Mexiko: ein wichtiger Technologie-Standort

Zwei Stelen von der mexikanischen Ausgrabungsstätte Monte Alban. Auf ihnen ist einer der ältesten Kalender Amerikas dargestellt. Bild: Siyajkak, CC BY-SA 3.0

Zwei Stelen von der Ausgrabungsstätte Monte Alban im Bundesstaat Oaxaca in Südmexiko. Auf ihnen ist einer der ältesten Kalender Amerikas dargestellt. Bild: Siyajkak, CC BY-SA 3.0

Nicht viele Menschen wissen, dass Mexiko der weltweit größte Hersteller von Flachbildfernsehern ist, oder dass die erste Universität dort schon 1551 eingerichtet wurde. Mexiko kann auf eine lange und vielfältige Wissenschaftsgeschichte zurückblicken. Die Olmeken waren eines der wenigen Völker, die die Zahl ‘Null’ verwendeten. Die Astronomen und Mathematiker der Maya perfektionierten ihre Anwendung, zum Beispiel in dem berühmten Maya-Kalender. Mit dessen Hilfe wurde der Zeitpunkt für die meisten wichtigen Ereignisse bestimmt: von der Aussaat über Zeremonien und Feste bis hin zu politische Entscheidungen.

Daher gibt es also auf der einen Seite typisch mexikanische Forschungsthemen, wie die Erforschung der Kulturen der Maya, der Azteken und der Olmeken oder die Erforschung des Chicxulub-Kraters. Schon 1980 formulierte der amerikanische Physiknobelpreisträger Luis Alvarez die Theorie, dass ein gewaltiger Einschlag eines Asteroiden oder Kometen für das Aussterben der Dinosaurier vor ungefähr 66 Millionen Jahren mitverantwortlich sein könnte. Ein solcher Einschlag würde eine Art ‘Nuklearen Winter’ auslösen, der wiederum die Photosynthese von Pflanzen und Plankton weitgehend unterbindet, sodass die meisten Nahrungsketten zusammenbrechen würden. Er erarbeitete diese sogenannte Alvarez-Hypothese gemeinsam mit seinem Sohn Walter Alvarez, einem Professor für Geologie in Berkeley. Als in den 1990er Jahren der Chicxulub-Krater entdeckt wurde, bekam diese Theorie einen enormen Auftrieb.

Auf der anderen Seite hat Mexiko auch zahlreiche Beiträge zur internationalen Forschung geleistet. Ein frühes Beispiel aus der Chemie ist die Entdeckung des Elements Vanadium im Jahr 1801 durch Andrés Manuel del Río, Professor für Chemie und Mineralogie am 1792 eingerichteten Seminario de Minería, einer Bergakademie. Hundert Jahre später wurde Vanadium zur Verstärkung von Stahl eingesetzt, als Henry Ford das Fahrgestell seines Model-T aus Vanadium-Stahl fertigen ließ. Dieses Material war leichter als gewöhnlicher Stahl, hatte aber eine bessere Festigkeit und Zähigkeit und war deshalb auch besser gegen Verschleiß geschützt. Noch heute wird Vanadium zur Verstärkung von Stahl verwendet, außerdem ist Vanadiumpentoxid ein häufiger Katalysator in der Produktion von Schwefelsäure.

Henry Fords Auto ist ein frühes Beispiel der engen wirtschaftlichen und technischen Verflechtung mit den Vereinigten Staaten. Mexiko ist mittlerweile zum größten Hersteller von Flachbildfernsehern aufgestiegen, meist erfolgt die Endfertigung in Mexiko. Für die USA ist der Nachbar im Süden der zweitgrößte Lieferant technischer Geräte nach China, allen voran Smartphones und Tablets. Das amerikanische Freihandelsabkommen NAFTA, 1994 in Kraft getreten, hat diese engen Beziehungen in den letzten 20 Jahren noch intensiviert. Und obwohl der amtierende US-Präsident im Wahlkampf mit der Abschaffung dieses Abkommens drohte, bleibt es nun erst einmal bestehen.

 

Das Rektoratsgebäude des Monterrey Institute of Technology (links) und die modernen Gebäude von CETEC, einer weiterführenden Hochschule in Monterrey,. Foto: Creative Commons Monterrey, CC BY-SA 3.0

Das Rektoratsgebäude des Monterrey Institute of Technology (links) und die modernen Gebäude von CETEC, einer weiterführenden Hochschule in Monterrey. Foto: Creative Commons Monterrey, CC BY-SA 3.0

 

Der Aufschwung des Technologie-Sektors war nur möglich, weil Mexiko eine große Zahl gut ausgebildeter Arbeitskräfte hat, die in den vergangenen Jahrzehnten bei ausländischen Automobil- oder Pharmafirmen Erfahrungen sammeln konnten. Und die Nähe zu den USA ist natürlich unschlagbar. Aristóteles Sandoval, Regierungschef des Bundeslandes Jalisco, fasst zusammen: “Alle Produkte, die in Jalisco hergestellt werden, können in weniger als 24 Stunden an einem beliebigen Ort in den Vereinigten Staaten sein; und die Zeitzonen sind dazu noch fast identisch.” Neben der geografischen gibt es auch eine gewisse kulturelle Nähe: Mexikaner sprechen alle amerikanisches Englisch, wenn sie Englisch können, und nicht britisches Englisch wie viele Asiaten. Darüber hinaus sind viele Mexikaner mit der nordamerikanische Kultur vertraut.

