Forschung

16 April 2019IDM

Vom Himalaya zur Sahara: In dieser „magischen Box“ werden die extremsten Bedingungen der Erde simuliert

Der terraXcube, das Klimalabor von Eurac Research mit Sitz im NOI Techpark in Bozen, öffnet sich nun auch der internationalen wissenschaftlichen Gemeinschaft. „Fantastische Möglichkeiten, um die erste bemannte Mars-Mission vorzubereiten“

Der Sauerstoffgehalt nimmt ab, das Herz schlägt schneller, das Atmen wird immer schwieriger. Es fühlt sich an wie auf dem Gipfel des Everest, dem höchsten, einsamsten und unwirtlichsten Platz der Erde, dabei bleibt man wenige hundert Meter über dem Meeresspiegel: in Bozen, im Herzen des NOI Techpark. Eine Erfahrung, die für diejenigen, die das Dach der Welt tatsächlich bestiegen haben, etwas Unwirkliches hat. Vor allem, wenn eine solche Möglichkeit Studien zur Höhenmedizin und zur alpinen Notfallmedizin auf ein neues Level bringt. Es ist TerraXcube, das Labor von Eurac Research, das im Bozner Technologiepark die extremsten klimatischen Bedingungen der Welt simuliert – von der dünnen Luft der Himalaya-Gipfel bis zur sengenden Hitze der nordafrikanischen Wüsten. Eine Einrichtung, die bereits zu einem Bezugspunkt für die weltweite wissenschaftliche Gemeinschaft geworden ist, die die menschliche Widerstandsfähigkeit unter extremen Bedingungen untersucht. 

„Der terraXcube ist eine außerordentliche Chance für diejenigen, die unter extremen Bedingungen forschen“

„2007 habe ich den höchsten Berg der Welt bestiegen und dort, 150 Meter vom Gipfel, habe ich eine Blutprobe genommen, um den Sauerstoffgehalt zu überprüfen. Es war ein unvergessliches Erlebnis, ist aber schwierig zu wiederholen. Die Vorstellung, eine solche Situation im TerraXcube reproduzieren zu können, erfüllt mich nicht nur mit Emotionen, sondern ist auch eine außerordentliche Chance für diejenigen, die wie ich, unter extremen Bedingungen forschen“, sagt Dr. Daniel Martin, der gemeinsam mit seinen Intensivmediziner-Kollegen Chris Imray und Sundeep Dhillon an der „Xtreme Everest Expedition“ 2007 teilgenommen hat. Mit ihnen ist er auch nach Bozen gekommen, um die internationale Gemeinschaft von Wissenschaftlern zu treffen und die Forschungsmöglichkeiten zu erkunden, die sich durch das neue Labor aufgetan haben. Einen Ort, an dem die menschliche und biologische Widerstandsfähigkeit gegenüber komplexen Umweltbedingungen mit einem multidimensionalen Ansatz untersucht werden können. Die Forscher haben sich dabei darüber ausgetauscht, welche noch offenen Fragen dank des terraXcube nun auf eine andere Art angegangen werden könnten. 

„Um zu sehen, wie die menschliche Physiologie auf bestimmte Bedingungen reagiert, können wir hier verschiedene klimatische Parameter kombinieren“

Doch was bedeutet es, den terraXcube zu betreten? Eine gigantische rote Tür „bewacht“ den Large Cube, das erste, 360 Kubikmeter umfassende „Set“, in dem die extremsten Umweltbedingungen der Welt simuliert werden. Eine Etage tiefer finden sich die vier Simulationskammern des Small Cube, jede davon unabhängig von den anderen imstande, die für den Alpenbogen charakteristischen Umweltbedingungen nachzuahmen. Umgebungen also, in denen reproduzierbare Tests in den Bereichen Ökologie, Industrie – von Automotive bis zur Textilbranche – und Medizin durchgeführt werden können, indem detaillierte Modelle der translationalen klinischen Forschung erarbeitet werden. „Die Klimakammern können – neben Pflanzen, Ausrüstung und selbst sehr großen Maschinen – bis zu 15 Personen beherbergen, für einen kurzen oder auch langen Zeitraum“, erklärt Christian Steurer, der Leiter des terraXcube, und ergänzt: „Wir können verschiedene klimatische Parameter kombinieren und zeitgleich reproduzieren, und sogar eine Höhe von bis zu 9.000 Metern erreichen, um zu sehen, wie die menschliche Physiologie auf bestimmte Bedingungen reagiert: von -40 Grad bis zu +60 Grad, bei Windgeschwindigkeiten von bis zu 30 Metern pro Sekunde.“ 

