FWF-ASTRA-Preise: 22 Millionen Euro für aufstrebende Spitzenforscher:innen

Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind nach wie vor die weltweit häufigste Todesursache, wobei das Altern den größten Risikofaktor darstellt. Noch ist nicht klar, warum das Herz mit der Zeit anfälliger wird und ob sich dieser Prozess verlangsamen lässt. Wichtige Schutzmechanismen, die im Laufe des menschlichen Alterungsprozesses nachlassen und eng mit dem kardiovaskulären Risiko verbunden sind, sind bereits bekannt. In seinem ASTRA-Projekt wird Mahmoud Gaber Salaheldin Abdellatif untersuchen, warum diese Systeme versagen und wie sie zur Entstehung von Erkrankungen im höheren Lebensalter beitragen. Darauf aufbauend sollen neue therapeutische Strategien entwickelt werden, die darauf abzielen, diese Schutzmechanismen wiederherzustellen, und ihre Fähigkeit testen, die Herzfunktion im Alter zu erhalten. Das Projekt rüttelt an einer seit Langem bestehenden Annahme in der Medizin: dass der kardiovaskuläre Verfall im Alter unvermeidbar ist.

Netzwerke prägen unsere moderne Welt, doch die mathematischen Gesetze ihrer Struktur geben noch immer Rätsel auf. In seinem ASTRA-Projekt untersucht Matija Bucic das Pass-to-Expander-Paradigma, ein zentrales Konzept der Graphentheorie. Ziel ist es zu verstehen, wie hochgradig vernetzte, robuste mathematische Kerne – sogenannte Expander – systematisch in scheinbar chaotischen Systemen gefunden werden können. Das Projekt versucht diesen Ansatz weiterzuentwickeln und die verborgenen mathematischen Regeln komplexer Netzwerke zu entschlüsseln. Diese Arbeit verschiebt die Grenzen der theoretischen Mathematik, um langjährige strukturelle Probleme zu lösen. Die Entschlüsselung dieser Baupläne liefert letztendlich neue theoretische Grundlagen, um die Widerstandsfähigkeit komplexer Systeme zu analysieren.

Jede Bewegung – vom Atmen bis zum Laufen – beruht auf einem präzisen Kommunikationssystem in den Muskeln. Elektrische Signale lösen die Freisetzung von Kalzium aus, was zur Muskelkontraktion führt. Obwohl die wichtigsten Proteine dieses Prozesses mittlerweile bekannt sind, ist die genaue Art ihrer Kommunikation nach wie vor eine der größten ungelösten Fragen der Muskelbiologie. In ihrem ASTRA-Projekt kombiniert Marta Campiglio fortschrittliche Zellmodelle, Strukturbiologie und physiologische Messungen, um die Interaktionen dieser Proteine und die Anzahl der für die Aktivierung der Muskelkontraktion notwendigen molekularen Sensoren zu entschlüsseln. Die Ergebnisse liefern grundlegende Erkenntnisse über die Muskelfunktion und tragen dazu bei, die molekularen Ursachen erblicher Muskelerkrankungen und maligner Hyperthermie zu erklären.

Die musikalische Darbietung ist ein wesentlicher Bestandteil unseres Musikgenusses und sorgt dafür, dass wir weiterhin Konzerte besuchen oder uns dasselbe Stück in der Interpretation verschiedener Interpret:innen anhören. Pianist:innen verbringen mehr Zeit mit dem Üben als mit Live-Auftritten, doch der Prozess des Probierens ist bislang nur unzureichend erforscht. Um diese Lücke zu schließen, führt Carlos Eduardo Cancino-Chacón in seinem Projekt die Computational Music Rehearsal Analysis (CMRA) als neue Forschungsrichtung ein. CMRA hat drei Schwerpunkte: musikalisch (wie Pianist:innen im Solo- und Ensemble-Übungsalltag ausdrucksstarke Interpretationen entwickeln), pädagogisch (Bewertung der Aufführungsqualität und des Fortschritts) und technologisch (Entwicklung interaktiver Echtzeitsysteme zur Unterstützung der Probenarbeit). Um diese Fragen zu beantworten, wird er neuartige Techniken des maschinellen Hörens entwickeln, die der Komplexität von Musikproben gerecht werden.