Natürlich trägt auch das Bildungswesen entscheidend zu diesem Aufschwung bei. Allein das prestigeträchtige Monterrey Institute of Technology unterrichtet über 90.000 Studenten an 31 Standorte im ganzen Land. Und sogar in den entlegenen Ecken des Landes herrscht Aufbruchsstimmung: Der Gründer des ‘Oaxaca State Universities Systems’ beispielsweise, Modesto Seara-Vázquez, betont gerne, dass die Kenntnis einer der dort verbreiteten Indianersprachen seine Studenten für das Erlernen von höherer Mathematik und Computersprachen prädestiniere, da es sich um tonale Sprachen handelt, ähnlich wie das Mandarin. Alle Studenten in dem südlichen Bundesland sprechen in der Regel mindestens drei Sprachen: Mixteco oder Zapotekisch sowie Spanisch und Englisch.

Doch wie schon der Literaturnobelpreisträger Octavio Paz schrieb: Es existieren immer zwei Mexikos parallel, ein entwickeltes und ein unterentwickeltes. Und obwohl sich die Akteure und Themen seit 1950 geändert haben, ist seine Aussage leider immer noch aktuell. Die Nachrichten, die uns aus Mexiko erreichen, handeln viel zu oft von Drogenkriegen, Drogenbossen und politischen Morden.

 

Ingenieursstudenten von UNAM bauen einen mobilen Roboter. UNAM, die Nationale Autonome Universität Mexikos, ist eine der größten und prestigeträchtigsten Hochschulen des Landes. Foto: PumitasUNAM, CC BY-SA 4.0

Ingenieursstudentinnen von UNAM bauen einen mobilen Roboter. UNAM, die Nationale Autonome Universität Mexikos, ist eine der größten und prestigeträchtigsten Hochschulen des Landes. Foto: PumitasUNAM, CC BY-SA 4.0

Es gibt Orte, da treffen die beiden Mexikos direkt aufeinander. Ein solcher Ort ist die Schranke an der Straße, die zu dem einzigen Intel-Forschungsstandort in Lateinamerika führt. Sie sieht aus wie ein militärischer Checkpoint. Innerhalb dieser Schranke geht es nicht mehr um das Zusammenschrauben von Geräten, hier werden die Apps und Chips der Zukunft erfunden. Guadalajara, die Hauptstadt von Jalisco, wird auch das ‘Silicon Valley Mexikos’ genannt, ein Titel, den sie gelegentlich mit Monterrey im Nordosten teilen muss. Hier arbeiten über 25,000 Ingenieure an der Technik von morgen, und seit 2014 flossen mehr als 120 Million US-Dollar Investitionen in Start-Up Unternehmen.

Selbst wenn einem der Abstand zwischen dem Intel-Labor auf einem Hügel oberhalb von Guadalajara und dem Elendsviertel am Fuß des Hügels gewaltig erscheint, und nicht nur in Kilometern, so kann Bildung doch einen Ausweg aus der Teilung des Landes aufzeigen. Wie der neue Bürgermeister von Guadalajara Enrique Alfaro der Washington Post anvertraute: „Absolventen, um die sich sogar Google bemüht, greifen nicht zur Waffe.“ Er deutet damit an, dass es die weit verbreitete Jugendarbeitslosigkeit den Drogenkartellen allzu leicht macht, neue Mitglieder zu rekrutieren. Letztendlich kann nur Bildung den Teufelskreis aus Armut, Drogen und Gewalt durchbrechen. Deshalb setzt der neue Bürgermeister auf MINT-Fächer an den Schulen seiner Stadt, hat ein Hightech-Gewerbegebiet eingerichtet und möchte die lokale Infrastruktur für Unternehmer verbessern. Auf nationaler Ebene hatte Präsident Enrique Peña Nieto bereits 2013 angekündigt, die Ausgaben für Forschung und Bildung deutlich erhöhen zu wollen.

Mario Molina ist der erste Mexikaner, der einen wissenschaftlichen Nobelpreis erhielt. In den frühen 1970er Jahren formulierte er, zusammen mit seinem Chef F. Sherwood Rowland, eine Theorie, wie die Fluorchlorkohlenwasserstoffe (FCKW) aus Kühlschränken, Schaumstoffen und Spraydosen in der Stratosphäre die Ozonschicht zerstören. Die beiden Forscher beschrieben, wie FCKW so lange in der Atmosphäre aufsteigen, bis sie schließlich in großer Höhe durch die Sonnenstrahlung aufgespalten werden: Das so freigesetzte Chlor zerstört daraufhin das Ozon. Die Folge war das Ozonloch, eine Ausdünnung der Ozonschicht insbesondere über der Antarktis, die eine stark erhöhte Strahlenbelastung beispielsweise in Australien zur Folge hatte. Doch Molina und Rowland veröffentlichten nicht nur ihre Ergebnisse, sie setzten sich auch öffentlich für ein Verbot der Verwendung von FCKW ein.

Nachdem die Theorie der beiden Chemiker zunächst nicht ernst genommen wurde, unterstützten die Messungen des Ozonlochs in den frühen 1980er Jahren ihre Annahmen. Schließlich wurde im Montreal-Protokoll festgeschrieben, dass alle unterzeichnenden Staaten dafür sorgen, dass in ihren Ländern keine FCKW mehr verwendet werden dürfen. Dieses Protokoll wird von vielen Experten als „wohl der erfolgreichste internationale Vertrag der Welt“ bezeichnet. Molina, Rowland und Paul Josef Crutzen erhielten für ihre Forschung zum Schutz der Atmosphäre 1995 den Chemienobelpreis. In den letzten Jahrzehnten informiert Molina Politiker und die Öffentlichkeit über die Ursachen und Wirkungen des Klimawandels – ebenso leidenschaftlich, wie er seinen Kampf gegen die FCKW geführt hat. Er ist einer der 76 unterzeichnenden Nobelpreisträger, die in der Mainau Erklärung 2015 zum Klimawandel die Regierungen der Welt auffordern, endlich wirksame Klimaschutzpolitik zu betreiben. Diese Erklärung erhält aktuell eine neue Dringlichkeit, weil der amtierende US-Präsident Trump gerade den Klimaschutz seines Vorgängers rückgängig macht.

