Bastler auf engstem Raum
Die Nanotechnologie revolutioniert nicht nur Medizin, Militär, Energiegewinnung und Agrobusiness. Eines Tages wird sie uns vielleicht auch Kleider aus Zucker bescheren. von Mateo Cueva
Den Begriff Nanotechnologie machte 1986 der in Kalifornien geborene Physiker K. Eric Drexler bekannt. Er definierte die Nanotechnologie als die Gesamtheit der Techniken, mit denen Teilchen von einer Größe zwischen einem und 100 Nanometer hergestellt und verändert werden können.1 Diese Definition war von enormer Reichweite, da fast alle auf der Welt existierenden Stoffe derart kleine Mikrostrukturen haben. Damit ergab sich sowohl auf der konzeptuellen wie auf der Anwendungsebene eine Verbindung zwischen so unterschiedlichen Disziplinen wie Chemie, Materialwissenschaft, Festkörperphysik, Pharmazie, Biochemie, Molekularbiologie und Elektrotechnik.
Ein knappes Vierteljahrhundert später ist es dank der Manipulation von Atomen möglich, Nanostrukturen mit völlig neuen Eigenschaften zu schaffen. Dabei stehen die wissenschaftlichen und die anwendungsorientierten Bereiche – von der Bio- über die Informationstechnologie bis zu den Kognitionswissenschaften – in einem engen Austausch, der auch auf die um sich greifende Kultur des Projektmanagements zurückzuführen ist. Entstanden ist ein explosiver Mix aus Bits, Atomen, Neuronen und Genen, der leicht einen großen Knall verursachen könnte.
Im Programm: Entgiftung von Böden und Grundwasser, Flachbildschirme auf Basis von Kohlenstoffnanoröhren, Batterien mit geringem Eigengewicht und hoher Energieleistung, Bionanotechnologie (Beobachtung des Verhaltens von einzelnen Molekülen im Inneren von biologischen Systemen), Minilabore für medizinische Analysen (Lab on a Chip). Bereits angekündigt sind tragbare Computer, die in Sekundenschnelle eine Milliarde Operationen ausführen können2 , Farben für ein paar Cent pro Quadratmeter, die auf Gebäuden und Straßen aufgetragen werden können und Strom erzeugen, Solargeneratoren mit einer Leistung von einem Terawatt (1 000 Gigawatt) sowie die Serienfabrikation der unterschiedlichsten nanotechnologischen Produkte.
Bei der Eroberung dieser „Unterwelt“, in der es, wie der 1988 verstorbene US-Physiker Richard Feynman vorhersagte, „viel Platz gibt“,3 ist das Militär der Industrie deutlich voraus. In den USA fließt seit einigen Jahren der Löwenanteil des Budgets der National Nanotechnology Initiative in militärische Anwendungen. Das US-Verteidigungsministerium unterstützt die Nano-Forschung in den Bereichen Chemie, Biologie, Elektronik und im Energiesektor. Die Defense Advanced Research Projects Agency (Darpa), die Forschungsprojekte für die US-Streitkräfte durchführt und die Entwicklung des Internets maßgeblich beeinflusst hat, fördert Programme zur mathematischen Modellierung biologischer Gesetzmäßigkeiten, zur Entwicklung von gehirngesteuerten Prothesen sowie zur Herstellung von Maschine-Insekt-Interfaces, durch die etwa die Verwandlung von Nachtfaltern in lebende, aus der Ferne steuerbare Drohnen möglich erscheint. Die Darpa verfolgt außerdem Projekte zur Produktion von chipbasierten Atomuhren sowie von therapeutischen Proteinen (Antikörper, Impfstoffe), die nur 24 Stunden nachdem neue Krankheitserreger erkannt wurden, herstellbar sind, und sie arbeitet an einer ganzen Reihe von neuartigen Geräten und Verfahren: Quantencomputer (Rechner, deren Prinzip auf den Quanteneigenschaften der Materie beruht)4 , Quantenkryptografie5 , optische Breitbandübertragungs- und -vermittlungssysteme.