Mit dem FWF-ASTRA-Preis erforscht Christian Dorninger, wie industrielle Infrastruktur – Fabriken, Maschinen, Verkehrs‑ und Energiesysteme – globale Ressourcenströme und Ungleichheit prägt. Wohlhabende Volkswirtschaften importieren oft günstige Rohstoffe, exportieren höherwertige Produkte und investieren Gewinne in weiteren Infrastrukturaufbau, der den Ressourcenbedarf verfestigt. Das Projekt quantifiziert diese Rückkopplungen länder- und sektorübergreifend für den Zeitraum von 1800 bis 2050, indem es Umweltgeschichte mit globalen Input-Output-Modellen und Daten zu Kapitalbeständen verbindet. Ziel ist es, mit dem identifizierten Zusammenhang zwischen physischer Infrastruktur und ökologisch ungleichem Tausch, mögliche Zukunftsszenarien sozial-ökologischer Ungleichheit aufzuzeigen.

Die Messung von Distanzen im Universum ist eine zentrale Herausforderung der Astronomie. Entfernungen sind notwendig, um Eigenschaften von Galaxien zu bestimmen und zu verstehen, wie schnell sich das Universum ausdehnt, doch bestehende Methoden liefern teilweise widersprüchliche Ergebnisse. In ihrem ASTRA-Projekt entwickelt Katja Fahrion daher einen neuen Ansatz zur Messung kosmischer Entfernungen mithilfe von Sternhaufen – dichten Ansammlungen von Sternen, die in Galaxien vorkommen. Durch die Untersuchung der inneren Bewegungen von mehr als 1.200 Sternhaufen versucht sie diese als neues, unabhängiges Werkzeug zur Entfernungsbestimmung zu etablieren. Dies wird unser Verständnis von Galaxien verbessern und dazu beitragen, eine der grundlegendsten Fragen der Kosmologie zu beantworten: Wie schnell dehnt sich das Universum aus?

Wer eine Fremdsprache spricht, aktiviert sie im Gehirn genauso wie die Erstsprache. Beide bleiben ständig präsent, es ist unmöglich, eine der beiden Sprachen „auszuschalten“. Wie finden wir dennoch in der jeweiligen Sprache die passenden Worte? Die Linguistin Isabella Fritz untersucht in ihrem ASTRA-Projekt, wie Ähnlichkeiten in den Lautsystemen (Phonologien) von Sprachen das Verstehen und Sprechen beeinflussen. Im Mittelpunkt steht dabei der Einfluss des österreichischen Deutsch auf das Englische. Ihre Forschung verbindet linguistische Theorie mit experimentellen Methoden, etwa der Messung von Hirnströmen beim Sprechen und Hören der Fremdsprache. Das Projekt soll neue Einsichten darüber liefern, wie Sprachen im Gehirn zusammenwirken und sich gegenseitig beeinflussen.

Zweidimensionale Quantenmaterialien sind ultradünne Materialien, die aus nur einer oder wenigen Atomschichten bestehen. Ihre bemerkenswerten elektronischen, optischen und mechanischen Eigenschaften, die Schicht für Schicht gestaltet werden können, machen sie zu vielversprechenden Bausteinen für die nächste Generation von Elektronik und Sensoren. In ihrem ASTRA-Projekt entwickelt Anna Galler fortschrittliche theoretische und rechnergestützte Methoden, um ihre elektronischen und optischen Eigenschaften vorherzusagen und vielversprechende neue Materialien zu identifizieren, bevor sie im Labor synthetisiert werden. Zudem untersucht sie, wie Licht genutzt werden kann, um ihr Verhalten zu steuern und anzupassen. Diese Arbeit wird zur Entwicklung zukünftiger elektronischer Bauelemente beitragen, die kompakter, schneller und energieeffizienter sind.

Tiere sind komplexe mikrobielle Ökosysteme. Unser Verständnis des mikrobiellen Lebens im Inneren von Tieren beruht weitgehend auf Methoden, die die zelluläre Architektur auflösen und die Funktionen einzelner Zellen verschleiern. Dadurch können wir weder verstehen, wie die Position eines Mikroorganismus seine Funktion beeinflusst, noch wie Mikroben ihre Wirte auf zellulärer Ebene regulieren. In ihrem ASTRA-Projekt kombiniert Bettina Glasl Einzelzell- und räumliche Ansätze, um tierische und mikrobielle Zellen, ihre Funktionen und ihre Interaktionen in ihrem natürlichen räumlichen Kontext sichtbar zu machen. Ziel des Projekts ist es, anhand eines einfachen Meeresschwamms zu untersuchen, wie räumliche Organisation symbiotische Interaktionen prägt und wie Mikroben die Biologie von Tieren beeinflussen.