Molina hat bereits an sechs Lindauer Nobelpreisträgertagungen teilgenommen und vier Vorträge über Klimaschutz gehalten. Wir freuen uns schon auf seinen diesjährigen Vortrag ‘Climate Change: Science, Policy and Risks’, den er am 27. Juni 2017 halten wird.

Einen Tag zuvor ist Mexiko der Gastgeber des International Day. In aller Früh wird Mario Molina am Science Breakfast teilnehmen, das von Christian González Laporte, dem Brüsseler Vertreter der mexikanischen Wissenschaftsorganisation CONACYT, moderiert wird. Am Abend hält CONACYT-Generaldirektor Enrique Cabrero Mendoza einen Vortrag über Forschung in Mexiko. Die Musikgruppe Mariachi El Dorado wird für die passende mexikanische Stimmung sorgen.

 

Mario Molina während seines Lindau-Vortrags über Klimawandel 2012. Molina studierte zuerst an der Universität UNAM, nach Auslandsstudien wurde er dort Hochschulassistent. Seit 2004 unterrichtet er an der University of California in San Diego, zuvor forschte er an der UC in Irvine, am Jet Propulsion Laboratory der NASA, sowie am MIT. In Mexico City hat er ein Institut zur Erforschung der Umwelt und der Energieversorgung gegründet. Foto:

Mario Molina während seines Lindau-Vortrags über Klimawandel 2012. Molina studierte zuerst an der Universität UNAM, nach Auslandsstudien wurde er dort Hochschulassistent. Seit 2004 unterrichtet er an der University of California in San Diego, zuvor forschte er an der UC in Irvine, am Jet Propulsion Laboratory der NASA, sowie am MIT. In Mexico City hat er ein Institut zur Erforschung der Umwelt und der Energieversorgung gegründet. Foto: Christian Flemming/LNLM

Das Geheimnis der diffusen interstellaren Banden

Sir Harold Kroto (Picture/Credit: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings)

Sir Harold Kroto (Picture/Credit: Christian Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings)

Harold Kroto, Nobelpreisträger für Chemie des Jahres 1996, spricht in Lindau über Astronomie. Und warum auch nicht? Immerhin steht das 65. Lindau Nobel Laureate Meeting im Zeichen der Interdisziplinarität. Chemie und Astronomie mögen vielleicht auf den ersten Blick nicht allzu viel miteinander zu tun haben. Aber auf den zweiten sehr wohl und das ist durchaus wörtlich zu nehmen. Als die Astronomen früher in den Himmel geblickt haben, sahen sie dort “nur” Sterne. Über die man nie sehr viel wissen würde, wie der französische Philosoph Auguste Comte 1835 plakativ behauptete:

Wir haben die Möglichkeit, die Formen, Entfernungen, Größen und Bewegungen der Sterne zu bestimmen, während wir niemals durch irgendein Mittel ihre chemische Zusammensetzung bestimmen können

Damit lag er spektakulär falsch, wie die wenige Jahre später entwickelte Technik der Spektroskopie eindrucksvoll demonstrierte. Eine sorgfältige Analyse des Lichts ließ Astronomen die Spektrallinien finden und verstehen. Wenn Licht aus dem Inneren eines Sterns durch das heiße Gas nach außen strahlt, dann trifft es dabei auf die Atome aus denen dieses Gas besteht. Die Elektronen in der Hülle der Atome blockieren einen kleinen Teil des Lichts und welcher Teil das ist, hängt davon ab, wie die Elektronen in der Hülle konfiguriert sind. Und da dies bei jedem chemischen Element anders ist, erzeugen sie alle unterschiedliche Spektrallinien. Die Astronomen sind seitdem in der Lage, sehr genau herauszufinden, wie Sterne chemisch zusammen gesetzt sind.

Das Licht durchquert aber nicht nur den Stern selbst, sondern auf seinem Weg zur Erde auch den gesamten Weltraum dazwischen. Und der ist zwar ziemlich leer, aber nicht komplett. Hie und da findet man ein paar Moleküle, ein paar Atome, größere oder kleinere kosmische Wolken und das eine oder andere Staubkorn. Dieses interstellare Medium beeinflusst das Licht ebenfalls und schwächt es ab. Dieses Phänomen nennt man “Extinktion” und es wirkt sich auf das gesamte Lichtspektrum gleichmäßig aus. Im Jahr 1922 entdeckte die amerikanische Astronomin Mary Lea Heger aber, dass sich im Lichtspektrum eines Sterns auch ein paar sehr seltsame Spektrallinien finden. Sie waren viel diffuser und unschärfer als die schmalen Linien die durch die Materie in den äußeren Schichten eines Sterns erzeugt werden. Die Stärke dieser diffusen Linien war, zumindest ein wenig, auch mit der Stärke der Extinktion korreliert. Je mehr interstellare Materie das Licht durchqueren musste, desto schwächer erschienen die Linien. Daraus schlossen die Astronomen, dass diese diffusen interstellaren Banden (DIBs) irgendwie vom Material zwischen den Sternen hervorgerufen werden mussten.