Falls aus diesen Entwicklungen je etwas wird, kommt es bestimmt auch zu zivilen Anwendungen. Anders bei den Nanowaffen, deren Erforschung und Herstellung in Indien und Russland seit 2004 beziehungsweise 2007 ganz oben auf der offiziellen Prioritätenliste stehen. Mikroraketen, Mikrosatelliten, toxische oder pathogene Nanosubstanzen, die durch Miniaturisierung bestehender Strukturen gewonnen werden, sind bereits Realität. In der Entwicklung befinden sich Waffen ganz neuen Typs, etwa winzige Antimateriefallen (ein Mikrogramm entspräche einer Zerstörungskraft von 44 Kilogramm des Sprengstoffs TNT), mit denen sich thermonukleare Minibomben herstellen ließen.6 Derartige kaum zu ortende und schwer entschärfbare Massenvernichtungswaffen werden nach Meinung von Experten in Zukunft immer leichter zu bauen und zu verbreiten sein.
Der Informatiker und Visionär Raymond Kurzweil gehört dem Army Science Advisory Board an, das die US-Armee wissenschaftlich und technologisch berät. Er sieht in der Verflechtung von Nanotechnologie, Genetik und Robotertechnik eine große Gefahr für die Menschheit. Ein terroristischer oder militärischer Anschlag mittels Nanorobotern, die außer Kontrolle geraten und zu krankheitserregenden molekularen Strukturen, der sogenannten grauen Schmiere (grey goo), werden könnten, hätte laut Kurzweil das Potenzial, innerhalb einiger Tage die gesamte Zivilisation zu vernichten. Kurzweil empfiehlt deshalb, ein nanotechnologisches Immunabwehrsystem zu errichten. Gleichzeitig aber ist er begeistert von der Vorstellung, dass die neuen Techniken „die jahrhundertealten Probleme, die beispielsweise mit Alter und Krankheit verbunden sind“7 , lösen könnten.
Nanosilber tötet Viren und Bakterien
Die Nanomedizin hat bereits zu einer verbesserten Diagnostik geführt, besonders bei den bildgebenden Verfahren. Naomi Halas und Jennifer West von der Rice University in Texas haben beispielsweise Nanokapseln aus kolloidalem Gold entwickelt (winzige, in destilliertem Wasser gelöste Goldpartikel, die elektronisch aufgeladen sind, sich gegenseitig abstoßen und deshalb nicht zu Boden sinken). Diese Partikel bestehen aus wenigen Millionen Goldatomen und haben je nach Dichte unterschiedliche optische Eigenschaften. Sie setzen sich an die Tumor-DNA und können dort diagnostisch wie auch therapeutisch wirken. Wie Lupen absorbieren sie die Wellen der nahen, durch die Haut eindringenden Infrarotstrahlung und erzeugen ein sehr exaktes Bild des Tumors. Um diesen zu heilen beziehungsweise zu zerstören, muss die Strahlendosis nur erhöht werden.
Dass Silberatome Viren und Bakterien töten ist seit Jahrtausenden bekannt. Diese Wirkung ist bei Nanosilber um ein Vielfaches höher. Im Handel sind bereits Verbände aus Silber-Nanopartikeln, die mehr als 150 verschiedene Krankheitserreger, einschließlich der gegen Antibiotika resistenten Bakterien, unschädlich machen können. Als Mittel gegen Krankenhausinfektionen – sie stehen bei den Todesursachen in den USA an fünfter Stelle – sollen Silber-Nanoteilchen auf chirurgischen Instrumenten, aber auch in Bettwäsche und Vorhängen verwendet werden. Seit 2006 vertreibt die koreanische Firma Samsung eine Waschmaschine, die durch den Einsatz von mehrfach verwertbaren Silberionen bei niedrigen Wassertemperaturen keimfrei wäscht.
