Citizen Science

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Offene Wissenschaft hat Geduld ohne Ende

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Von Roland Freist

Ansätze wie Open Source, Open Journalism oder Crowdfunding gibt es erst seit wenigen Jahren. Die grundsätzliche Idee, Freiwillige in ein Projekt einzubinden, ist jedoch bereits wesentlich älter, wie das Beispiel Citizen Science zeigt: Privatleute machen sich auf die Suche nach neuen Erkenntnissen – am besten möglichst viele.

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Passionierte Pioniere und engagierte Bürger

Bereits seit Jahrhunderten wird die Wissenschaft von Einzelpersonen vorangetrieben, die sich der Forschung aus eigenem Interesse widmen, ohne in eine Forschungsgemeinschaft eingebunden zu sein. Persönlichkeiten wie Benjamin Franklin oder Alexander von Humboldt hatten bürgerliche Brotberufe, die ihnen ein Einkommen sicherten (Drucker/Verleger bzw. Bergbauingenieur); ihre wissenschaftlichen Arbeiten betrieben sie als ernsthaftes Hobby. Im Englischen heißen diese Wissenschaftler „Gentleman Scientist“ (sofern sie finanziell unabhängig sind) oder „Independent Scientist“.

Diese traditionelle Form wird heute im Deutschen als starke Bürgerwissenschaft (Citizen Science) bezeichnet. Daneben ist mittlerweile die schwache Bürgerwissenschaft (Citizen Science Lite) getreten, bei der Freiwillige Daten zu Forschungszwecken erheben oder bereits vorhandene Datensammlungen auswerten, um wissenschaftliche Projekte zu unterstützen. Citizen Science ist in dieser Ausformung ein Teilbereich des Crowdsourcing, bei dem größere Aufgaben an (viele) freiwillige Helfer ausgelagert werden.

Vom Birdwatching zum Galaxy Zoo

Das älteste Citizen-Science-Projekt der Welt ist der Christmas Bird Count der National Audubon Society, der bereits seit dem Jahr 1900 mithilfe von Freiwilligen zunächst in den USA, später dann weltweit das Vorkommen verschiedener Vogelarten registriert. Das erste moderne, übers Internet organisierte Projekt war Stardust@home, das die NASA 2006 initiierte. Die amerikanische Raumfahrtbehörde hatte 1999 die Sonde Stardust gestartet, die die Aufgabe hatte, Partikel aus der Gashülle des Kometen Wild 2 einzufangen und sie zusammen mit unterwegs aufgesammelten interstellaren Teilchen zur Erde zu bringen. Nach der erfolgreichen Landung des Sammlermoduls bestand die Aufgabe der Wissenschaftler darin, die nur etwa 1 µm großen Staubkörner auf der rund 1000 cm2 großen Oberfläche des Aerogels der Sonde zu finden. Die NASA scannte die Oberfläche daher mit einem Mikroskop; die etwa 1,5 Mio. Bilder wurden auf einer Website der Universität von Berkeley veröffentlicht. Seither arbeiten Freiwillige daran, auf den Scans nach Partikeln interstellaren Ursprungs zu suchen.

Während jedoch Stardust@home nie einen größeren Bekanntheitsgrad erlangte, beteiligen sich am Projekt Galaxy Zoo mittlerweile rund 350.000 Bürgerwissenschaftler. Bei dem im Juli 2007 gestarteten Projekt ging es in der ersten Phase darum, Galaxien nach ihrer Form zu kategorisieren (ob sie elliptisch oder spiralförmig sind und ob die gefundenen Spiralgalaxien im oder gegen den Uhrzeigersinn rotieren). Bereits wenige Stunden nach dem Start brach die Website unter dem Ansturm der Besucher zusammen.

Sprunghafte Verbreitung über das Internet

Aufgrund des enormen Erfolgs wurde Galaxy Zoo zum Vorbild für zahlreiche andere Wissenschaftsprojekte, bei denen die Internet-Nutzer um Hilfe gebeten werden. Ein großer Teil davon läuft unter dem Dach von Zooniverse, einer von britischen und amerikanischen Wissenschaftlern ins Leben gerufenen Website, die mittlerweile auch in deutscher Sprache verfügbar ist. Hier findet man aktuell neben Galaxy Zoo noch neun weitere astronomische Projekte, daneben aber auch Initiativen, die sich mit den Auswirkungen des Klimawandels beschäftigen, mit der Klassifikation von Tieren in verschiedenen Erdregionen oder mit der Erforschung von Krebs. In Deutschland werden Citizen-Science-Projekte von der Online-Plattform Bürger schaffen Wissen organisiert.

