Forschungsschwerpunkte

Computer zum Denken bringen

Der Exzellenzcluster „Maschinelles Lernen: Neue Perspektiven für die Wissenschaft“ befasst sich mit Entwicklungen im Bereich des maschinellen Lernens und deren Auswirkungen auf verschiedenste Wissenschaftsbereiche. Die beteiligten Forscherinnen und Forscher untersuchen Anwendungsfälle aus ganz unterschiedlichen Fächern – von der Medizin über die Geowissenschaften bis zu den Sozialwissenschaften.

Im Mittelpunkt der Forschung im Cluster stehen Algorithmen, die komplexe Strukturen und kausale Zusammenhänge in wissenschaftlichen Daten erkennen können, und Methoden, mit denen sich Unsicherheiten in datengetriebenen wissenschaftlichen Modellen quantifizieren lassen. Zudem befasst sich der Cluster mit Techniken, die es Forschenden ermöglichen, einzelne Schritte des maschinellen Lernens besser nachzuvollziehen, in den Ablauf einzugreifen und ihn zu kontrollieren. Nicht zuletzt stehen wissenschaftstheoretische und ethische Fragen auf der Agenda, die sich ergeben, wenn Algorithmen eine zunehmend zentralere Rolle im wissenschaftlichen Erkenntnisgewinn spielen.

Maschinen lernen Sehen

Die Robustheit des intelligenten Systems Mensch auch in künstlichen Anordnungen nachzubilden, ist eine große Herausforderung für die Forschung im Bereich des maschinellen Lernens. Der Sonderforschungsbereich „Robustheit des Sehens – Prinzipien der Inferenz und der neuronalen Mechanismen“ (SFB 1233) befasst sich mit den Grundlagen des biologischen und des maschinellen Sehens.

In Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme wollen die Mitglieder des Sonderforschungsbereichs die Prinzipien und Algorithmen besser verstehen, die den Berechnungen biologischer visueller Systeme zugrunde liegen und ein „robustes Sehen“ ermöglichen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler kombinieren dazu Ansätze aus der Neurowissenschaft, der Forschung zu Computer Vision sowie dem maschinellen Lernen und konzentrieren sich vor allem auf die Bereiche, in denen es grundlegende Unterschiede zwischen der Neurobiologie des Sehens und aktuellen Algorithmen des maschinellen Sehens gibt.

Am „Tübingen AI Center“, unserem Kompetenzzentrum für Maschinelles Lernen, arbeiten Forschungsgruppen der Universität und des Max-Planck-Instituts an der Weiterentwicklung robuster lernender Systeme. Lernalgorithmen sollen erfolgreich mit äußeren und unerwarteten Einflüssen umgehen können. Gleichzeitig soll ihr Output besser vorhersagbar und transparenter sein. Das Kompetenzzentrum will in diesem Bereich eine Brücke zwischen Grundlagenforschung und angewandter Forschung schlagen.

Ein Netzwerk zur künstlichen Intelligenz

Tübingen hat sich im Bereich der künstlichen Intelligenz und des maschinellen Lernens ausgesprochen dynamisch entwickelt und gilt mittlerweile als einer der führenden Standorte weltweit. Sichtbares Zeichen dieser Stärke ist die 2016 gegründete Cyber Valley Initiative, ein Verbund von Akteuren aus Wissenschaft und Industrie, die gemeinsam Grundlagen und Anwendungspotenziale der künstlichen Intelligenz erforschen und entwickeln wollen. In der Initiative wirken neben den Universitäten Tübingen und Stuttgart die Max-Planck-Gesellschaft und die Fraunhofer-Gesellschaft, das Land Baden-Württemberg sowie zahlreiche global tätige Industrieunternehmen mit.

Weitere Projekte

• ERC Consolidator Grant ANUBIS: Advanced numerics for uncertainty and Bayesian inference in science (ab 09/2024)
• ERC Consolidator Grant DeepCoMechTome: Using deep learning to understand computations in neural circuits with connectome-constrained mechanistic models 
• ERC Starting Grant LEGO-3D: Learning generative 3D scene models for training and validating intelligent systems
• ERC Starting Grant NextMechMod: Next generation mechanistic models of retinal interneurons

Hirnforschung auf Spitzenniveau

Seit über 30 Jahren ist Tübingen eine internationale Top-Adresse für die Hirnforschung. Von Anfang an haben die Neurowissenschaften auf Interdisziplinarität gesetzt. Das Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung (HIH) bildet gemeinsam mit der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums das Zentrum für Neurologie. Es vereint Spitzenforschung, Ausbildung und Patientenversorgung unter einem Dach. Im Fokus stehen neurodegenerative und entzündliche Hirnerkrankungen, Epilepsien, Schlaganfälle und Hirntumore, ergänzt durch Forschung zu den Grundlagen und Störungen von Wahrnehmung, Bewusstsein, Motorik und Lernen. Kennzeichnend für die Arbeit am HIH sind translationale Forschungsansätze, die darauf zielen, wissenschaftliche Erkenntnisse möglichst rasch in die Behandlung von Patientinnen und Patienten einfließen zu lassen.