Bei der Unesco macht sich inzwischen Unruhe breit: „Auf lange Sicht könnte die Nanomedizin eine grundlegende Verwandlung der menschlichen Gattung herbeiführen. Die Anstrengungen, die die Menschheit unternimmt, um sich zu verändern, wie und wann sie will, könnte in eine Situation münden, in der es nicht mehr möglich ist, vom ,Menschen‘ zu sprechen.“8 Eine vom Homo sapiens 2.0 bevölkerte transhumane Welt stünde am Beginn eines neuen Zeitalters, in dem posthumane Menschen mit einem künstlich gesteigerten physischen und intellektuellen Leistungsvermögen lebten. Daneben gäbe es dann die Menschen zweiter Klasse, die mit ihrer herkömmlichen Ausstattung vorliebnehmen müssten und sich an den Rand gedrängt fänden.9
Schon jetzt ist zu befürchten, dass staatliche Gelder und Forschungsanstrengungen in eine Nanomedizin für Reiche fließen, während die weltweit drängendsten, mit Armut und sozialer Ungleichheit zusammenhängenden Gesundheitsprobleme nicht angegangen werden und weiter zunehmen. Die Menschen in den Entwicklungsländern brauchen keine Gold-Nanopartikel, sondern eine präventive Gesundheitspolitik, die die Ernährung, die Lebensverhältnisse sowie den Zugang zu sauberem Trinkwasser, Bildung und den „notwendigen Medikamenten“10 in den Blick nimmt.
Die revolutionäre Kraft der Nanowissenschaften liegt in der Konvergenz sehr unterschiedlicher Technologien. Die Nanobiotechnologie ermöglicht die Kontrolle der Autoreplikation lebender Systeme, wodurch im Nanomaßstab präzise Aufgaben zu industriellen Zwecken ausgeführt werden können. So lassen sich beispielsweise mit lichtaktiven Spinatproteinen elektronische Schaltkreise schaffen und photosynthetische, vollständig transitorisierte Solarzellen herstellen.11 Der US-Forscher Carlo Montemagno hat Siliziumchips auf Herzzellen von Ratten gesetzt, woraus ein kleines Gerät heranwuchs, das sich selbst bewegen kann.12 Der Genetiker Craig Venter hat mit Geldern der US-Energiebehörde in dem Institut, das seinen Namen trägt, ein künstliches Virus entwickelt, mit dem er Bakterien herstellen will, die in der Lage sind, Wasserstoff zu produzieren oder klimaschädliches CO2 einzufangen. Venters Unternehmen arbeitet zurzeit an der Sequenzierung des Schweinegrippevirus H1N1 und entwickelt eine interdisziplinäre Expertise, die Biologie, Genetik, Bioinformatik und angewandte Informatik mit der schnellen DNA-Sequenzierung, Genomik und umweltpolitischen Forschungen verbindet.
Der Konvergenzknall hat längst auch Natur und Umwelt erfasst. John Holdren, der wichtigste wissenschaftliche Berater der US-Regierung, setzt im Kampf gegen den Klimawandel ganz auf Geoengineering. Er befürwortet so waghalsige Projekte wie das Bestäuben der Atmosphäre mit Sulfat-Nanopartikeln, um die Sonneneinstrahlung auf die Erde zu reduzieren. Damit stellt er sich der vorsichtigen Haltung des UN-Klimarats IPCC entgegen, der das Geoengineering für „weitgehend spekulativ und unbewiesen“ hält und auf seine unkalkulierbaren Risiken verweist.13
Von solchen Vorbehalten lassen sich die Geoingenieure nicht beirren. Sie wollen an den Ökosystemen herummanipulieren und ins Erdklima eingreifen, etwa durch Schaffung von genetisch veränderten Bäumen oder Phytoplanktonfarmen zur CO2-Absorption. Laut Viktor Smetacek vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven und Wajih Naqvi vom National Institute of Oceanography in Indien könnten die mikroskopisch kleinen, einzelligen Kieselalgen, die auf der Meeresoberfläche schwimmen, große Mengen CO2 aufnehmen. Die abgestorbenen Mikroorganismen würden mit dem absorbierten Treibhausgas auf den Meeresboden absinken, wo es „für Jahrhunderte“ gespeichert bliebe.