Freiwillige sind gut, Gegenprüfung auch

Trotz der zahlreichen wissenschaftlichen Arbeiten, die aus Citizen-Science-Projekten entstanden sind, stehen viele Forscher der Bewegung skeptisch gegenüber. Sie äußern vor allem Zweifel an der Verlässlichkeit der erhobenen Daten. Das hat dazu beigetragen, dass heute bei allen Projekten sämtliche Klassifizierungen von mehreren Personen durchgeführt werden müssen. Bei Galaxy Zoo z.B. werden die Bilder der einzelnen Galaxien jeweils 20 Bürgerwissenschaftlern vorgelegt. Überprüfungen haben ergeben, dass die Form, die von der Mehrheit der Freiwilligen ausgewählt wird, tatsächlich die richtige ist.

Allerdings ist dieses Vorgehen nicht in jedem Fall praktikabel. Bei Projekten wie eBird, das Vogelbeobachtungen zusammenträgt, oder der deutschen Apfelblütenaktion, die den Klimawandel Jahr für Jahr anhand der Blühphase der Apfelbäume beobachtet, ist eine Überprüfung nahezu unmöglich. Bei eBird werden die Daten allerdings von 500 Regionsbeauftragen abschließend noch einmal überprüft.

Grid Computing: Spezialform verteiltes Rechnen

Eine Spezialform der Citizen Science sind die Projekte, die auf verteiltes Rechnen (Distributed Computing) setzen. Sie nutzen aus, dass die Prozessoren der meisten PCs mit den täglichen Aufgaben nicht ausgelastet sind, und verwenden diese Ressourcen für komplexe wissenschaftliche Berechnungen. Die Freiwilligen installieren dazu Software-Clients auf ihren Rechnern, die anschließend im Hintergrund einzelne Datenpakete von den Servern des jeweiligen Projekts herunterladen, die Berechnungen oder Analysen durchführen und die Ergebnisse zurückschicken. Danach erhalten sie automatisch das nächste Paket. Im Unterschied zu den oben vorgestellten Citizen-Science-Projekten stellen sich hier nicht nur Einzelpersonen in den Dienst der Wissenschaft, stattdessen wird die Client-Software auch von vielen Firmen und Forschungseinrichtungen installiert.

Das erste große Projekt dieser Art war SETI@home, das bereits seit 1999 aus dem Weltall empfangene Radiosignale auf Anzeichen intelligenten Lebens durchsucht. Aufgrund der hohen Anzahl der beteiligten Computer – im Schnitt sind immer etwa 250.000 Clients aktiv, insgesamt haben im Lauf der Jahre 5,4 Mio. Benutzer an dem Projekt mitgewirkt – entspricht die Rechenleistung dem Mehrfachen dessen, was heute selbst die größten Supercomputer zu leisten imstande sind.

Während es zweifelhaft ist, ob SETI (Search for Extraterrestrial Intelligence) bzw. SETI@home jemals die erhofften Ergebnisse bringen kann, hat das Beispiel zahlreiche andere Wissenschaftsprojekte inspiriert, die sich weitaus handfesteren Themen widmen. Projekte wie Folding@home, Rosetta@home oder POEM@home widmen sich der Erforschung von Proteinen, mit dem Ziel, Behandlungsmethoden für Krankheiten wie Krebs, Alzheimer oder BSE zu entwickeln. Einstein@home sucht nach den von Albert Einstein theoretisch beschriebenen Gravitationswellen, GFPS nach Fermat’schen Primzahlen.

Fazit: Gute Erfahrungen mit transparenten Projekten

Es hat sich gezeigt, dass Cititzen-Science-Projekte immer dann gut funktionieren und breite Unterstützung finden, wenn ihre Zielsetzung klar ist und von der Masse der Bevölkerung für interessant und sinnvoll befunden wird. Wichtig ist auch, dass die gewonnenen Ergebnisse den Teilnehmern des Projekts zugänglich gemacht werden und in den entstandenen Fachartikeln und sonstigen Auswertungen die Arbeit der Bürgerwissenschaftler erwähnt und entsprechend gewürdigt wird. Des Weiteren muss die Mitwirkung einfach sein – kein Freiwilliger hat Lust, zunächst ein minutenlanges Schulungsvideo anzusehen. Tutorials und Übungsaufgaben, wie etwa bei Galaxy Zoo, werden jedoch akzeptiert.

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