Ein wichtiger Partner des Hertie-Instituts in Tübingen ist das Werner Reichardt Zentrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN), die gemeinsame Plattform der systemisch orientierten Neurowissenschaften an der Universität. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus drei Fakultäten kooperieren hier mit außeruniversitären Partnern. In fünf sich ergänzenden Bereichen untersuchen die Forschenden am CIN, wie das Gehirn seine unterschiedlichen Funktionen wie Wahrnehmung, Gedächtnis, Gefühle, Kommunikation und Handeln hervorbringt und wie Hirnerkrankungen diese Funktionen beeinträchtigen. Ziel ist es, in einem integrativen Ansatz die Arbeitsweise einzelner Nervenzellen sowie ihr komplexes Zusammenspiel in Schaltkreisen und Netzwerken zu verstehen und so die informationstheoretische und biologische Basis von Hirnleistungen zu entschlüsseln.

Eine weitere Säule der Neurowissenschaften ist das Zentrum für Neurosensorik (ZfN), ein Zusammenschluss des Departments für Augenheilkunde und der Hals-Nasen-Ohren-Klinik. In seiner Forschung betreibt das ZfN systemische Analysen der Ursachen und Behandlung neurosensorischer Erkrankungen. Das Department für Augenheilkunde nimmt mit klinischen Gentherapiestudien eine Vorreiterrolle in der Therapie genetisch bedingter Netzhauterkrankungen ein, während die HNO-Klinik führend in der Prothetik von Cochlea-Implantaten ist.

Ein zentraler außeruniversitärer Akteur in der Hirnforschung, der eng mit dem CIN, dem HIH und dem Universitätsklinikum kooperiert, ist das Deutsche Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) Tübingen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in dieser Einrichtung der Helmholtz-Gemeinschaft erforschen, wie Krankheiten wie Alzheimer oder Parkinson entstehen. Sie wollen neue Strategien der Diagnostik, Prävention und Therapie dieser Erkrankungen des alternden Gehirns entwickeln. Diese Zusammenarbeit wurde 2018 mit der Gründung des Tübingen NeuroCampus (TNC) institutionalisiert, einer Dachstruktur für mehr als hundert neurowissenschaftliche Arbeitsgruppen in Tübingen.

Weitere Einrichtungen, Projekte und Auszeichnungen

• Forschungsgruppe Epileptogenese von genetischen Epilepsien (FOR 2715)
• Humboldt-Professur (2020) für Prof. Dr. Peter Dayan, Neurowissenschaft
• ERC Advanced Grant SleepBalance: Sleep balancing abstraction and forgetting of memory
• ERC Consolidator Grant NINI: Neuronal information through neuronal interactions
• ERC Starting Grant BodyMemory: How does our brain store bodily experience?
• ERC Starting Grant Eye to Action: Tracing visual computations from the retina to behavior
• ERC Starting Grant HealthyMom: Modelling and maintaining maternal mental health 
• ERC Starting Grant NeuroFlux: Understanding the impact of brain fluctuations on decision making
• ERC Synergy Grant ConnectToBrain: Connecting to the networks of the human brain
• ERC Synergy Grant RELEVANCE: How body relevance drives brain organization

Neue Ansätze gegen Tumore

Seit vielen Jahren ist die Tübinger Krebsforschung eine der ersten Adressen in Deutschland und Europa. Im Rahmen der Exzellenzstrategie haben wir 2018 den Cluster „Individualisierung von Tumortherapien durch molekulare Bildgebung und funktionelle Identifizierung therapeutischer Zielstrukturen“ (iFIT) eingeworben. Ziel des Verbunds ist es, biologische Prozesse in Tumoren umfassend zu verstehen und diese Erkenntnisse in klinische Studien zur Entwicklung nachhaltiger personalisierter Krebstherapien einfließen zu lassen. Bisherige Therapien sind vielfach nicht dauerhaft wirksam, weil die Tumore Resistenzen gegen die eingesetzten Mittel entwickeln können. Die Forscherinnen und Forscher im Cluster untersuchen Tumore mit funktionellen genetischen Verfahren, um Schwachstellen zu finden, die Angriffspunkte für neue Medikamente sein könnten. Am iFIT-Cluster beteiligt sind neben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Onkologie, Klinischer Bildgebung und Immunologie der Universität auch Forscherinnen und Forscher aus den Max-Planck-Instituten für Entwicklungsbiologie und für Intelligente Systeme, dem Naturwissenschaftlichen und Medizinischen Institut Reutlingen sowie dem Margarete-Fischer-Bosch-Institut für Klinische Pharmakologie in Stuttgart.

Gemeinsam gegen Krebs

Die Tübinger Aktivitäten in der Krebsforschung sind im Comprehensive Cancer Center Tübingen-Stuttgart (CCC) gebündelt, einem Onkologisches Spitzenzentrum am Universitätsklinikum. Es kooperiert mit dem Robert-Bosch-Krankenhaus in Stuttgart. Im CCC arbeiten Fachleute aus 14 Zentren, die auf verschiedene Tumore spezialisiert sind, eng zusammen, um die bestmögliche Behandlung von Patientinnen und Patienten auf neuestem Stand der medizinischen Kenntnisse zu gewährleisten. Dabei wird ein ständiger Austausch zwischen wissenschaftlicher Arbeit und klinischer Praxis gepflegt. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Krebsimmuntherapie, bei der das körpereigene Immunsystem gegen Krebszellen gelenkt werden soll.

