22 Sekunden Schwerelosigkeit

Es gibt Momente, in denen sich ein ganzes Forschungsprogramm auf wenige Sekunden verdichtet. Wochenlange Vorbereitung, Jahre wissenschaftlicher Vorarbeit, technische Präzision, Zellkulturen, Pipettierprotokolle, Fixationszeiten, Flugfreigaben, Sicherheitsbriefings, Instrumentenkalibrationen – und dann dieser eine Augenblick: der Countdown der ersten Parabel. Five – four – three – two – one – pull up. In diesem Moment beginnt nicht nur ein Flugmanöver, in diesem Moment wird eine der ältesten Konstanten des Lebens ausgeschaltet.

Für Zellbiologen an Bord eines Parabelflugzeugs ist die erste Schwerelosigkeitsphase, ein biologisches Zeitfenster von kaum 22 Sekunden, ein einmaliger Moment: Die Versuchszellen haben zuvor noch nie Schwerelosigkeit erlebt. Was jetzt geschieht, ist keine Reaktion eines bereits adaptierten Systems, sondern der allererste Kontakt lebender Zellen mit einer physikalischen Bedingung, die in der gesamten Evolution auf der Erde nie existierte. Und technisch ist es auch dieser eine Moment, der darüber entscheidet, ob ein Experiment gelingt oder Wochen und Monate der Vorbereitung umsonst waren.

Ich habe Schwerelosigkeit in meinen eigenen Forschungsflügen mehr als 1200-mal erlebt, jeweils 22 Sekunden. In der Summe war ich also rund 7 Stunden und 20 Minuten lang schwerelos. Das ist eine Summe vieler kurzer Momente. Mir war es nie möglich, dafür angemessene Worte zu finden. Schwerelosigkeit kann mit nichts, aber auch gar nichts verglichen werden, was man von der Erde kennt. Schwerelosigkeit ist nicht von dieser Welt. Sie ist ein überwältigendes körperliches Körperlosigkeitsgefühl. Wenn man die Augen schliesst, scheint der Körper nicht mehr zu existieren. Die seit unserer Geburt erlernte Art und Weise, sich zu bewegen und zu koordinieren, ist plötzlich bedeutungslos. Visuelles und auditorisches System signalisieren weiterhin eine vertraute Umgebung: die Flugzeugkabine, die Stimmen, die Geräte, die Menschen. Man ist noch da. Und zugleich ist man auch nicht mehr da. Es fehlt plötzlich eine fundamentale Bezugskomponente. Man ist nicht ausserhalb der Welt, aber auch nicht mehr vollständig in ihr verankert. Schwerelosigkeit bei Flugmanövern in unserer Atmosphäre ist eine Zwischenwelt: noch irgendwie irdisch, aber auch schon ausserirdisch.

Das Erstaunliche ist: Der Mensch passt sich an. Seine Zellen passen sich an. Schon nach wenigen Parabeln beginnt der Körper zu lernen, mit dieser unmöglichen Bedingung umzugehen. Bewegungen werden sparsamer, zielgerichteter, präziser. Eine Motorik entsteht, für die es im bisherigen Leben kein Training gab, für die wir keine evolutionäre Vorerfahrung haben. Der Mensch kann sich einer Umweltbedingung anpassen, die seine Spezies nie zuvor erfahren hat. Das ist nicht nur physiologisch bemerkenswert, es ist biologisch tief berührend. Und es geht noch tiefer, denn was auf Ebene der Zellen in diesen wenigen Sekunden geschieht, kommt einem Wunder sehr nahe: Die räumliche Struktur des Chromatins im Zellkern ändert sich, Gene rücken in der Dreidimensionalität des Zellkerns in eine andere räumliche Position, deren Transkription ändert sich und passt sich wieder neu an. Die Homöostase der Genregulation stellt sich in wenigen Minuten wieder ein.

Manche Systeme erreichen die Anpassung noch früher: Im Experiment TRIPLE LUX A auf der Internationalen Raumstation ISS konnten wir in Echtzeit messen, dass die oxidative Burst-Reaktion in Makrophagen nur wenige Sekunden einbrach, bevor eine Gegenregulation einsetzte, und nach 42 Sekunden wieder vollständig auf das Ausgangsniveau zurückkehrte.

In mehr als zehn Jahren Forschung auf verschiedenen unabhängigen Plattformen, Parabelflügen, suborbitalen Forschungsraketen und der Internationalen Raumstation (ISS) konnten wir herausfinden, dass die räumliche Organisation des Genoms schwerkraftabhängig ist. Wir identifizierten «gravity-responsive chromosomal regions», deren räumliche Struktur sich unter veränderter Schwerkraft umorganisiert und deren Gene schwerkraftabhängig geclustert differenziell reguliert werden. Der «Sensor» für die Schwerkraft ist die Zelle selbst, die diese Kraft auf den Zellkern und das Chromatin weitergibt. Noch mehr aber ist die Schwerkraft ein Ordnungsprinzip für das hochkomplexe Genom, eine Referenzkraft seiner dreidimensionalen Struktur.

Genau deshalb ist der Parabelflug wissenschaftlich so kostbar. Er erlaubt den Zugriff auf jene frühesten Phasen, die in Langzeitexperimenten oft bereits verschwunden sind, weil sich die Zelle dann schon adaptiert hat. Der entscheidende biologische Moment ist möglicherweise nicht der Zustand nach Stunden oder Tagen in Schwerelosigkeit, sondern der Übergang selbst: der Augenblick, in dem die vertraute, mechanische Welt endet und die Zelle zum ersten Mal antworten muss.

Im Flugzeug ist dieser Moment überwältigend. Im Experiment ist er methodisch gnadenlos. Hardware, Personal und Flugprofil müssen auf die Sekunde genau funktionieren. Wenn der Countdown der ersten Parabel null erreicht, beginnt ein Experiment, das sich in dieser Reinheit nur einmal ereignet: die erste Antwort eines lebenden Systems auf den Wegfall des ordnenden Prinzips Schwerkraft. Vielleicht ist dieser Moment der Schwerelosigkeit deshalb so schwer zu beschreiben: In dem kurzen Moment des Sich-nicht-der-Erde-Fühlens wird die Kraft bewusst, die alles Lebendige auf der Erde von Beginn an geordnet hat. Die Schwerkraft unseres Planeten. Es wird erlebbar, wie sich der Planet Erde anfühlt.

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