Per App oder Teebeutel forschen

Open Innovation soll Citizen Scientists, also Bürger, als Wissenschafter ermöglichen

Text: Verena Mengel | aus HEUREKA 1/16 vom 06.04.2016

Kleine bunte Kästchen am Computerbildschirm, wirr angeordnet. Verschiebt man sie horizontal, kann man ein bisschen Ordnung in ihr Durcheinander bringen. Doch Phylo ist kein perfektes Puzzle. Aber es ist nützlich.

Um genetische Erkrankungen zu erforschen, vergleichen Wissenschafter Genome unterschiedlicher Spezies miteinander. Ein Genom besteht aus etwa drei Milliarden Basenpaaren. Computeralgorithmen versuchen, möglichst viele Gemeinsamkeiten zwischen den Genomen zu finden. Da es zahlreiche Kombinationsmöglichkeiten gibt, müssen die Forscher vom Computer erstellte Ergebnisse in den meisten Fällen per Hand verbessern. Phylo ermöglicht Menschen auf der ganzen Welt, ihnen dabei zu helfen.

Per Computerspiel wird Forschern bei ihrer Arbeit geholfen

Daher zählt Phylo zu den "serious games". Die bunten Kästchen, die man verschieben kann, sind eine abstrakte Interpretation von multiplen Sequenzaligmenten: Kleine Teilabschnitte von verschiedenen DNA-, RNAoder Protein-Sequenzen, die untereinander angeordnet werden, um Bereiche mit großer Ähnlichkeit zu finden.

Jérôme Waldispühl von der McGill-Universität in Montreal gehört zu den Entwicklern von Phylo. Der Bioinformatiker erklärt: "Das Genom einer einzelnen Person sagt nicht viel aus. Aber wenn wir die Genome von vielen unterschiedlichen Individuen und Spezien vergleichen, erkennen wir Bereiche, die gleich sind. Das lässt darauf schließen, dass diese vermutlich wichtig sind."

Im Spiel kämpft der Spieler gegen den Computeralgorithmus an. Ins nächste Level kommt er nur, wenn er mindestens genauso gut sortieren kann wie der Computer. Was die Maschine aufwendig berechnen muss, sieht der Spieler meist intuitiv. Menschen können Muster schnell erkennen und visuelle Probleme effizient lösen. Oftmals ist der Mensch daher besser als der Computeralgorithmus. "Durch die Spieler können wir unsere Algorithmen um bis zu 98 Prozent optimieren", erläutert Waldispühl. Jeder Spieler trägt zur Forschung von genetischen Krankheiten bei und unterstützt die Arbeit der Wissenschafter damit maßgeblich.

Neue Wissenschaft auf der Bühne unter dem Namen: Citizen Science

Phylo schlägt eine Brücke zwischen Wissenschaftern und Laien. Eine Symbiose, die immer öfter vorkommt. Durch das Spiel werden die Teilnehmer zu "citizen scientists". Als sogenannte Bürgerwissenschafter bieten sie ein enormes Potenzial. Durch die große Menge können Datensätze bearbeitet werden, die kein Forscher allein bewältigen kann.

"Citizen Science ist eine Arbeitsmethode der Wissenschaft, mit der Projekte unter Mithilfe oder komplett von wissenschaftlichen Laien durchgeführt werden", erklärt Daniel Dörler aus der Arbeitsgruppe Citizen Science der BOKU Wien. "In der Bevölkerung ist ein enormes Wissen vorhanden, das durch die Einbeziehung von Laien genutzt werden kann." Auf "Österreich forscht" (www.citizen-science.at)stellt die Arbeitsgruppe verschiedene Citizen- Science-Projekte vor, an denen man in Österreich teilnehmen kann.

Mit den konventionellen Methoden sei es nicht möglich, mit Augen und Ohren an allen Orten gleichzeitig zu sein, ergänzt sein Kollege Florian Heigl. Insbesondere geografische oder über lange Zeiträume laufende Erfassungen seien durch Bürgerwissenschafter einfacher möglich.

Roadkill: Das erste Citizen-Science- Projekt in Österreich

Daniel Dörler und Florian Heigl sehen sowohl für die Wissenschafter als auch für die Bürger eine Bereicherung. Durch Citizen-Science-Projekte mit Kindern und Jugendlichen könne zudem die Leidenschaft für Wissenschaft und wissenschaftliches Arbeiten geweckt werden. Allerdings ist ihnen der Ansatz von Phylo zu passiv. Für die "Österreich forscht"-Arbeitsgruppe steht die aktive Teilnahme im Vordergrund.