Das CCC ist auch Partner im Deutschen Konsortium für Translationale Krebsforschung (DKTK), einem Verbund von onkologisch besonders ausgewiesenen universitären Partnerstandorten und Kliniken. Die Arbeit des DKTK profitiert vor allem von der Tübinger Expertise in der funktionellen Genomik, der Arzneimittelentwicklung und der molekularen Bildgebung; es besteht eine enge Zusammenarbeit mit dem Werner Siemens Imaging Center und dem Tübingen Center for Academic Drug Discovery (TüCAD2). Auch hier steht die kliniknahe translationale Krebsforschung im Mittelpunkt.

Das Immunsystem verstehen

Am Interfakultären Institut für Zellbiologie (IFIZ) der Universität Tübingen arbeiten Experten aus Biologie, Medizin, Chemie und Pharmazie zusammen. Seine besondere Stärke liegt auf dem Gebiet der translationalen Immunologie. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Instituts haben Grundlagen geschaffen, die zur Entwicklung neuer Immuntherapien gegen verschiedene Krebserkrankungen geführt haben. Der wissenschaftliche Ansatz der Immuntherapie setzt darauf, das Immunsystem des Patienten dahingehend zu aktivieren, dass es Tumorzellen aktiv erkennt und eliminiert. Dabei werden neben therapeutischen Antikörpern unterschiedliche Impfstoffe entwickelt, die auf Peptiden basieren. Die natürliche Immunabwehr ist allerdings nicht bei jedem Menschen gleich, und auch jeder Tumor ist anders. Während die körpereigene Immunabwehr bei der Krebstherapie gestärkt werden soll, gilt es bei Autoimmunkrankheiten wie Multiple Sklerose, sie abzuschwächen oder zu verhindern – auch hier wollen die Forscher des IFIZ zu Lösungen beitragen.

Im Sonderforschungsbereich/Transregio „Die Haut als Sensor und Initiator von lokalen und systemischen Immunreaktionen“ (SFB/TR 156) untersuchen Tübinger Forscher mit Kollegen der Universitäten Heidelberg und Mainz wichtige Schutzmechanismen der Haut; beteiligt sind die Disziplinen Dermatologie, Immunologie und Mikrobiologie. Ihre Interaktion mit dem Immunsystem erlaubt es der Haut, mit dem gesamten Körper zu kommunizieren. Die Forscherinnen und Forscher in diesem Verbund untersuchen, wie die einzelnen Zellen des Mikromilieus der Haut miteinander interagieren und wie die Wechselwirkung zwischen Mikroorganismen und Haut dazu beiträgt, dass entzündliche Erkrankungen entstehen. Dazu analysieren sie die Botenstoffe, die in der Kommunikation der Haut mit Mikroben eingesetzt werden. Ziel ist es, spezifischere und nebenwirkungsärmere Therapien für Hauterkrankungen wie atopische Dermatitis, Schuppenflechte und Sklerodermie zu entwickeln.

Weitere Einrichtungen, Projekte und Auszeichnungen

• Graduiertenkolleg Intraoperative multisensorische Gewebedifferenzierung in der Onkologie (GRK 2543)
• Leibniz-Preis (2014) für Prof. Dr. Lars Zender, Hepatologie/Onkologie
• ERC Consolidator Grant HemStem: Targeting leukaemia by modulating hematopoietic stem cell competitiveness
• ERC Starting Grant CARsen: Senolytic CAR T cells as novel therapeutic concept for solid tumors and senescence-associated diseases
• ERC Starting Grant CAR-TIME: Drivers and brakes of CAR T cell efficacy determined by the tumor immune microenvironment
• ERC Starting Grant PowerMit: Leveraging the impact of gut microbes to advance the efficacy of CAR-T cell immunotherapy
• ERC Starting Grant SOAR: Systematic triangulation of pathobiont-host-interactions

Erreger erforschen – Menschen schützen

Bedrohungen durch mikrobielle Krankheitserreger zu erforschen und zugleich effektive Wirkstoffe dagegen zu entwickeln, ist das Ziel des lnterfakultären Instituts für Mikrobiologie und Infektionsmedizin an der Universität Tübingen (IMIT). Das Institut bringt die Expertise der Biologie über die Erreger mit dem Know-how der Medizin über Infektionen zusammen. Schwerpunkte liegen auf der Physiologie von Bakterien, der Antibiotikaforschung sowie der Infektions- und Mikrobiomforschung. Ziel der Forscherinnen und Forscher ist es, die Diagnostik und Therapie von Infektionskrankheiten zu verbessern, auch um die Ausbreitung schwer behandelbarer Erreger zu verhindern. Das IMIT arbeitet eng mit dem Max-Planck-Institut (MPI) für Biologie zusammen.

Das ausgezeichnete Profil des IMIT und seine hervorragenden Verbindungen vor Ort waren Grundlage für die Auswahl von Tübingen als einem Standort des Deutschen Zentrums für Infektionsforschung (DZIF). Ziel aller Partner im DZIF ist es, die translationale Forschung zu fördern und neue Verfahren zu Diagnostik, Prävention und Therapie von Infektionskrankheiten zu entwickeln. Die Tübinger Beteiligten bringen hier unter anderem ihre Expertise in der Erforschung von Tropenkrankheiten und in der Entwicklung von Antibiotika ein.

