, liege darin, die Gesamtproduktion drastisch zu reduzieren und die verbleibenden wichtigen Kunststoffe gezielt zu verbessern – zum Beispiel durch mehr Recyclinganteil und weniger giftige Zusatzstoffe.

Darüber hinaus suchen Forscher weiterhin nach besseren Möglichkeiten, Kunststoffe zu recyceln oder zu entsorgen (wobei sie auch Pilze oder Bakterien finden, die diese Aufgabe übernehmen können ) oder nach Möglichkeiten, biologisch abbaubarere Varianten zu entwickeln .

KI wird aufgeladen

Programme für künstliche Intelligenz haben sich in diesem Jahr dramatisch verbessert. Die großen Sprachmodelle , die Chatbots wie ChatGPT zugrunde liegen, haben Menschen mittlerweile in vielen Bereichen übertroffen; einige erzielen medaillenwürdige Leistungen bei der Mathematik-Olympiade und schlagen Doktoranden der Naturwissenschaften in „Google-sicheren“ Tests ihrer eigenen Fachgebiete. Die Welle der Entwicklungen erregte die Aufmerksamkeit des Nobelkomitees; die Preise 2024 in Physik und Chemie gehen an KI-bezogene Entdeckungen.

Mit dem technologischen Fortschritt ist der Strom- und Wasserbedarf für die Rechenleistung der KI besorgniserregend gestiegen. „Wir sehen zunehmend Herausforderungen für die Stromversorgung im industriellen Maßstab“, sagt Datenwissenschaftler Jakub Kraus vom Center for AI Policy in Washington, D.C. Er weist darauf hin, dass große Technologieunternehmen nun auf Atomkraft setzen, um ihren enormen Energiebedarf zu decken.

Trotz ihrer Intelligenz machen Chatbots immer wieder schwerwiegende Fehler , halluzinieren falsche Fakten und verewigen Vorurteile . Missbrauch kann ernsthafte Probleme verursachen. KI-generierte Deepfakes sorgten bei den diesjährigen Wahlen für Aufsehen, beispielsweise als Joe Bidens Stimme geklont wurde, um gefälschte Telemarketing-Anrufe zu versenden, in denen die Demokraten aufgefordert wurden, nicht an den Vorwahlen teilzunehmen.

Das im August in Kraft getretene KI-Gesetz der Europäischen Union wird KI-Anbieter regulieren und bewährte Verfahren , wie beispielsweise Transparenz über die Funktionsweise der Systeme, sicherstellen. „Das ist ein wichtiger Schritt nach vorne“, sagt Kraus. „Insgesamt gab es in den USA kein umfassendes KI-Politikpaket. Das könnte sich ändern.“

Stimmen für den Wandel

2024 war ein Jahr des gesellschaftlichen Engagements und der globalen Spaltung. Weltweit strömten so viele Wähler wie nie zuvor an die Urnen: Mehr als 75 Länder, in denen rund die Hälfte der Weltbevölkerung lebt, hielten nationale Wahlen ab. Der Trend ging in Richtung Wandel: Eine Analyse von ABC News zeigte, dass in über 80 Prozent der Demokratien die amtierende Partei Sitze oder Wähleranteile verlor .

In diesem „Superwahljahr“ steht die gesamte Demokratie vor Herausforderungen. Die Wahlbeteiligung sinkt, Unruhen nehmen zu, Wahlergebnisse werden häufig vor Gericht angefochten, und es gibt tiefe und beunruhigende soziale Gräben , auch in den Vereinigten Staaten.