"Seit ich mitmache, merke ich erst, wie viele tote Tiere sich auf der Straße befinden", ist eine typische Reaktion, die Florian Heigl zu seinem Projekt "Roadkill" bekommt. Roadkill war das erste Citizen-Science-Unterfangen auf der "Österreich forscht"-Plattform und bietet über eine App die Möglichkeit anzugeben, welche Tiere auf welcher Straße zu Tode gekommen sind sowie ein Foto von den verendeten Tieren hochzuladen. Langfristiges Ziel ist es, die Straßen zu identifizieren, auf denen es überproportional häufig zu Tierunfällen kommt.

Kristina Plenk beschäftigt sich lieber mit lebenden als mit toten Tieren. Mit Igeln, um genauer zu sein. Sie ist Teil des "Die Igel sind los!"-Projekts. Citizen Scientists stellen für die Erforschung der stacheligen Kameraden im eigenen Garten einen Igeltunnel, eine Art dreieckige Röhre, auf und können mithilfe von Farbpulver nachweisen, ob sich ein Igel in der Nacht im Tunnel befunden hat. "Die Methode ist einfach und gleichzeitig spannend und damit auch für Kinder perfekt." Über das Vorkommen von Igeln in Gärten ist bisher wenig bekannt, das Projekt soll dies ändern.

"Citizen-Science-Vorhaben benötigen zwangsläufig mehr Betreuung als normale wissenschaftliche Projekte", erläutert Daniel Dörler von "Österreich forscht". Denn die Teilnehmer müssten motiviert werden und blieben nur bei einem Projekt, wenn die Kommunikation mit den Forschern funktioniere und diese das erhaltene Feedback umsetzen würden.

Science: Den Teebeutel gegen den Klimawandel vergraben

Ein Citizen-Science-Programm ist auch das weltweit stattfindende Tea Bag Index-Projekt. Teetrinker werden dabei zu Klimaforschern. Sie vergraben Teebeutel und wiegen das Gewicht der Beutel, nachdem diese drei Monate in der Erde gelegen waren. Der Gewichtsverlust des Teebeutels entspricht der Menge an Teebeutelinhalt, die sich im Boden über den Zeitraum zersetzt hat.

"Es ist eine gute Methode, um die unterschiedlichen Zersetzungsraten in verschiedenen Regionen aufzuzeigen", erörtert Taru Lehtinen von der Österreichischen Agentur für Gesundheit und Ernährungssicherheit. "Wenn man einen Teebeutel in Österreich vergräbt, dann ist es sehr wahrscheinlich, dass dieser sich stärker zersetzt als zum Beispiel in Schweden." Dies liegt an der unterschiedlichen Temperatur und Feuchtigkeit der Böden. Beide sind wichtige Faktoren für die Zersetzungsgeschwindigkeit.

Ziel ist es, mit den Zersetzungsraten aus möglichst vielen Ländern bisherige Klimamodelle zu optimieren. In über 30 Staten haben sich bisher Citizen Scientists beteiligt.

Um den Klimawandel geht es auch in der App "Picture Pile". Hat der Waldbestand über die Jahre abgenommen? Statt wie bei der Dating-App Tinder potenzielle Partner zu kategorisieren, vergleicht man hier zwei Landschaftsaufnahmen und wischt nach links und rechts, um Fragen über Abholzung oder Ackerbau zu beantworten. Die Bilddateien kommen dabei zum Teil ebenfalls von Bürgerwissenschaftern. Man kann "FotoQuest Austria" nutzen, um Fotos aus seiner Umgebung für die Wissenschaft und die Allgemeinheit zur Verfügung zu stellen. "Wir wollen Daten zur Landnutzung und Landbedeckung in Österreich sammeln, weil es dazu zu wenige Daten gibt", berichtet Tobias Sturn, der beide Apps mitgestaltet und entwickelt hat.

Der Spitzenreiter der FotoQuest Austria-Nutzer ist Teddy. Fast 3000 Bilder wurden von ihm bereits hochgeladen. Hinter seinem Usernamen verbirgt sich das Ehepaar Leitner. "Es ist recht interessant und man sieht Orte, wo man sonst nicht hinkommen würde", erzählt Erni Leitner.

"Wenn die Teilnehmer Spaß an einem Projekt haben, freut einen das", meint Daniel Dörler. Nur wenn dieser erhalten bleibt, haben Citizen-Science-Projekte eine Zukunft. "Es gibt zwei Möglichkeiten: Entweder ist Citizen Science ein Hype, der bald wieder vergeht, oder es etabliert sich zu einer normalen wissenschaftlichen Methode", ergänzt sein Kollege Florian Heigl.

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