Ziel der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Exzellenzcluster „Kontrolle von Mikroorganismen zur Bekämpfung von Infektionen“ (CMFI) ist es, neue Strategien gegen Infektionen jenseits von Breitbandantibiotika zu entwickeln. Die Mitglieder des CMFI untersuchen die Interaktionen von Mikroorganismen im Mikrobiom untereinander und mit ihrem Wirt. Statt die Krankheitserreger und viele weitere Organismen ungezielt auszuschalten, wollen sie neue zielgerichtete Wirkstoffe entwickeln, die sich positiv auf Mikrobiome auswirken. Der Cluster verbindet Forschung aus der Universität, dem Universitätsklinikum, dem MPI für Biologie und dem DZIF in einem integrativen Ansatz. Die medizinische Mikrobiologie befasst sich vor allem mit Krankheitserregern als Verursachern von Infektionen, während die molekulare Mikrobiologie meist einzelne Mechanismen oder Stoffwechselprozesse betrachtet. Der Cluster bringt beides zusammen und integriert auch Umweltmikrobiologie und Bioinformatik, um nützliche, „probiotische“ Bakterien zu identifizieren und zu erforschen sowie die Komplexität mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen. Anhand von In-vitro-Modellsystemen bis hin zu kontrollierten humanen Kolonisationsstudien erforschen die Beteiligten, wie das Mikrobiom eindringende Krankheitserreger abwehren kann. Neuartige Mikrobiom-spezifische Interventionen sollen in präklinischen und frühen klinischen Studien erprobt werden.

Neue Ansätze gegen Infektionen

Im Sonderforschungsbereich/Transregio „Zelluläre Mechanismen der Antibiotikawirkung und -produktion“ (SFB/TR 261) untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Mikrobiologie, Bioinformatik, Biochemie, Chemie, Pharmazie und Medizin die molekularen Produktions- und Wirkmechanismen von Antibiotika. Obwohl immer mehr Krankheitserreger Mehrfachresistenzen gegen die bekannten Antibiotika zeigen, sind nur wenige neue Wirkstoffe in der Entwicklung. Selbst bei bewährten Antibiotika ist häufig nicht ganz klar, welche Wirkkaskade sie in den Bakterien auslösen. Die Forscherinnen und Forscher des SFB/TR untersuchen diese antibiotische Aktivität in den Zielzellen. Aus den beteiligten Mechanismen wollen sie Prinzipien ableiten, um neue Wirkstoffe besser auswählen und entwickeln zu können. Bakterien sind nicht nur Angriffsziele der Antibiotikabehandlung; Bakterien sind auch die Produzenten der meisten nutzbringend als Antibiotika eingesetzten Wirkstoffe. Daher wollen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler besser verstehen, wie antibiotikaproduzierende Bakterien ihren Stoffwechsel anpassen, um ihre tödlichen Produkte herzustellen.  Das Potenzial zur Herstellung von Antibiotika in der Natur gilt als größer und vielversprechender, als es sich im Labor nachstellen lässt.  Die Erkenntnisse des SFB/TR könnten dazu beitragen, Bakterien auch unter Laborbedingungen neue Antibiotika produzieren zu lassen. Der Verbund ist eine Kooperation der Universitäten Tübingen und Bonn.

Ein wichtiger Akteur der Tübinger Infektionsforschung ist auch das Institut für Tropenmedizin, Reisemedizin und Humanparasitologie, zugleich Kompetenzzentrum für Baden-Württemberg, das in der Erforschung oft tödlich verlaufender Tropenkrankheiten zu den weltweit führenden Zentren gehört. Ein Schwerpunkt ist hier die Entwicklung und klinische Erprobung neuer Medikamente und Impfstoffe gegen den Erreger der Malaria. Dazu kommt die Erforschung von viraler Hepatitis, multiresistenter Tuberkulose und einer Vielzahl von Wurmerkrankungen. Ein wichtiger Partner des Instituts ist das Centre de Recherches Médicales de Lambaréné (CERMEL) in Gabun.

Weitere Einrichtungen und Projekte

• Forschungsgruppe VIROCARB: Glycans controlling non-enveloped virus infections (FOR 2327)
• ERC Starting Grant BugDrug: Bugs as drugs: Understanding microbial interaction networks to prevent and treat infections
• ERC Starting Grant gutMAP: Gut microbiome-mediated activities of psychotropic drugs
• ERC Starting Grant PowerMit: Leveraging the impact of gut microbes to advance the efficacy of CAR-T cell immunotherapy
• ERC Starting Grant SOAR: Systematic triangulation of pathobiont-host-interactions