Aber wovon genau? Die Spektrallinien entsprachen keinem bekannten chemischen Element oder Molekül. Zumindest nicht den einfachen Molekülen und mehr als einfache Moleküle konnte es im Weltall ja wohl nicht geben, wie man dachte. Man fand auch viele verschiedene DIBs, deren Stärke nicht voneinander abhing, was ein deutlicher Hinweis darauf war, dass es mehr als nur einen einzigen Ursprung für sie geben muss. Das Rätsel der Herkunft der diffusen interstellaren Banden blieb ungelöst. Aber jetzt, nach fast 100 Jahren, könnte es endlich eine Antwort geben, meint Harold Kroto in seinem Vortrag und erklärt, welche Rolle die Chemie bei der Lösung dieses Rätsel gespielt hat.

 

Die diffusen interstellaren Banden im Regenbogenspektrum des Lichts (Bild: NASA)

Die diffusen interstellaren Banden im Regenbogenspektrum des Lichts (Bild: NASA)

Die DIBs sind nicht einfach einzelne Spektrallinien, sondern zeigen bei näherer Beobachtung eine komplexe Struktur. Eine komplexe Struktur, die von ebenso komplexen Molekülen erzeugt werden muss. Und mit komplexen Molekülen kennt Harold Kroto sich aus! Seinen Nobelpreis bekam er (gemeinsam mit Robert Curl und Richard Smalley) für die Herstellung des sogenannten “Buckminster-Fullerens” C60. Es besteht aus 60 Kohlenstoffatomen, die eine Art “Fußball” bilden; eine symmetrische, kugelförmige Struktur (ein abgestumpftes Ikosaeder) die aus 12 Fünfecken und 20 Sechsecken zusammengesetzt ist. Kroto und seine Kollegen konnten dieses außergewöhnliche Molekül im Labor herstellen und zwar mit Hilfe der Astronomie: Bei ihren Experimenten simulierten sie die chemischen Vorgänge in der Atmosphäre roter Riesensterne und stellten überrascht fest, dass die Buckminster-Fullerene sich dort spontan bilden können und es bei ihnen im Labor auch taten.

Wenn solche Moleküle in Sternen entstehen können, dann können sie auch im Weltall vorkommen. Ein roter Riese ist ein Stern, der sich gegen Ende seines Lebens enorm stark aufgebläht hat und die äußeren Schichten seiner Atmosphäre hinaus ins All pustet. All die Elemente, die er im Laufe seines Lebens in seinem Inneren durch Kernfusion erzeugt hat werden dabei in der Milchstraße verteilt. Genau so wie die komplexen Moleküle, die bei denen von Kroto untersuchten chemischen Reaktionen entstanden sein müssten. In der interstellaren Materie sollten also auch die Buckminster-Fullerene zu finden sein. Ebenso wie andere komplizierte Moleküle, wie die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe. Auf der Erde kennen wir die zum Beispiel als “Weichmacher” und Schadstoffe, denen wir uns ungern aussetzen wollen. Im Weltall wurde ihre Existenz in der interstellaren Materie mit Weltraumteleskopen in den letzten Jahren und Jahrzehnten immer wieder beobachtet. Die Astronomen schätzen die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe besonders, weil sie von ihnen einiges über die Entstehung von Sternen lernen können. Sterne entstehen aus großen kosmischen Wolken interstellarer Materie in die man nur schwer hinein blicken kann. Aber wenn dort schon junge Sterne entstanden sind, geben sie besonders viel Ultraviolett-Strahlung ab. Dieses UV-Licht regt die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe zu Leuchten an, was mit entsprechenden Teleskopen beobachtet werden kann!

Struktur eines Buckminster-Fullerens

Struktur eines Buckminster-Fullerens. Bild: Public Domain

Es lohnt sich also durchaus, Ahnung von Chemie zu haben, wenn man astronomische Vorgänge verstehen will. Kroto und seine Kollegen haben schon in den 1980er Jahren vorgeschlagen, dass eben das C60, das sie in ihrem Labor erzeugt haben, für die diffusen interstellaren Banden verantwortlich sein könnte. Mittlerweile hat man die Existenz dieses Riesenmoleküls im Weltall auch konkret nachweisen können. Es ist nun klar, dass Sterne nicht nur in der Lage sind, neue chemische Elemente in ihrem Inneren zu produzieren, sondern dort auch chemische Reaktionen stattfinden, die höchst komplexe Resultate liefern. Wie die diffusen interstellaren Banden genau entstehen, ist aber noch nicht abschließend geklärt. Ob es nun ausschließlich die Buckminster-Fullerene sind oder doch eher die polycyclischen aromatischen Kohlenwasserstoffe oder vielleicht eine Mischung aus beidem mit etwas interstellarem Staub: Das müssen die Wissenschaftler noch herausfinden. Aber zumindest sind die DIBs kein so großes Mysterium mehr wie zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung. Damals konnte man sich nicht vorstellen, dass die komplexen Moleküle, die sie hervor bringen im Weltall existieren könnten. Die Chemiker um Harold Kroto haben gezeigt, dass es durchaus möglich ist während die Astronomen seine Vorhersage bestätigt haben. Und wenn das Rätsel der diffusen interstellaren Banden in (hoffentlich) naher Zukunft gelöst wird, dann wird auch das ein Erfolg der interdisziplinären Forschung sein.

GPCR und der Nobelpreis 2012 für Chemie

Brian K. Kobilka eröffnet die Vortragsreihe am Montag (Lindau, 1.Juli 2013, 9.oo-9.30)

Gestern morgen startete
Brian K. Kobilka,
seines Zeichens
Nobelpreisträger 2012 für Chemie,

die offizielle Vortragsreihe des 63. Tagung der Nobelpreisträger in Lindau.