„ Die amerikanische Demokratie steckt in einer Krise“, schreibt der Rechtswissenschaftler Bertrall Ross von der University of Virginia im Annual Review of Law and Social Science 2024. „Beide Seiten empfinden jede Wahl als eine existenzielle Bedrohung ihrer Lebensweise.“

Ein Fluss fließt hindurch

Die Olympischen Sommerspiele in Paris rückten die Wasserverschmutzung in den Fokus, als sich Athleten heftig über den schlechten Zustand der Seine beschwerten , die eigentlich für die Spiele sauber sein sollte. Paris ist nicht allein. Flüsse weltweit leiden zunehmend unter Verschmutzung, verringerter Wasserversorgung und anderen Problemen. Eine Reihe von Berichten des UN-Umweltprogramms vom August stellte besorgniserregende Veränderungen in der Verteilung, Menge und Qualität des Flusswassers weltweit fest: So hat beispielsweise die Wasserführung in 402 Flusseinzugsgebieten weltweit abgenommen.

Das ist zwar nur ein kleiner Teil der insgesamt 12.572 Flusseinzugsgebiete, aber es ist eine Verfünffachung der vor 15 Jahren dokumentierten Zahl schwindender Flüsse. Und die Verschmutzung verschlimmert die Lage. Eine Forschungsarbeit aus dem Jahr 2024 kam zu dem Schluss, dass von 10.000 globalen Flusseinzugsgebieten etwa 1.000 aufgrund von Wasserknappheit Probleme haben. Berücksichtigt man die Stickstoffverschmutzung, hauptsächlich durch landwirtschaftliche Abflüsse, erhöht sich diese Zahl auf 2.500 und ist mehr als doppelt so hoch.

Ausbreitung von Krankheitsgefahren

Das von Mücken übertragene Dengue-Virus löste in diesem Jahr Alarm aus, da die Fallzahlen einen Rekordwert erreichten . Am stärksten betroffen war der amerikanische Kontinent mit über 12 Millionen Fällen – doppelt so viele wie 2023 und drei- bis viermal so viele wie im Durchschnitt der letzten fünf Jahre.

Im Oktober startete die Weltgesundheitsorganisation einen Plan zur weltweiten Bekämpfung der Krankheit. Dengue-Fieber ist selten tödlich, sagt Scott Weaver, Direktor des Instituts für menschliche Infektionen und Immunität an der University of Texas Medical Branch in Galveston. Doch der kometenhafte Anstieg der Fälle bereitet Infektiologen Kopfzerbrechen. „Ich mache mir Sorgen, dass wir nicht verstehen, was vor sich geht“, sagt Weaver. Der Klimawandel könnte Teil der Antwort sein. Andere von Mücken übertragene Krankheiten wie das West-Nil-Virus nehmen in gemäßigteren Regionen wie Europa mit der globalen Erwärmung zu.

Auch die Affenpocken geben Anlass zu großer Sorge. Die Krankheit – früher bekannt als Affenpocken – galt als eine Krankheit, die hauptsächlich von anderen Tieren auf den Menschen übertragen wurde und in Zentral- und Westafrika endemisch war. 2022 traten dann weltweit Fälle auf, die durch engen Kontakt von Mensch zu Mensch übertragen wurden. Im August 2024 wurde ein Ausbruch in der Demokratischen Republik Kongo zu einem internationalen Gesundheitsnotstand erklärt, da sich eine virulentere und tödlichere Form des Virus – die sogenannte Klade 1 – auszubreiten begann. Der erste bekannte Fall trat im November in den USA auf . „Das ist ziemlich besorgniserregend“, sagt Weaver.

Fünf Jahre nach dem Ausbruch von Covid-19 gibt es noch immer keine besseren Pläne zur Bewältigung von Pandemien: Die Delegierten der Weltgesundheitsorganisation konnten sich dieses Jahr enttäuschenderweise nicht auf einen Vertrag zur Pandemiebekämpfung einigen . „Ich bin nicht sehr optimistisch, dass sich die internationale Zusammenarbeit deutlich verbessern wird“, sagt Weaver.

