Astrophysik und Epidemiologie – wie geht das zusammen? Der Kontakt zwischen dem Center for Space und Habitability CSH und dem Institut für Sozial- und Präventivmedizin ISPM kam 2018 zustande, wie Kevin Heng, Direktor des CSH, erzählt: «Oscar Franco, der damals neu Direktor am ISPM war, und ich loteten in verschiedenen Gesprächen eine mögliche Zusammenarbeit aus. An einem dieser Treffen war auch Christian Althaus dabei. So lernten wir uns kennen.» Die COVID-19-Pandemie hat die Zusammenarbeit zwischen dem Astrophysiker Heng und dem Epidemiologen Althaus dann so beschleunigt, dass sie nicht nur gemeinsam an zwei Studien zu COVID-19 beteiligt waren, sondern auch die fakultätsübergreifende Kollaboration mit der neuen Plattform INPUT institutionalisiert haben. 

Populationen von Planeten und Menschen lassen sich ähnlich beschreiben

Auf den ersten Blick haben Astrophysik und Epidemiologie wenig gemeinsam. Kevin Heng gibt denn auch unumwunden zu, wie erstaunt er war, dass man sich von Beginn weg so gut verstanden habe. Althaus, der seit zehn Jahren am ISPM tätig ist, hat in theoretischer Biologie doktoriert und sagt: «Natürlich habe ich inzwischen die Denkweise der Epidemiologie übernommen, aber dank meiner naturwissenschaftlichen Grundlagenausbildung fällt mir der Austausch mit Expertinnen und Experten aus der Chemie oder der Physik einfach.» 

In methodologischer Hinsicht gibt es durchaus Überlappungen zwischen den beiden Forschungszweigen. Kevin Heng sagt: «Besonders schön finde ich an den Naturwissenschaften, dass die Sprache der Natur letztendlich die der Mathematik ist. Denn unsere mathematischen Gleichungen beschreiben, wie die Natur funktioniert.» So hat Kevin Heng festgestellt, dass die mathematischen Gleichungen, die die chemischen Prozesse in der Atmosphäre von Exoplaneten beschreiben, denjenigen ähnlich sind, mit denen die Übertragung von Infektionskrankheiten beschrieben werden. Christian Althaus fügt an: «In der Astrophysik untersucht man mit Simulationsmodellen beispielsweise, wie auf fernen Planeten Moleküle miteinander reagieren und Verbindungen eingehen. Mit ganz ähnlicher Methodik, die auf den gleichen mathematischen Grundlagen beruht, erforschen wir in der Epidemiologie, wie sich Infektionskrankheiten übertragen.» 

Die beiden Forschungsgebiete sind sich aber auch in anderer Hinsicht ähnlich. «In der Astronomie sehen wir uns grosse Ansammlungen, sogenannte Populationen, von Objekten am Himmel an. Es können Populationen von Galaxien sein, von Sternen oder Planeten.» Auf statistischer Ebene werden dann Aussagen über diese Populationen getroffen. Und auch in der Epidemiologie betrachtet man Daten auf der Ebene der Bevölkerung, der Population also, und wertet diese statistisch aus. «Man könnte somit sagen, wir nutzen dieselben Instrumente der statistischen Auswertung und der Modellierung, um sowohl Himmelsobjekte als auch die Gesundheit der Menschen zu verstehen», so Kevin Heng.  

Bündelung von Expertise im Umgang mit grossen Datenmengen

Sowohl in der Astrophysik als auch in der Epidemiologie haben es die Forschenden mit einer Unmenge an Daten zu tun. Um die Expertise auf dem Gebiet zu bündeln und Synergien zu nutzen, wurde die Zusammenarbeit zwischen dem CSH und dem ISPM nun institutionalisiert und die Plattform INPUT gegründet. INPUT steht für «Interfaculty Platform for Data and Computational Science». Leiter der Plattform ist Christian Althaus. Er sagt: «Wir arbeiten ja bereits an aktuellen Projekten, wollen als Plattform aber wirklich wachsen und mit anderen Instituten und Fakultäten zusammenarbeiten. Schliesslich arbeiten viele Forschungszweige mit grossen Datenmengen und modellbasierten Simulationen.» Kevin Heng ergänzt: «Der Geist der Plattform besteht darin, nach verschiedenen Forschungsfeldern Ausschau zu halten, die auf den ersten Blick nicht viel miteinander zu tun haben, die aber in der Anwendung von Modellierung und Statistik eine innige Ähnlichkeit aufweisen.» So ist beispielsweise David Ginsbourger vom Institut für Mathematische Statistik und Versicherungslehre (IMSV) bereits mit an Bord von INPUT.

Wie Althaus erklärt, konnten die Forschenden der Universität Bern dieses Jahr bereits einen wichtigen Beitrag zum Verständnis der Pandemie leisten. «Und jetzt hoffe ich, dass wir mit INPUT über das Thema Infektionskrankheiten hinaus auch andere Themen bearbeiten können, die heutzutage auf globaler Ebene von grosser Wichtigkeit sind, wie «Planetary Health», also der Gesundheitszustand der menschlichen Zivilisation und ihrer Umwelt, was das globale Zusammenleben, die Ökologie sowie das Klima anbelangt», so Althaus weiter. Dafür brauche es eben ein umfassendes Verständnis für eine grosse Menge an Daten oder auch Computersimulationen, mit denen komplexe Systeme modelliert werden. «Wir wollen ein Verständnis erhalten für die drängenden Fragen der Zukunft, damit man auch die richtigen Antworten finden kann», sagt Althaus zum Schluss.