Schon an der großen Anzahl an Kameras und Journalisten konnte man erkennen, dass ein aktueller Nobelpreis und somit ein neuer Redner großes öffentliches Interesse generiert.

Und Brian K. Kobilka enttäuschte die große Zuhörerschaft nicht. Er zeigte in tollen Bildern und Animationen, worum es sich bei den ‚G protein coupled receptors‘ handelt. Die interessant klingende Abkürzung GPCR ist dabei alles andere als einfach zu erklären, denn es handelt sich hierbei um Rezeptoren, die sich aus verschiedenen Untereinheiten zusammensetzen, die zu verschiedenen Familien gehören können, die verschiedene Funktionen sowie Reaktionen beinhalten bzw. auslösen und somit in den verschiedensten Bereichen des menschlichen Körpers (und nicht nur da) Effekte zeigen. So startete Kobilka auch mit den Worten: „Ich habe den Nobelpreis in Chemie bekommen, beschäftige mich aber überwiegend mit der Biologie.“ Im weiteren Verlauf seines Vortrags wurde schnell klar, dass er mit seinen Arbeiten auch andere naturwissenschaftliche Felder streift bzw. erschließt, wie die Medizin, die Pharmazie oder auch die instrumentelle Analytik.

Ein Chemiker ist eben in vielen Disziplinen zu Hause.
Brian K. Kobilka ging in den 1980er Jahren in das Team von Robert J. Lefkowitz, ebenfalls Nobelpreisträger 2012 für Chemie und begann dort das Gen zu isolieren das den β-Adrenozeptor kodiert. In den kommenden Jahren wurde immer klarer, dass es eine ganze Familie von Rezeptoren gibt, die sich ähnlich sehen und ähnliche Funktionen aufweisen. So spielen die Adrenorezeptoren eine wichtige Rolle in der Interaktion von Sympathikus und dem Herzkreislaufsystem. Ebenso ergeben sich Prozessinfomationen über Lichteinflüsse, Geschmack und Geruch. Des Weiteren sind sie als Andockstellen für eine Vielzahl pharmazeutisch wirksamer Chemikalien wie Adrenalin, Histamin, Dopamin und Serotonin bekannt. Laut Kobilkas Curriculum Vitae arbeiten die Hälfte der Medikationen via Rezeptoren der GPCR-Gruppe und laut Hartmut Michel (gestriger Vortrag 1. Juli 12.3o-13.oo) wirken sogar 80% der Medikamente auf dem Markt über Membranproteine.

Genau diese Eigenschaft macht es so wichtig, Membranproteine und besonders GPCR genauer zu verstehen und die Signalprozesse für die sie eine entscheidedende Rolle spielen weiter zu untersuchen. Da es sich aber um Transmebranproteine handelt, die nichtkovalente Komplexe bilden und durch kleine sowie große Moleküle reguliert werden können, ist das ein hartes Geschäft. So kann man sicher sein, dass zusätzlich zu den bisherigen Nobelpreisen im Bereich der Membranproteine noch einige dazukommen werden. Es lohnt sich also diesen wissenschaftlichen Weg zu beschreiten und weiterzuverfolgen.

Mein englischer Bloggerkollege Ashutosh Jogalekar beschreibt die prämierten Arbeiten gar als GPCR Symphonie  (sehr lesenswert). Wer sich über GPCR grundlegend auch aus anderen Quellen informieren möchte, dem sei diese deutsche Seite empfohlen. Interessanterweise ist die englische Seite der gleichen Quelle komplementär gestaltet, führt aber anders ins Thema ein.

Nach dem Studium dieser Seiten ist man bereit für Vorträge der Laureaten.
Hier sind die Nobelpreisvorträge
von Robert J. Lefkowitz –A BRIEF HISTORY OF G-PROTEIN COUPLED RECEPTORS
und Brian K. Kobilka –THE STRUCTURAL BASIS OF G PROTEIN COUPLED RECEPTOR SIGNALING
(beide gehalten in Stockholm am 8. Dezember 2012). Ein Muss!

Abschließend noch eine 3-D Ansicht eines GPCR:

Kleines Rätsel am Rande:
P.S. Wer weiß, wie viele Nobelpreise im Bereich der Membranproteine vergeben wurden?
P.S.P.S. Wer weiß, wie viele Laureaten dieses Jahr über Membranproteine vorgetragen haben?

In Lindau hat jeder eine interessante Geschichte zu erzählen

Nach langem Warten und großer Vorfreude war es gestern um 15 Uhr endlich soweit: Die 63. Lindau Nobelpreisträgertagung  wurde erföffnet.

Letzte Etappe auf der Reise nach Lindau

Schon auf dem letzten Stück meiner 13 Stunden Reise von Maastricht nach Lindau traf ich eine Teilnehmerin, welche den spannenden Weg zwischen Lehre und einem PhD in organischer Chemie geht und wir besprachen unsere Erwartungen und unsere Motivationen. Neben der Vorfreude, Nobelpreisträger persönlich treffen zu dürfen, ist es spannend von über 600 weiteren jungen Wissenschaftlern umgeben zu sein, die eines gemeinsam haben: Chemie.

Im Hotel traf ich dann auf Blogger Akshat Rathi und gemeinsam ging es im Sonnenschein am Wasser entlang zur Inselhalle, dem Hauptveranstaltungsort der Lindauer Tagung. Je näher wir dem Zentrum kamen, desto höher wurde die Dichte von roten Taschen und emsigen Wissenschaftlern und ein einfaches “Hi” genügte schon, um in ein Gespräch vertieft zu sein. Eine verperrte Bahnschranke und vier Züge später trafen wir weitere Team-Mitglieder und es ging geschwind in die Eröffnungszeremonie.