Die Signale der Pflanzen deuten

Die Zelle mit der Erbinformation (DNA) ist der wichtigste Baustein aller Lebewesen. Die physiologischen Mechanismen, die das Leben von Organismen steuern, stehen im Fokus der Molekularbiologie. Forschungsgegenstand am Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen (ZMBP) sind Mechanismen auf zellulärer und molekularer Ebene, die das Wachstum und die Wahrnehmung von Pflanzen beeinflussen. Weil sich Fragen zu den komplexen Lebensprozessen der Pflanzen nur über die Grenzen einzelner Fachdisziplinen hinweg beantworten lassen, setzt das ZMBP seit seiner Gründung 1999 ganz auf Interdisziplinarität: Die Forscherinnen und Forscher des Zentrums untersuchen am Modellorganismus Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) sowie an Kulturpflanzen wie der Tomate oder dem Mais, wie Pflanzen wachsen und sich entwickeln, wie sie miteinander und mit anderen Organismen kommunizieren und sich an Umwelteinflüsse und -veränderungen anpassen, etwa an Nährstoffkonkurrenz, Krankheitserreger oder Dürre. Die Grundlagenforschung am ZMBP trägt so auch dazu bei, die Ernährung einer wachsenden Weltbevölkerung sicherzustellen – nicht zuletzt vor dem Hintergrund des Klimawandels.

Seit 2014 arbeitet im ZMBP auch der Sonderforschungsbereich „Molekulare Kodierung von Spezifität in pflanzlichen Prozessen“ (SFB 1101). In den letzten Jahren wurden zahlreiche Schlüsselproteine in Pflanzen identifiziert, die wesentlich zur Entwicklung, also etwa der Bildung von Blättern und Blüten, oder zur Anpassung an Umweltfaktoren wie Licht oder Trockenheit beitragen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im SFB 1101 wollen die entsprechenden Wirkprinzipien, ihre Regulation und ihr Ineinandergreifen am Beispiel der Ackerschmalwand im Detail untersuchen: Wie genau stoßen Schlüsselproteine einzelne Prozesse an und ermöglichen bestimmte Leistungen? Zudem treibt der SFB auch hochauflösende mikroskopische Methoden voran, mit denen sich Daten für die mathematische Modellierung und Simulation spezifitätskodierender Mechanismen erheben lassen. Langfristig will der SFB dazu beitragen, über einen synthetisch-biologischen Ansatz neue funktionelle Zelleigenschaften in Pflanzen zu schaffen.

Weitere Einrichtungen, Projekte und Auszeichnungen

• Forschungsgruppe The autotrophy-heterotrophy switch in cyanobacteria: coherent decision-making at multiple regulatory layers (FOR 2816)
• Humboldt-Professur (2015) für Prof. Dr. Marja Timmermans,Molekulare Genetik
• ERC Consolidator Grant GemOmics: Emerging multifactorial complexity at the geminivirus-host interface
• ERC Consolidator Grant DeCoCt: Knowledge-based design of complex synthetic microbial communities for plant protection
• Internationale Max-Planck-Graduiertenschule „From molecules to organisms“

Wasser, Energie und Umwelt im Fokus

Die Tübinger Geo- und Umweltforschung befasst sich mit anthropogenen Eingriffen in Natur und Umwelt weltweit sowie ihren Auswirkungen auf die Zukunft der Menschheit und die Ökosysteme der Erde. Zahlreiche Fachgebiete der Geo- und Umweltnaturwissenschaften – von der Geomikrobiologie bis zur Umwelttoxikologie – sind auf die Erforschung vielfältiger und komplexer Fragen ausgerichtet. Das Spektrum reicht von der Grundlagenforschung bis zur praktischen Anwendung, von Funktionsweisen biogeochemischer Prozesse bis zur nachhaltigen Erschließung von Rohstoffen. Immer wieder haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler dabei hochaktuelle Fragen im Blick: die Verfügbarkeit von sauberem Wasser, die Entwicklung neuer Energiequellen, der Einfluss des sich ändernden Klimas und nicht zuletzt die Schadstoffbelastungen der Umwelt. Die jeweiligen Fachgebiete sind international exzellent vernetzt. 

Im Rahmen der Exzellenzinitiative hat die Universität Tübingen eine interdisziplinäre Plattform „Umweltsysteme“ aufgebaut. Sie vernetzt die Geowissenschaften mit den benachbarten Disziplinen Biologie, Chemie und Physik und bezieht auch Sozial- und Wirtschaftswissenschaften, Rechtswissenschaft und ethische Aspekte mit ein. Eine enge Kooperation mit den benachbarten Universitäten Stuttgart und Hohenheim erweitert das Spektrum um die Ingenieur- und Agrarwissenschaften sowie die Sozioökonomie. Mitglieder dieses Netzwerks forschen in Zusammenarbeit mit Umweltbehörden, Beratungsunternehmen sowie nationalen Forschungslaboren. Mit der Plattform „Umweltsysteme“ will die Universität Tübingen zur Lösung globaler Herausforderungen rund um Klimawandel, Wasserversorgung und Umweltverschmutzung beitragen.

Erdoberfläche und Atmosphäre

Es ist wissenschaftliches Allgemeingut, dass die Erdoberfläche vor allem durch Erosion und tektonische Prozesse geformt wird. Das von der Universität Tübingen koordinierte DFG-Schwerpunktprogramm „EarthShape: Earth Surface Shaping by Biota“ will das Verständnis dieser Vorgänge grundlegend erweitern und verbessern: Die beteiligten Wissenschaftler untersuchen biologische Prozesse, etwa Aktivitäten von Mikroorganismen, als Einflussfaktoren auf die Erdoberfläche. Die Auswirkungen solcher Prozesse sind bisher wenig bekannt, sind aber relevant im Hinblick darauf, wie der Klimawandel die Erdoberfläche verändern wird. Exemplarischer Forschungsgegenstand und „natürliches Labor“ ist das chilenische Küstengebirge, das auf engem Raum extreme klimatische und biologische Unterschiede aufweist. Tübinger Forscherinnen und Forscher arbeiten bei EarthShape mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern von über zehn Universitäten und Forschungseinrichtungen im deutschsprachigen Raum sowie in Chile zusammen.