Mondangelegenheiten

Jedes Jahr werden mehrere Raumfahrzeuge zum Mond geschickt, doch das Jahr 2024 brachte einige besondere Erfolge: Das texanische Unternehmen Intuitive Machines landete als erstes Unternehmen eine Mondlandefähre, Japan als fünfte Nation überhaupt. Aufregenderweise brachte die chinesische Chang’e-6-Mission die ersten Gesteine ​​zurück, die jemals von der Rückseite des Mondes gesammelt wurden. Sie enthielten Anzeichen überraschend jungen Vulkanismus .

„Nach den Apollo-Missionen dachte man, der Mond sei homogen, und man hatte das Gefühl, wir hätten alles schon einmal erlebt. Heute wissen wir, dass das nicht stimmt; er ist viel reicher und vielfältiger“, sagt der Planetengeologe John Spray von der University of New Brunswick in Kanada. „Es herrscht wieder große Begeisterung darüber, was wir vom Mond lernen können .“ Die NASA plant, Menschen zur Erkundung dorthin zu schicken, beginnend mit einer Orbitalmission im Jahr 2025.

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Aliens ahoi

Beweise für außerirdisches Leben gibt es bisher nicht, doch Forscher suchen weiter. Im Juli fotografierte der NASA-Rover Perseverance einen faszinierenden Felsen auf dem Mars mit Flecken in Leopardenmuster , die auf urzeitliche Mikroben hinweisen könnten. „Diese Flecken sind eine große Überraschung“, sagte David Flannery, Astrobiologe im Perseverance-Wissenschaftsteam, in einer Erklärung der NASA . „Auf der Erde werden derartige Gesteinsformationen oft mit versteinerten Spuren von Mikroben im Untergrund in Verbindung gebracht.“

Im Mai entdeckten Astronomen einen Planeten namens Gliese 12 b , der nur geringfügig größer und wärmer als die Erde ist und bewohnbar sein könnte – einer von einer Handvoll erdähnlicher Welten unter den über 5.000 Exoplaneten, die in den letzten 30 Jahren entdeckt wurden , und mit einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren einer der bisher nächstgelegenen Funde dieser Art.

Außerirdische sind vielleicht das Hauptthema für diejenigen, die Anfang des Jahres von Netflix‘ umwerfendem Science-Fiction-Hit „ Die drei Sonnen“ aus dem Jahr 2024 gefesselt waren. Darin geht es um eine außerirdische Zivilisation, die durch chaotisches Klima aufgrund der unvorhersehbaren Umlaufbahnen ihrer drei Sonnen bedroht ist. Ausgangspunkt der Geschichte ist ein reales Ereignis: ein mysteriöses Radiosignal aus dem Jahr 1977, das oft als Zeichen intelligenter Kommunikation gedeutet wird. Leider veröffentlichte das Planetary Habitability Laboratory der Universität von Puerto Rico in Arecibo im August dieses Jahres einen Bericht, der einen natürlichen Ursprung des sogenannten WOW!-Signals vermutet : das plötzliche Aufhellen einer kalten Wasserstoffwolke.

Das Dreikörperproblem der Serie ist übrigens auch ein reales Rätsel der Physik: Wie lässt sich die Wechselwirkung dreier großer Objekte wie Sterne vorhersagen, bei denen keiner die Umlaufbahnen der anderen dominiert? Mathematiker haben dieses Jahr Fortschritte bei der Entwicklung einer weniger rechenintensiven Methode zur Berechnung der Ergebnisse dieser chaotischen Systeme erzielt.

Anmerkung der Redaktion: Dieser Artikel wurde am 19. Dezember 2024 aktualisiert, um die Beschreibung des vom Human Brain Project erstellten Gehirnatlas zu korrigieren. Der Atlas bildet die Zellarchitektur und die Mikroanatomie des Gehirns ab; es handelt sich nicht um eine Zählung der Zelltypen, wie ursprünglich angegeben.

Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde am 20. Dezember 2024 aktualisiert, um klarzustellen, dass das Human Brain Project im Jahr 2023 abgeschlossen wurde. Der Atlas wurde früher erstellt.

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