Einzug der Nobelpreisträger

Nach dem Einzug von Bettina Gräfin Bernadotte, Präsidentin des Kuratoriums, und den Nobelpreisträgern unter großem Beifall führte ein Video in die Hintergründe, Entstehung und Ziele der Tagung ein. Mit Zitaten von Studenten bis zu Nobelpreisträgern. Es fielen Worte von “Eine nette und freundliche Tagung” über “Umweltschutz dient auch der Sicherung des Friendes – dies ist, wenn man so will, verlängerte Friedenspolitik” bis hin zu “young people are into the revolution” und “Alles ist Chemie”.

Die Themen Frieden und Dialog zogen sich durch die Eröffnungsrede von Gräfin Bernadotte und wurden auch von anderen Rednern aufgegriffen. Dies wurde durch die Aufnahme von Gunnar Stålsett, emeritierter Bischof von Oslo und Mitglied des Norwegischen Nobelkomitees, das für die Verleihung des Friedensnobelpreises zuständig ist, in den Ehrensenat bekräftigt. Weiterhin gab es einen Vorausblick auf die Themen Energiespeicherung, Wasserstoffgewinnung durch künstliche Photosynthese und medizinische Anwendungen der diesjährigen Tagung.

Das den Film abschließende Zitat “The future is in your hands. Good luck!” von Nobelpreisträger Christian de Duve ist besonders aufgrund seines Dahinscheidens im Mai diesen Jahres präsent. All den verstorbenen Nobelpreisträgern seit der letzten Lindauer Nobelpreisträgertagung wurde stehend gedacht. Die Präsenz des Vergänglichem verdeutlichte einen nur um so mehr, die kommende Zeit nutzen zu wollen.

Gräfin Bernadotte unterstrich den mittlerweile weltweiten Dialog als Schwerpunkt der Tagung. Wissenschaft als universelle Sprache ermöglicht dabei einen Dialog über Grenzen jeglicher Art hinweg. Der Aufruf “transcend competition in science” leitet eine Tagung ein, auf der Wissenschaftler mit unterschiedlichsten Spezialisierungen in der Chemie ihre Ideen austauschen und neue Einblicke gewinnen können. Hier in Lindau haben alle Teilnehmer eine spannende Geschichte zu erzählen. Schon allein dadurch ist es eine große Freude hier zu sein.

Junge Wissenschaftler tauschen sich mit Nobelpreisträgern aus

Wenngleich die Eröffnungsfeier ein offizieller Akt mit wichtigen Akteuren u.a. aus Wissenschaft, Politik (Ansprache Johanna Wanka,  Bundesministerin für Bildung und Forschung, mit Betonung auf die Stärken Deutschlands) und Wissenschaft war, kam auch nicht der Humor zu kurz. Besonders Bettina Bernadotte, Astrid Gräslund und das neue Mitglied im Ehrensenat Klaus Tschira, wussten die Stimmung aufzulockern und den Fokus auf die Gemeinschaft dieser Tagung zu lenken. Astrid Gräslund von der Nobel Foundation etwa rief auf: ‘Don’t be shy and don’t be afraid to make new contacts, cause this is all what it is about here”.  Es ist eine Freude, Teil dieses großen Abenteuers zu sein und das gespickte Programm für die nächsten Tage zusammen mit dem tollen Umfeld und den spannenden Teilnehmern lassen auf eine wunderbare Zeit voraus blicken.

Wir freuen uns übrigens auch über Gastbeiträge von deutschsprachigen Teilnehmern hier im Blog. Sendet gerne eure Einblicke mit einer kurzen Bio und einem Photo per E-Mail an das Blogteam.

Chemie, Kunst, Chemie als Kunst?

In einem Essay in der aktuellen Ausgabe von Spektrum beschäftigt sich Chemie-Nobelpreisträger Roald Hoffmann mit den  Parallelen zwischen chemischer Synthese und Kunst. Der Vergleich ist aufschlussreich. Wie in der bildenden Kunst hat man Rohmaterialien mit spezifischen Eigenschaften, deren Potenzial Chemiker Stück für Stück entschlüsseln, indem sie neue Techniken und Kombinationen entwickeln. Dabei kann man durchaus mal Überraschungen erleben, und die erweisen sich dann nicht nur als wissenschaftlich interessant, sondern oft auch ästhetisch sehr wertvoll. Das jüngste Beispiel sind zweifellos die unperiodischen, aber nichtsdestotrotz regelmäßigen Muster, die Quasikristalle erzeugen.

Ästhetik und Bedeutung: Beugungsbild eines Quasikristalls. Bild: Materialscientist, CC BY-SA

Dan Shechtman verbrachte seine Zeit damit, Aluminium und Mangan zu kombinieren. Bei diesen Metallen sind Anwendungen nicht weit, aber den Nobelpreis bekam er für die aperiodischen Quasikristalle mit ihren ungewöhnlichen Symmetrien, streng genommen erstmal eine ziemlich zweckfreie Kuriosität. Es verwundert denn auch nicht, dass Shechtman auch im klassischen Sinne Künstler ist, und da ist er in der Forschung bei weitem nicht der einzige. Auffällig viele herausragende Wissenschaftler sind kunstaffin – der Chemiker Wilhelm Ostwald zum Beispiel war nicht nur Mäzen, sondern selbst ein exzellenter Marinemaler. Forscherinnen und Forscher fühlen sich zum Besonderen hingezogen, zu den molekularen Kuriositäten. Man darf sich von den steten Beteuerungen, diese oder jene Forschung könne bald Krebs oder Alzheimer heilen, nicht täuschen lassen: Viele Substanzen stellen Chemiker her, weil sie kurios sind, unerwartet oder einfach nur interessant.