In ihrem Forschungsprojekt entschlüsselt Kathrin Göritzer, wie die Zuckerverzierungen auf sekretorischem IgA (SIgA) – dem wichtigsten Schleimhautantikörper des Körpers – das Darmmikrobiom prägen und vor Infektionen schützen. Bislang waren diese Zucker zu komplex, um sie zu untersuchen. Kathrin Göritzer wird ein innovatives pflanzliches System nützen, um vollständig zusammengesetztes humanes SIgA mit genau definierten Zuckern herzustellen und so zu testen, wie jede Variante nützliche und schädliche Bakterien bindet und die Darmbarriere sowie Entzündungen beeinflusst. Dies wird klare Regeln für die Funktion der Zucker aufzeigen und den Weg für orale SIgA-Präventivmaßnahmen und -Therapien ebnen, darunter auch muttermilchähnliche Präparate für Säuglinge.

Groß angelegte verkehrspolitische Maßnahmen beeinflussen, wo wir leben, arbeiten und unsere Freizeit verbringen, und spielen daher eine wichtige Rolle bei der Gestaltung von Größe, Dichte und Struktur von Städten. In seinem ASTRA-Projekt verbindet Daniel Hörcher Wirtschaftstheorie mit städtischen Daten und Rechenleistung, um zu verstehen, wie eine verbesserte Mobilität Städte und Regionen neu gestaltet. Die neuen Modelle werden aufzeigen, wer von großen Verkehrsmaßnahmen profitiert und wer darunter leidet; sie werden erklären, warum manche Maßnahmen öffentliche Unterstützung finden, während andere auf Widerstand stoßen, und ihre Auswirkungen auf die Verteilung gut bezahlter Arbeitsplätze, bezahlbaren Wohnraum, wirtschaftlichen Wohlstand und ökologische Nachhaltigkeit bewerten. Das Projekt wird politischen Entscheidungsträgern ein leistungsstarkes neues Instrument an die Hand geben, um öffentliche Investitionen auf Mobilitätslösungen zu lenken, die den größten sozialen, wirtschaftlichen und ökologischen Nutzen bringen.

Pflanzen sind auf große Zellkompartimente, sogenannte Vakuolen, angewiesen, um Nährstoffe zu speichern, den Wasserhaushalt zu regulieren und Umweltstress zu überstehen. Es ist jedoch nur wenig darüber bekannt, wie Pflanzen diese lebenswichtigen Strukturen schützen, wenn die Bedingungen ungünstig werden. Jüngste Arbeiten haben einen bisher unbekannten zellulären Abwehrmechanismus aufgedeckt, der als „vakuoläre Qualitätskontrolle“ bezeichnet wird und dazu beiträgt, die Integrität der Vakuolen unter Stressbedingungen aufrechtzuerhalten. Mit dem ASTRA-Projekt wird Jose Julian Valenzuela untersuchen, wie dieser Mechanismus es Pflanzen ermöglicht, mit alkalischen Böden umzugehen – eine wachsende Herausforderung für die Landwirtschaft, die durch den Klimawandel und nicht nachhaltige Landnutzung verursacht wird. Die Untersuchung sowohl von Modellpflanzen als auch von klimaresistenten Nutzpflanzen wie Quinoa soll neue Strategien aufzeigen, die zu einer widerstandsfähigeren Landwirtschaft in der Zukunft beitragen könnten.

KI-Systeme verlassen zunehmend die digitale Welt und handeln immer öfter in der realen Welt. Sie klassifizieren nicht mehr nur Bilder oder beantworten Fragen, sondern treffen eigenständige Entscheidungen – etwa in Mobilität, Robotik, Logistik und Gesundheitswesen. Wenn KI eigenständig handelt, müssen wir uns darauf verlassen können, dass sie sicher agiert und unsere Regeln und Normen respektiert.

In ihrem ASTRA-Projekt entwickelt Bettina Könighofer neue Grundlagen für vertrauenswürdige KI-Autonomie. Im Mittelpunkt stehen „Schutzschilde“, die lernende KI-Systeme überwachen, riskante oder normwidrige Handlungen während der Laufzeit verhindern und erklären, warum ein System bestimmte Entscheidungen trifft. Das Projekt leistet einen Beitrag zu autonomen KI-Systemen, denen wir wirklich vertrauen können.

Nach dem Ersten Weltkrieg, nach dem industrialisierten Krieg und der Kränkung der „Humana“ wurde in Europa intensiv darüber diskutiert, was den Menschen in einer Zeit politischer Umbrüche, technischer Modernisierung und gesellschaftlicher Neuordnung ausmacht. Während diese Debatten bisher vor allem in Philosophie und Politik untersucht wurden, richtet David Krych in seinem ASTRA-Projekt den Blick auf das Theater. Im Zentrum stehen Avantgarden in Mittel- und Osteuropa zwischen 1918 und 1939. Anhand von Schauspieltheorien, Aufführungen und historischen Dokumenten untersucht er, wie Vorstellungen eines „neuen Menschen“ (Homo novus) nicht nur gedacht, sondern auf der Bühne durch „neue Akteur:innen“ (Actor novus) erprobt und gestaltet wurden. Dadurch ergeben sich neue Perspektiven auf europäische Moderne, Theatergeschichte und Menschenkonzepte.

