Steckt in der „dunklen Materie der Ozeane“ der Schlüssel zu einem besseren Meeresschutz?

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Eine Stärke von KI ist die Erkennung von Mustern in großen Datenmengen. Das Forschungsprojekt AI MareExplore rund um Dr. Erik Borchert, Meeresbiologe am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, macht sich das zunutze. Denn auch in den Ozeanen gibt es noch einiges an „dunkler Materie“, deren Erforschung bei der Bewältigung von Umweltherausforderungen in den Ozeanen helfen könnte.

Die dunkle Materie der Meere

Der Begriff der „dunklen Materie“ ist vor allem aus der Physik bekannt. Aber auch in der Biologie wird der Ausdruck genutzt, wenn in Forschungsgebieten trotz Vorliegen großer Datenmengen noch enorme Wissenslücken bestehen. Dies trifft zum Beispiel auf die Metagenomik zu. Dieses Forschungsfeld befasst sich mit der Analyse genetischer Informationen von Mikroorganismen aus Umweltproben, die nicht vorab im Labor kultiviert wurden. Seit den späten 1990er-Jahren hilft diese Methodik bei der Aufschlüsselung mariner Systeme. Trotzdem können wir heute noch immer ca. 60 Prozent der gefundenen Sequenzen keine bestehenden Funktionen zuordnen – und geben damit Forschenden weiterhin Rätsel auf. „Wir wissen, dass da draußen noch viel mehr ist – eine Art funktionelle ‚dunkle Materie‘, die sich unserer Analyse entzieht“, sagt Dr. Borchert. KI soll nun dabei helfen, das Geheimnis um die dunkle Materie der Ozeane zu lüften.

KI trifft auf Meeresbiotechnologie

Die Forschungsgruppe um Dr. Borchert ist vor allem an unentdeckten Enzymen interessiert, die Kunststoffe abbauen oder Kohlendioxid binden können. Diese sogenannten marinen Biokatalysatoren könnten im Meeresschutz zukünftig von großer Bedeutung sein.

Der Fokus der Forschenden liegt zunächst auf der Entwicklung eines KI-Modells, dass marine Genomdaten analysiert. Die KI soll dann in riesigen Datenmengen, gespeist aus öffentlich zugänglichen Genomdatenbanken, unbekannte Sequenzen identifizieren, die mit hoher Wahrscheinlichkeit biokatalytische Funktionen haben. Erkennt das Modell ein interessantes Enzymmuster, wird es im Labor überprüft. So lassen sich bisher verborgene Enzyme schrittweise entschlüsseln. „Am Ende wollen wir nicht nur eine neue Analyse-Methode entwickeln, sondern auch konkrete Biokatalysatoren identifizieren, die zur Bewältigung globaler Umweltprobleme beitragen“, sagt Dr. Borchert zur Zielsetzung des Projekts.

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Ulrike Panknin/ GEOMAR

Mikroplastik im Meer: Ein Ziel des neuen Forschungsprojekts ist es, Enzyme zu finden, die Kunststoffe abbauen können.

Vom Projektstart zur Anwendung in nur drei Jahren – durch interdisziplinäre Zusammenarbeit

Das Projekt AI MareExplore läuft seit Januar 2025 und wird aus dem Innovationspool des Helmholtz-Zentrums finanziert. Dieser Pool fördert die interdisziplinäre Zusammenarbeit an innovativen Ideen im Rahmen von drei-Jahres-Projekten. Neben dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel sind auch das Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), das Forschungszentrum Jülich (FZJ) und das GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung beteiligt. So kommen ökologische, bioinformatische und biotechnologische Ansätze zusammen. Diese Interdisziplinarität soll eine ganzheitliche Herangehensweise sicherstellen, die zukünftig flexibel auf andere Anwendungsbereiche übertragen werden kann.

Ozeane als Innovationsquelle für besseren Meeresschutz

AI MareExplore ist ein Beispiel für einen zunehmenden Trend in der Umweltforschung: Daten und KI werden eingesetzt, um ökologisch relevante Innovationen zu beschleunigen. Es geht dabei nicht allein darum, bestehende Systeme zu analysieren. Ziel ist es, Potenziale zu erkennen und nutzbar zu machen. Im Beispiel von AI MareExplore ist das der Abbau von Plastik und CO2.

Die Ozeane dienen dabei nicht nur als Forschungsobjekt, sondern gleichzeitig als Innovationsquelle. Gelingt es den Forschenden mit Hilfe von KI, das verborgene mikrobielle Potenzial der Meere zu nutzen, wäre das ein konkreter Schritt in Richtung zirkulärer Bioökonomie – basierend auf Lösungen, die aus natürlichen Kreisläufen entstehen und gleichzeitig zu deren Erhalt beitragen.

Dieser Artikel ist ein Gastbeitrag von Alexandra Rauscher. Sie hat Betriebswirtschaft mit Schwerpunkt Digital Business studiert. Seit 2020 arbeitet sie in einer Digitalisierungsberatung und schreibt über digitale Innovationen, die den Klimaschutz unterstützen. 

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