Die beiden Wissenschaftler betreiben das deutsch-indische Großexperiment Lohafex: Um eine Algenblüte auszulösen, wurden zwischen Januar und März 2009 mehrere Tonnen Eisensulfat in einem großen Versuchsgebiet im Südatlantik ausgebracht. Das höchst umstrittene Projekt stand in krassem Widerspruch zu dem im Mai 2008 auf der UN-Biodiversitätskonferenz in Bonn beschlossenen Moratorium für die künstliche Düngung der Meere. Zudem scheint das Experiment einstweilen gescheitert zu sein: Zwar vermehrten sich die Algen tatsächlich, wurden dann allerdings von kleinen Krustentieren (Zooplankton) einfach aufgefressen. Auch private Firmen wie Climos Inc. oder Planktos Science haben sich des Themas angenommen und entwickeln Projekte zur sogenannten Ökorestaurierung, von denen sie sich erkleckliche Gewinne erwarten.
Die Geoingenieure glauben, auch die weltweiten Ernährungsprobleme lösen zu können. 2017 werden 1,2 Milliarden Menschen in den 70 ärmsten Ländern der Welt Hunger leiden.14 Noch zu Beginn der 1960er-Jahre verzeichneten die Entwicklungsländer bei Agrarprodukten deutliche Handelsüberschüsse, während sie heute zu den Nettoimporteuren von Nahrungsmitteln gehören. Auf zehn multinationale Konzerne entfallen 90 Prozent der globalen Produktion von agrochemischen Erzeugnissen und mehr als zwei Drittel des Markts für patentgeschütztes Saatgut. Die Macht dieser Firmen besteht darin, dass sie die Lebensmittelproduktionskette, inklusive der Saat und ihres Erbguts, vollständig beherrschen. Kommt es nicht auf internationaler Ebene zu einer umfassenden Reform des Patentrechts und des Rechts auf geistiges Eigentum, könnten sich ein paar Multis über die Pflanzenwelt hermachen, sie molekular und nanotechnisch manipulieren, um sich das Ganze dann patentieren zu lassen.15
Einstweilen sichern die privatisierten Genomdaten und die Patentierungswelle im Nanobiotechbereich den Multis die Kontrolle über die Nanomanipulation. 2007 betrug der Anteil des patentgeschützten Saatguts am kommerziellen Saatgutmarkt 82 Prozent. Die Agrochemie-Riesen schmieden Allianzen, die alle Antitrustregeln unterlaufen. Sie schließen sich für Forschungs- und Entwicklungsprojekte zusammen und treffen Vereinbarungen, um teure Prozesse zu umgehen.
So will Monsanto in Kooperation mit Dow Agrosciences 2010 einen Genmais mit acht verschiedenen Resistenzeigenschaften (zwei gegen Herbizide, sechs gegen Insekten) auf den Markt bringen. 87 Prozent der Anbauflächen von genetisch veränderten Pflanzen tragen den Stempel von Monsanto. Der Konzern hat alle Karten in der Hand und würde von einer weltweiten Nahrungsmittelkrise, die durch den zunehmenden Anbau von Biokraftstoffen entstehen könnte, reichlich profitieren. Bereits im Juni 2008 reagierte Monsanto auf die gesteigerte Getreidenachfrage mit einer Preiserhöhung von 35 Prozent auf bestimmte genetisch veränderte Maissaatsorten.
Die sich konturierende Bioökonomie wird die Konvergenz von Bio-, Nano- und Informationstechnologien weiter vorantreiben und zugleich die Kapitalkonzentration bei den Firmen, die über Know-how und Patente verfügen, beschleunigen. Die großen Energie-, Chemie- und Lebensmittelkonzerne wie DuPont, BP, Shell, Chevron und Cargill werden auf jeden Fall mit von der Partie sein. Die Post-Öl-Ära wird von der „Ökonomie des Zuckers“ bestimmt sein. Grundelement der Industrieproduktion wird dann aus biologischen Rohstoffen (Agrarkulturen, Wälder, Algen und so weiter) extrahierter Zucker sein, der in chemische und Nano-Produkte mit hoher Wertschöpfung umgewandelt wird. Die gesamte bislang vom Öl abhängige Chemieindustrie könnte – eher zu ihrem eigenen als zum Wohle der Menschheit – auf pflanzlichen Kohlenstoff umstellen.16
Aus dem Französischen von Uta Rüenauver
Mateo Cueva ist das Pseudonym eines hohen internationalen Funktionärs.