 „Die Umweltsimulation entwickelt sich zu einem der breitesten Forschungsthemen auf europäischer Ebene. Die Reproduzierbarkeit ist eines der Grundelemente der wissenschaftlichen Forschung, auch wenn – wie kürzlich von der renommierten Zeitschrift Nature erwähnt – die Reproduzierbarkeitstests bei mehr als 70 Prozent der wissenschaftlichen Forschung fehlschlagen. Daher ist die von terraXcube garantierte Möglichkeit, Experimente unter extremen Bedingungen zu replizieren, für Fortschritte im medizinischen Bereich von zentraler Bedeutung", bestätigt Hermann Brugger, Direktor des Instituts für alpine Notfallmedizin von Eurac Research und Initiator des Summits im NOI Techpark in Bozen. 

„Wir analysieren den zerebralen Blutdruck der Astronauten. Für unsere Studien ist der terraXcube ein fantastischer irdischer ‚Space Analog‘“

Die in großer Höhe durchgeführten Studien, die sich insbesondere auf Hypoxie (Sauerstoffmangel), Hypothermie (Unterkühlung) und epidemiologische Untersuchungen konzentrieren, bilden die Basis für die Ausarbeitung medizinischer Therapien, die beispielsweise mit Diabetes mellitus, Bluthochdruck oder anderen Kreislauferkrankungen zusammenhängen. Deshalb ist unter anderem Damian Bailey nach Bozen gekommen, der weltweit führende Hypoxieexperte, derzeit Professor an der University of South Wales. Bailey hat mehrmals Unternehmungen von Athleten wissenschaftlich begleitet, die hohe Berge für sportliche Zwecke und medizinische Forschung bestiegen haben. „Die Athleten streben nach extremer Performance, was bei ‚normalen‘ Menschen nicht der Fall ist. Aber so unterschiedlich diese beiden Fälle auch gelagert sein mögen, so sind sie dennoch durch eines verbunden: die Sauerstoffversorgung des Gehirns. Die Hypoxie liegt Krankheiten wie Schlaganfällen, neuronaler Degeneration oder Herz- und Lungeninsuffizienz zugrunde. Und das menschliche Gehirn wird immer ‚hungriger‘ nach Sauerstoff. Aus diesem Grund ist einer der Bereiche von größtem wissenschaftlichem Interesse die Demenz. Eine Umgebung zur  Verfügung zu haben, in der wir zeitglich die Abwesenheit von Schwerkraft und die Hypoxie für die Erforschung einer solchen Krankheit nachbilden können, ist entscheidend", erklärt der Wissenschaftler und erinnert daran, dass es auch ein anderes, aufstrebendes Forschungsfeld gibt, für das ein Labor wie terraXcube nützlich sein kann: die Weltraummedizin. „Wir analysieren den zerebralen Blutdruck der Astronauten im Hinblick auf eine große Herausforderung: den ersten Menschen bis 2030 auf den Mars zu schicken. Für unsere Studien“, betont Bailey, „ist der terraXcube ein fantastischer irdischer ‚Space Analog‘.“

Fact Sheet

Die Infrastruktur

terraXcube ist eine Forschungsinfrastruktur, die die extremsten Klimabedingungen der Erde simuliert – mit dem Ziel ihren Einfluss auf den Menschen, auf ökologische Prozesse und auf technische Produkte zu untersuchen. In verschiedenen Klimakammern kann im terraXcube erforscht werden, wie Mensch und Natur auf Umweltstress reagieren und wie solche extremen Bedingungen sich auf die Leistung von Materialien und Produkten auswirken.

Forschungsbereiche und Virtual Tour

Vor allem in den Forschungsgebieten der alpinen Notfall- und Höhenmedizin und der alpinen Ökologie hat die Infrastruktur enormen Wert. Für die Wirtschaftermöglicht terraXcube eine umfassende Palette an Testszenarien, insbesondere für den UAV-, den Automobil- und den Textilsektor. Hier geht es zur Virtual Tour durch die Klimakammern des terraXcube.