Auszeichnungen

• Humboldt-Professur (2017) für Prof. Dr. Largus T. Angenent, Geowissenschaften

Die kulturelle Entwicklung der Menschheit

Kaum eine Frage beschäftigt uns so sehr wie die nach dem Ursprung des Menschen. Am Institut für Ur- und Frühgeschichte und Archäologie des Mittelalters der Universität wie auch am Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment (SHEP) arbeiten weltweit führende Spezialistinnen und Spezialisten daran, die frühen Wege der Menschheit zu rekonstruieren. Nicht zuletzt haben sich verschiedene Institute der Universität im Tübinger Zentrum für Archäologie (TZA) zusammengeschlossen, einer interfakultären Einrichtung, die sich der archäologischen Forschung für den Zeitraum vom Paläolithikum bis zum Mittelalter widmet. All diese Forscherinnen und Forscher profitieren von der engen Vernetzung der Disziplinen, die es ihnen auch ermöglicht, aktuelle naturwissenschaftliche Analysemethoden zu nutzen.

Tübinger Paläoanthropologinnen und -anthropologen haben in den letzten Jahren verschiedene bahnbrechende Entdeckungen gemacht: Mit Skelettfunden einer bisher unbekannten aufrecht gehenden Primatenart im Allgäu, dem Danuvius guggenmosi, haben sie bisherige Hypothesen zur Evolution des aufrechten Gangs infrage gestellt. Weiterhin wurden in Höhlen auf der Schwäbischen Alb verschiedene Tierfiguren, Flöten und Schmuckstücke aus Mammut-Elfenbein und Knochen ausgegraben, die während der letzten Eiszeit vor rund 40 000 Jahren hergestellt wurden. Diese Objekte zählen zu den ältesten Belegen für figürliche Kunst, Musik und Glaubensvorstellungen des Menschen.

Im Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment (SHEP) ist die Universität Tübingen eine höchst produktive Kooperation mit der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung eingegangen. Das SHEP umfasst sieben Arbeitsgruppen, die von Professorinnen und Professoren der Universität geleitet werden. Im Zentrum ihrer Arbeit steht die biologische und kulturelle Evolution des Menschen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen die komplexen Wechselbeziehungen zwischen den Faktoren Biologie, Kultur und Umwelt untersuchen und in einem integrativen Ansatz zusammenführen. Dazu nutzen sie ein breites Methodenspektrum von Artefakt-Analysen über geochemische und geochronologische Verfahren bis hin zu Klimarekonstruktionen. Durch die wissenschaftliche Bearbeitung sollen Fossilienfunde Auskunft zu früheren Ökosystemen geben. Die Forscherinnen und Forscher des SHEP sind weltweit aktiv und an zahlreichen bedeutenden Ausgrabungen beteiligt; immer wieder machen sie mit wegweisenden Publikationen auf sich aufmerksam.

Zentraler methodischer Ansatz in der Forschung zur menschlichen Evolution und Archäologie ist die Archäometrie, also der Einsatz naturwissenschaftlicher Techniken, sei es zur Bestimmung von Herkunft, Alter oder Echtheit von archäologischen Funden oder zur Lösung von Fragen zur technischen oder kognitiven Entwicklung der Menschheit. Dazu gehören etwa Datierungsverfahren wie die Radiokarbonmethode oder die Dendro-Chronologie, vermehrt aber auch chemische, physikalische und biologische Analysen zur Materialcharakterisierung. Den archäometrischen Methoden und ihrer Weiterentwicklung widmen sich das Institut für Naturwissenschaftliche Archäologie sowie das Competence Center Archaeometry – Baden-Württemberg (CCA-BW) der Universität Tübingen. Die Universität profitiert zudem von der Expertise des Curt-Engelhorn-Zentrums Archäometrie (CEZA) in Mannheim, das das Know-how der Tübinger Wissenschaftler hervorragend ergänzt.

Die Heidelberger Akademie der Wissenschaften hat ein Langzeitprojekt in der Älteren Urgeschichte an die Universität Tübingen und das Forschungsinstitut der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung (SGN) in Frankfurt vergeben: die Forschungsstelle The Role of Culture in Early Expansions of Humans (ROCEEH). Die Forscherinnen und Forscher untersuchen die Bedingungen der unterschiedlichen Formen menschlicher Expansion und deren Wechselwirkung in Afrika und Eurasien im Zeitraum zwischen 3 Millionen Jahren und 20.000 Jahren vor heute. Ziel ist es, die die bio-kulturelle Geschichte der Menschen in ihren evolutionären, historisch-sozialen und ökologischen Dimensionen zu verstehen.