Damit ist die chemische Synthese ein besonders gutes Beispiel dafür, wie eng Kunst und Wissenschaft trotz aller methodischer Unterschiede miteinander verwandt sind. Wie in der Kunst kann sich die Chemie stark an natürlichen Vorbildern orientieren, oder aber auf der Basis abstrakter Prinzipien in völlig neue Regionen vorstoßen. Aber die Parallelen gehen tiefer. Beide, Kunst und Wissenschaft, sind kreative Mittel der Welterkenntnis, in deren Zentrum die abstrakte Interpretation steht, die über sinnliche Wahrnehmung hinausgeht. Während Künstler allerdings seit geraumer Zeit schon ihre Inspiration aus der Wissenschaft ziehen, ging man in der Forschung bisher davon aus, dass Kunst zur wissenschaftlichen Erkenntnis direkt wenig beizutragen hat.

Zum Glück ändert sich das derzeit: Wissenschaftliche Konferenzen befasse sich inzwischen mit Kunst nicht nur als Perspektive auf die Welt, sondern als originär wissenschaftliche Ausdrucksform. Mit etwas Glück setzt sich sogar irgendwann die Erkenntnis durch, dass man wissenschaftliche Arbeiten auch in lesbarer Sprache verfassen kann. Zu meinen Lebzeiten rechne ich allerdings nicht mehr damit.

Dafür gehe ich aber fest davon aus, dass Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen sich in Zukunft wieder stärker bewusst werden, dass sie Kulturgüter schaffen, deren Bedeutung über die rein fachliche Erkenntnis hinausgehen. Das gilt allemal für die kreativen Schöpfungen der synthetischen Chemie. Das konkrete, neu geschaffene Objekt dient dabei letztendlich als Fokus, an dem sich die übergeordneten Mechanismen und Gesetze zeigen. In der Kunst wie in der Wissenschaft ist das Werk letztendlich ein Mittel zur Welterkenntnis. Claude Monet stellte einmal fest:

“Die Aufgabe des Künstlers besteht darin, das darzustellen, was sich zwischen dem Objekt und dem Künstler befindet.”

Das könnte man auch über die Chemie sagen.

Chemie, die verborgene Wissenschaft

Chemie ist die Wissenschaft, der wir im Alltag am häufigsten gegenüberstehen. Andererseits kommt chemisches Know-how gerade in Alltagsprodukten gut getarnt daher – es ist meist Teil von Produktionsprozessen oder den Kontrollmechanismen, die sicherstellen sollen, dass die materiellen Bestandteile der technischen Zivilisation auch das leisten was sie sollen.

Entsprechend sind selbst Nobelpreis-würdige chemische Entdeckungen meist obskur. Während in der Medizin selbst Grundlagenforschung einen klaren Bezug zum Leben (und Sterben) hat und die Physik immerhin die großen Fragen des Universums anbietet (wenn auch nicht die Antworten), muss man in der Chemie schon ein bisschen hinter die Kulissen der Technik schauen, um zu verstehen, was die jeweiligen Arbeiten preiswürdig macht. Continue reading

Schweigen im Walde bei Paul Crutzen

Am Montagnachmittag im Forum am See: Gut 30 junge Wissenschaftler haben sich in einem kleinen Raum zusammengefunden um Paul Crutzens Vortrag zum Klimawandel zu lauschen. Hinter mir hat es sich Dr. Susanne Hintschich bequem gemacht – heute ist sie zwar Physikerin, aber als Ex-Meteorologin und Wissenschaftsbegeisterte interessiert sie das Thema sowieso. Crutzen ist ja nun auch nicht mehr der Jüngste, hält seinen Vortrag im Sitzen und als er mit einem Babyfoto von sich anno dunnemals beginnt, fürchten die Anwesenden doch kurz einen weiteren “Käseigel”-Vortrag. Wär ja schade. Dann aber kommt Crutzen zum Thema und damit, in einem seinem Alter entsprechenden Tempo, in Fahrt. 

Es geht ihm um das Anthropozän, das von ihm mit diesem Begriff geprägte Erdzeitalter in dem wir momentan leben und das wir per Definition selbst geschaffen haben. Das Zeitalter in dem die Auswirkungen des Menschen auf die Natur mit natürlichen Einflüssen auf eine Stufe gestellt werden können. Wie solche Auswirkungen aussehen, ist ja hinlänglich bekannt: Kohlenstoffdioxid und Methan halten die Wärmestrahlung fest, vormals zerstörten FCKWs die Ozonschicht. Allein im Laufe des letzten Jahrhunderts hat sich die Viehpopulation weltweit vervierfacht, während die Meere längst schon überfischt werden. Im selben Zeitraum ist der Wasserverbrauch um das neunfache gestiegen. Fast die Hälfte der Menschen lebt in Großstädten. Wir verändern die Natur und das leider meist nicht zum Guten.

Crutzens Frage an die jungen Wissenschaftler lautet ganz naheliegend: Was können wir dagegen tun? Klimaskeptiker sitzen zum Glück nicht im Saal, sodass man hier immerhin keine Zeit an Spinner verschwenden muss. Den Ausstoß der Treibhausgase verringern sollte man, das ist ja klar. Und Crutzen präsentiert, bevor es zur pressefreien Diskussion geht, noch ein paar weitere Ansätze: Man könnte ja Schwefelverbindungen in die oberen Luftschichten schießen oder ein riesiges Gebiet mit Bäumen bepflanzen. Schweigen im Walde. Was anschließend in der Diskussion geschieht, berichtet Susanne bei einem Post-Crutzen-Eiskaffee:

(Kein Foto von Herrn Crutzen, nicht minder ansehlich: Physikerin Susanne Hintschich mit Eisschokolade.)

