Der Forschungsverbund SCALE (SubCellular Architecture of LifE) der Goethe-Universität (GU) mit Beteiligung des Frankfurt Institute for Advanced Studies (FIAS) erhält künftig Fördermittel aus der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder. Die Schlüsseltechnologie– der „Digitale Zwilling“ – ist am FIAS angesiedelt. Erfolgreich war auch der Verbund TAM (The Adaptive Mind) unter Leitung der Universitäten Gießen, Marburg und Darmstadt mit Beteiligung von FIAS und GU. Forschende am FIAS entwickeln dabei Rechenmodelle, um Anpassungsprozesse des Gehirns an alltägliche Herausforderungen besser zu verstehen.

Die Clusterinitiative SCALE befasst sich mit den Bausteinen des Lebens: Zellen bestehen aus Milliarden von Molekülen, von Einzelmolekülen über große Molekülkomplexe bis hin zu Organellen. Zwar sind die Funktionen vieler Moleküle inzwischen gut charakterisiert, aber es bleibt unklar, wie die zelluläre Architektur entsteht, funktioniert und wie ihre Bestandteile zusammenarbeiten. Diese Selbstorganisationsprinzipien der Zelle wollen die Wissenschaftler:innen von SCALE aufdecken.

Im Mittelpunkt des SCALE-Projekts steht der Digitale Zwilling: ein lebendiges Computermodell der winzigen Strukturen und Bereiche im Inneren einer Zelle. Eine solche virtuelle Kopie ist nicht statisch, sondern verändert sich und reagiert dynamisch, wie das Original. So entsteht eine räumlich wie zeitlich hochaufgelöste Simulation der Zelle. FIAS-Senior-Fellow Roberto Covino vergleicht dies mit einem komplexen Tanz: „Man muss sehen, wie sich alle einzelnen Tänzer (die Moleküle) bewegen und interagieren, um die gesamte Darbietung (die biologische Funktion) wahrnzunehmen“. Der Digitale Zwilling simuliert dies und hilft so, die unglaublich komplexe Zusammenarbeit der Moleküle zu verstehen und wie dies zu all den Funktionen führt, die für das Leben notwendig sind. „Mit den digitalen Kopien zellulärer Strukturen überbrücken wir mehrere Größenordnungen“, so FIAS-Fellow Sebastian Thallmair. 
Die leistungsstarken Computersimulationen am FIAS stehen im Zentrum dieses Projekts: „Der Digitale Zwilling der Zelle ist das Kernprojekt von SCALE“, betont FIAS-Fellow Franziska Matthäus. „Das FIAS ist das Zuhause der Arbeitsgruppen, die dieses Kernprojekt bearbeiten: Hier wird die Forschung von morgen gemacht“.

Die Bewilligung der Förderung als Exzellenzcluster durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) ab 2026 erlaubt dem FIAS, neue unabhängige Forschungsgruppen zu gewinnen. Am FIAS kommen Forschende aus vielen verschiedenen Fachrichtungen und mit unterschiedlichem Know-how zusammen. Dies ermöglicht den kreativen Ideenaustausch, um mit Hilfe leistungsstarker Computersimulationen die verschiedenen gesammelten Daten am besten zu kombinieren können.

Der Präsident der Goethe-Universität, Enrico Schleiff, und FIAS-Direktor Volker Lindenstruth gratulierten den Forschenden zu ihrem Erfolg. Die Kooperation zeige, wie lebendig die Partnerschaft auf dem Wissenschaftscampus mit den außeruniversitären Forschungseinrichtungen sei.

Der Exzellenzcluster TAM mit Beteiligung von FIAS-Senior-Fellow Jochen Triesch entschlüsselt universelle Prinzipien der menschlichen Anpassungsfähigkeit – als Team aus Psychologie, Kognitions- und Neurowissenschaften und der Forschung zu Künstlicher Intelligenz, maschinellem Lernen und Robotik an den Universitäten Gießen, Marburg und Darmstadt. Damit wollen die Forschenden langfristig zu Verbesserungen im Bereich der psychischen Gesundheit, aber auch zur Entwicklung robusterer Robotik- und KI-Systeme beitragen.

Triesch und sein Team entwickeln Computermodelle für die kognitive Entwicklung von Säuglingen und Kleinkindern. Sie wollen ergründen, durch welche Mechanismen sich verschiedene kognitive Fähigkeiten im Gehirn von Kleinkindern entwickeln und wie dort letztlich ein bewusster Geist entsteht. „Solche Modelle können auch den Weg zu künstlicher Intelligenz ebnen, die ähnlich wie Kinder selbstständig und autonom lernt, ihre Umwelt zu verstehen“, erklärt der Inhaber der Johanna-Quandt-Professur für theoretische Lebens­wissen­schaf­ten.

 

Mehr Informationen:

https://scale-frankfurt.org/

https://aktuelles.uni-frankfurt.de/unireport/zellulaere-architekturen-scale/

https://www.theadaptivemind.de/

Exzellenzstrategie:

Mit der Exzellenzstrategie unterstützen Bund und Länder wissenschaftliche Spitzenleistungen, Profilbildung und Kooperationen im Wissenschaftssystem. Für die Förderlinie „Exzellenzcluster“ wurden jetzt 70 aus 143 Antragsskizzen bewilligt. Förderbeginn ist der 1. Januar 2026. Exzellenzcluster können fachübergreifende Forschungsfelder mit einer langfristigen Perspektive bearbeiten, Forschung und Infrastrukturen gemeinsam mit außeruniversitären Partnern weiterentwickeln und die Attraktivität der Universitäten als Forschungs- und als Studienort erhöhen.