Weitere Einrichtungen, Projekte und Auszeichnungen

• Kolleg-Forschungsgruppe Words, bones, genes, tools: tracking linguistic, cultural and biological trajectories of the human past (FOR 2237)
• Leibniz-Preis (2021) für Prof. Dr. Katerina Harvati-Papatheodorou, Paläoanthropologie
• ERC Advanced Grant FIRSTSTEPS: Our first steps to Europe: Pleistocene Homo sapiens dispersals, adaptations and interactions in South-East Europe
• ERC Consolidator Grant REVIVE: Tracing hominin occupations of and migrations through the Levant: reviving Paleolithic research in Lebanon
• ERC Starting Grant PROTOPEST: Infectious disease outbreaks as contributors to socio-cultural transformations in the 2nd millennium BCE

Perspektiven der Linguistik

Im Tübinger Zentrum für Linguistik (TÜZLi) arbeiten Forscherinnen und Forscher aus der Allgemeinen und Theoretischen Sprachwissenschaft, den Einzelphilologien und der Computerlinguistik zusammen. Sie untersuchen Sprachstrukturen sowie Prozesse der Entwicklung, des Erwerbs, der Verarbeitung und Interpretation von Sprache. Auch Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus der Biologie, den Informations- und Kognitionswissenschaften sowie den Kulturwissenschaften sind im TÜZLi eingebunden. Das Sprachverständnis ermöglicht es uns, akustischen Signalen im Bruchteil einer Sekunde Bedeutung zuzuordnen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am TüZLi wollen ein integratives Verständnis der dabei ablaufenden Prozesse entwickeln: Dazu bringt ihre Arbeit geisteswissenschaftliche Methoden mit Ansätzen aus den Kognitions- und Neurowissenschaften zusammen.

Weitere Einrichtungen, Projekte und Auszeichnungen

• Forschungsgruppe Modale und amodale Kognition: Mechanismen, Repräsentationen und Dysfunktionen (FOR 2718)
• Humboldt-Professur (2012) für Prof. Dr. Rolf Harald Baayen, Linguistik
• ERC Advanced Grant CrossLingference: Cross-linguistic statistical inference using hierarchical Bayesian models
• ERC Advanced Grant SUBLIMINAL: Subliminal learning in the Mandarin lexicon
• ERC Starting Grant EVINE: The Evolution of Visual Information Encoding

Aus der Vergangenheit lernen

Welche Bedeutung haben Rohstoffe, Produkte oder Netzwerke für den Zusammenhalt von Gesellschaften? Welche sozialen Entwicklungen ergeben sich aus dem Umgang mit solchen Ressourcen? Diesen Fragen gehen rund 70 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler im Sonderforschungsbereich RessourcenKulturen (SFB 1070) nach, in dem mehr als zehn Fachrichtungen vertreten sind, darunter neben der Geschichtswissenschaft auch Archäologie, Geografie, Altphilologie und Ethnologie. In ihren Arbeiten über verschiedene Kulturräume hinweg in einem Zeitraum von mehr als 30.000 Jahren erweitern die Forscherinnen und Forscher den ökonomisch geprägten Ressourcenbegriff um eine soziokulturelle Dimension: Sie untersuchen nicht nur Rohstoffe oder Waren, sondern auch immaterielle Güter wie Wissen oder Dienstleistungen. Im Fokus stehen Prozesse und Ereignisse, die eine Veränderung von Ressourcen mit sich bringen und dadurch Ursache für Migration oder für Kriegshandlungen sein können – Phänomene, die wir auch heute immer wieder beobachten. Denn die Erforschung historischer Fragestellungen soll immer auch zu Lösungen für Probleme der Gegenwart beitragen.

Ein Beleg für die Stärke der Geschichtswissenschaft in Tübingen ist auch die an der Universität angesiedelte Forschungsstelle „Historisch-philologischer Kommentar zur Weltchronik des Johannes Malalas“. Das historisch ausgerichtete Projekt der Heidelberger Akademie der Wissenschaften hat 2013 begonnen und ist auf eine Laufzeit von zwölf Jahren angelegt. Ziel ist die Erstellung eines umfassenden historisch-philologischen Kommentars zur Weltchronik des byzantinischen Historiographen, der im 6. Jahrhundert tätig war. Anhand seines Werks sollen auch neue Erkenntnisse über den Umgang mit der Vergangenheit in der Umbruchzeit zwischen Spätantike und Frühmittelalter gewonnen werden. Malalas’ Chronik ist zudem wichtig für die Rekonstruktion der Politikgeschichte des 5./6. Jahrhunderts sowie für mentalitäts-, kultur- und religionsgeschichtliche Fragestellungen.