Bakterien verfügen über überraschend ausgefeilte Immunsysteme, die sie vor Virusinfektionen schützen. Dennoch sind Viren nach wie vor äußerst erfolgreich. Wie umgehen sie die bakterielle Immunabwehr und infizieren ihre Wirte? Während in den letzten Jahren Hunderte von bakteriellen Abwehrsystemen entdeckt wurden, haben Wissenschaftler:innen erst vor Kurzem begonnen, die viralen Proteine zu entschlüsseln, die diesen entgegenwirken. In ihrem ASTRA-Projekt untersucht Anna Lopatina, wie Viren die bakterielle Immunabwehr überwinden, indem sie mehrere Strategien zur Umgehung der Abwehr kombinieren und diese im Laufe der Zeit regulieren. Ziel ist es, nicht nur unser Verständnis eines der ältesten evolutionären Kämpfe der Natur zu vertiefen, sondern auch neue Gestaltungsprinzipien für die Entwicklung bakterieller Viren für therapeutische Anwendungen zu entdecken und damit neue Möglichkeiten zur Bekämpfung antibiotikaresistenter Infektionen zu eröffnen.

Könnte es eine feministische Metaphysik geben? Die vorherrschende Antwort lautet bisher nein. In den Augen vieler feministischer Philosoph:innen hat sich die Metaphysik – die philosophische Untersuchung der Grundstrukturen der Wirklichkeit – durch ihre historische Komplizenschaft mit dem Patriarchat diskreditiert. Andere betrachten feministische Philosophie und Metaphysik als methodologisch unvereinbar. In ihrem ASTRA-Projekt löst Anne Sophie Meincke diesen Konflikt auf: Eine feministische Metaphysik ist möglich, wenn sie nicht auf der traditionell vorherrschenden Substanz- oder Ding-Metaphysik basiert, sondern auf der Prozessmetaphysik, derzufolge die Wirklichkeit letztlich aus Prozessen statt aus Substanzen oder Dingen besteht. Eine prozessuale feministische Metaphysik eröffnet neue Einblicke in zentrale Themen der feministischen Philosophie, darunter Sex und Gender, Reproduktion und Körperlichkeit sowie Ökofeminismus.

Sulfonate sind eine bedeutende Gruppe neu auftretender Schadstoffe im Trinkwasser, die herkömmliche Aufbereitungsverfahren umgehen und bis in unsere Wasserleitungen gelangen können. In ihrem ASTRA-Projekt untersucht Sarah Pati, woher diese Schadstoffe stammen und wie sie sich in der Umwelt verhalten. Damit schafft sie die Grundlage, um sie besser zu überwachen, ihre Risiken einzuschätzen und sie wirksamer zu entfernen. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Frage, wie Sonnenlicht, Mikroorganismen und die Trinkwasseraufbereitung diese Chemikalien verändern und wie diese Prozesse mit der Beständigkeit von Sulfonaten sowie der Bildung schädlicher Nebenprodukte zusammenhängen. Eine zentrale Innovation des Projekts ist eine Methode zur stabilen Isotopen-„Fingerabdruckanalyse“, mit der sich die Herkunft und die Umweltpfade von Sulfonaten nachverfolgen lassen. Durch die Kombination dieses Ansatzes mit kontrollierten Laborversuchen und der Analyse realer Wasserproben entsteht ein Instrumentarium, das dazu beitragen soll, die Sicherheit des Trinkwassers langfristig zu gewährleisten.

Elektronen, die in zwei Dimensionen eingeschlossen sind, können aufgrund nicht-trivialer Topologie und starker Korrelationen zwischen den Elektronen qualitativ unterschiedliche Verhaltensweisen zeigen. In einem Beispiel verhält sich die kollektive Bewegung der Elektronen wie exotische Teilchen, die als Anyonen bezeichnet werden. Diese Anyonen sind die grundlegenden Bausteine für die zukünftige Realisierung topologischer Quantencomputer. In ihrem ASTRA-Projekt untersucht Fangyuan Yang die elektronischen Eigenschaften von Anyonen in Graphen, einer atomar dünnen Graphitschicht, experimentell. Gemeinsam mit ihrem Team erforscht sie, wie das Kristallgitter die Bildung von Anyonen beeinflussen kann und wie man die Anyonen stabilisieren kann. Um dieses Ziel zu erreichen, werden nanotechnologische Werkzeuge eingesetzt, um eine neue Art von Bauelementen mit abstimmbaren künstlichen Gittern aus Graphen und anderen 2D-Materialien zu entwickeln.