Weitere Einrichtungen und Auszeichnungen

• Kolleg-Forschungsgruppe Migration und Mobilität in Spätantike und Frühmittelalter (FOR 2496)
• Leibniz-Preis (2022) für Prof. Dr. Mischa Meier, Alte Geschichte
• ERC Starting Grant AtlanticExiles: Refugees and revolution in the Atlantic world, 1770s-1820s

Empirische Bildungsforschung im 21. Jahrhundert

Am Hector-Institut für Empirische Bildungsforschung untersuchen rund 40 Wissenschaftler, welche individuellen, sozialen und institutionellen Faktoren erfolgreiches Lehren und Lernen von der Grundschule bis in den Beruf beeinflussen. Das Forschungsprogramm umfasst fünf Schwerpunkte: Educational Effectiveness, Unterrichtsqualität und Kompetenzen von Lehrenden, Potenzialentwicklung und Hochbegabung, Persönlichkeit sowie Motivation. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wollen unter anderem klären, wie gut das Bildungssystem Begabungen und Kompetenzen von Lernenden unterschiedlicher Schularten fördert, wie der Unterricht von Lehrkräften gestaltet sein muss, damit Schüler mit Interesse und Motivation lernen, und wie die Digitalisierung auch die Lehrerfortbildung und die universitäre Lehre verändert. Dazu arbeiten die Forscherinnen und Forscher auch mit Methoden wie Virtual Reality zur Simulation unterschiedlicher Lernumgebungen oder mit Eyetracking, um die Aufmerksamkeit bei Lehrenden und Lernenden zu erfassen.

Mitglieder des Hector-Instituts sind zudem zentrale Akteure im LEAD Graduate School & Research Network, kurz für „Learning, Educational Achievement and Life Course Development”. Dieser Verbund bringt über 100 Forscherinnen und Forscher aus einem breiten Spektrum von Disziplinen zusammen. Mit unterschiedlichen methodischen Ansätzen, Studiendesigns und Techniken zur Datenanalyse wollen sie Bildungsprozesse verstehen und fördern. Im Fokus stehen Sprache, Lernen in MINT-Fächern, selbstreguliertes Lernen, Lehren und Lernen mit digitalen Medien und die Überprüfung wissenschaftlicher Theorien in der praktischen Umsetzung. Ein weiterer Schwerpunkt von LEAD ist die Förderung des wissenschaftlichen Nachwuchses, der für Forschung und Praxis qualifiziert wird.

Ein wichtiger externer Partner für die universitäre Bildungsforschung ist das Leibniz-Institut für Wissensmedien (IWM) in Tübingen. Die renommierte Einrichtung erforscht das Lehren und Lernen mit digitalen Technologien.

Lehrerbildung in neuen Dimensionen

Mit der Tübingen School of Education (TüSE) hat die Universität Tübingen 2015 eine fakultätsübergreifende wissenschaftliche Einrichtung gegründet, die sich mit allen Facetten der modernen Lehrerbildung befasst. Sie ist darauf ausgelegt, alle lehrerbildungsbezogenen Akteure zu integrieren und zu vernetzen. Mit dem Arbeitsbereich TüSE Research hat sie Strukturen etabliert, die die Forschung zu Erziehung und Bildung mit der Expertise in den über 25 Lehramtsfächern zusammenbringen. Gemeinsam setzen die Beteiligten Projekte in der Lehrerbildungs-, Schul- und Unterrichtsforschung um. Die Tübingen School of Education bietet zudem eine ausdifferenzierte Nachwuchsförderstruktur. Darüber hinaus bestehen enge Kooperationen mit Akteuren aus der zweiten und dritten Phase der Lehrerbildung, also Referendariat und Fort-/Weiterbildung, sowie mit Schulen. Diese Zusammenarbeit trägt dazu bei, eine trans- und interdisziplinäre Forschungskultur im Themenfeld Lehrerbildung und Schule zu etablieren und weiter zu fördern.

Die Tübingen School of Education mit ihren Kooperationspartnern, insbesondere dem Leibniz-Institut für Wissensmedien, zählt im Bereich Lehren und Lernen mit digitalen Medien zu den international führenden Standorten. Im Mittelpunkt stehen dabei das Digitalisierungszentrum Lehrerbildung (TüDiLB) sowie die Professur für Erziehungswissenschaft mit dem Schwerpunkt Lehren und Lernen mit digitalen Medien. Das Tübingen Digital Teaching Lab (TüDiLab) ist eines der am besten ausgestatteten Labore für die Vermittlung und Erforschung von Lehr- und Lernprozessen mit digitalen Medien europaweit. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchen, was medienbasierten Unterricht auszeichnet und was der Medieneinsatz bewirkt. So können digitale Unterrichtskonzepte und Lernmaterialien weiterentwickelt werden.

Im Tübingen Center for Digital Education (TüCeDE), im Sommer 2022 gegründet, wird der Einsatz von digitalen Medien im Schulunterricht untersucht. Ziel des Zentrums ist es, digitale Lehr-Lern-Formate zu beforschen, die praktische Anwendung dieser Methoden zu erproben und in Zusammenarbeit mit Partnerschulen den Transfer in die Praxis vorzubereiten. Dabei verbindet das TüCeDE die Tübinger Expertise in der Bildungswissenschaft und in der Informatik. Darüber hinaus bringen auch Forscherinnen und Forscher aus Computerlinguistik, Digital Humanities, Medizin, Medienethik, Psychologie sowie aus den Fachdidaktiken ihr Knowhow ein, um das Lehren und Lernen der Zukunft mitzugestalten. Neben Akteuren wie der Tübingen School of Education oder dem Dr. Eberle Zentrum für Digitale Kompetenzen sind auch außeruniversitäre Partner im TüCeDE eingebunden.

Auszeichnungen

• Humboldt-Professur (2021) für Prof. Dr. Kou Murayama, Pädagogische Psychologie