Die Schwefel-Idee hält sie für Unfug. “Das kühlt die Erde vielleicht ab, aber es lässt auch weniger Licht durch. Wie würde sich das wohl auf die Natur auswirken?” Ihrer Meinung nach wertete die Diskussion dieser Möglichkeit bzw. die Untersuchung der Durchführbarkeit die Idee unnötig auf. Auch Crutzens Vorschlag eines gigantischen, künstlich angelegten Waldes hält sie für fraglich. “Ein so großes Gebiet zu finden und zu Bepflanzen wird doch in der Umsetzung immer schwierig bleiben. Die Treibhausgase zu verringern ist schon die beste Idee, ich hätte lieber mehr darüber geredet.” Susanne Hintschich arbeitet als Post-Doc am Institut für Angewandte Photophysik der TU Dresden. Aus Crutzens Vortrag hat sie trotz unnötigem Schwefel auch etwas Lehrreiches mitgenommen: “Wir haben noch ein wenig über Klimaskeptiker geredet. Wie soll man mit ihnen umgehen? Diskutieren oder ignorieren? Crutzen hatte dazu eine sehr klare Haltung. Wenn man über die Probleme nicht redet, verschwinden sie auch nicht. Darum ist es umso wichtiger, auf das Thema Globale Erwärmung aufmerksam zu machen – auch und vor allem in der Politik.”

Die Entstehung der Farbe

Der gute Charles Darwin, auch über 200 Jahre nach seiner Geburt und über 150 Jahre nach der Veröffentlichung seines Hauptwerkes ist er nicht tot zu kriegen. Die Evolution kann man halt überall beobachten. So auch an jenen bunten Fischen, die ihre Namen dem ihnen typischen Muster zu verdanken haben: Den Zebrafischen.

Und um genau die ging es in dem Talk von Christiane Nüsslein-Volhard. Nach Ada Yonath schon der zweiten Biologin und Nobelpreisträgerin, der ich hier in Lindau lauschen durfte. Den Preis selbst bekam sie schon 1995 zusammen mit Eric F. Wieschhaus und Edward B. Lewis für ihre Arbeiten zur genetischen Kontrolle der Embryonalentwicklung. Zusammen identifizierten und klassifizierten sie die Gene, welche in den Eiern der beliebten Laborfliege Drosophila Melanogaster die Entstehung des fertigen Organismus steuern. Außerdem entwickelte sie die Gradiententheorie die zeigt wie Stoffgradienten in Eizelle und Embryo die Genexpression steuern und zeigte Parallelen in der Embryonalentwicklung von Insekten und Wirbeltieren. Grund dafür: Auf Embryos lastet keine Selektion im eigentlichen Sinne da sie relativ gut behütet herangezogen werden. Deshalb kann Selektion erst später eingreifen.

Christiane Nüsslein-Volhard bei ihrem Vortrag in Lindau

Und auch die Zebrafische machen natürlich eine embryonale Entwicklung mit. Ihr Vortrag begann dann allerdings wieder bei Darwin und mit dem Hinweis auf “The Origin Of Species” welches sie wunderbar als “wichtiges Buch, dass ihr vermutlich nicht gelesen habt” (important book you probably have not read) klassifizierte. Von dort aus ging es dann über die verschiedenen Stämme, Klassen und Ordnungen der Tiere zu den Zebrafischen hin. Deren Farbmuster entstehen bei den Embryos aus der Neuralleiste, die bei der Anlage des späteren zentralen Nervensystems eine entscheidende Rolle spielt. Aus dieser Leiste bilden sich später neben den für die Farben verantwortlichen Zellen auch die Zähne und andere Knorpel-Elemente heraus.

Für die Farben des Zebrafisches sind 3 verschiedene Zelltypen verantwortlich und diese unterstehen glücklicherweise auch keinerlei sexueller Selektion. Eine andere Art der selben Gattung zeigt nämlich ein völlig anderes Muster und diese Arten können sogar noch gekreuzt werden. Spannend auch bei der Farbentstehung: Eine “albino” genannte Mutation, die durch eine einfache Mutation (eine Punktmutation die zu einem Stop-Codon führt) ist dem Namen entsprechend farblos. Wie man zeigen konnte, liegt dies wohl daran, dass ein Vesikel was sonst die schwarzen Farbpigmente transportiert nicht mehr richtig funktioniert.

Spannend ist dann aber noch die Frage wie die adulten Tiere zu ihren Streifen kommen, denn die Neuralleiste gibt es ja nur bei den Embryos. Dazu gilt es die folgenden Fragen zu klären:

  • Woher kommen die Streifen der erwachsenen Tiere?
  • Wo sind die Stammzellen die dafür verantwortlich sind? 
  • Über welche Pfade geschieht das?

Die Hypothese die Nüsslein-Volhard dazu hat ist, dass diese Stammzellen mit dem peripheren Nervensystem assoziiert sind. Und sie haben auch ein paar Untersuchungen dazu angestellt, die in die Richtung deuten. Und mit Hilfe von Zell-Transplantationen konnte man auch zeigen, dass es bereits reicht wenn einer der Zelltypen fehlt um die Entstehung der Streifenmuster zu verhindern. Wenn man durch die Transplantationen diese Zellen jedoch wieder hinzufügt, dann kann das Muster mehr oder weniger wieder hergestellt werden.

GlowFish. License: http://www.glofish.com/photos.asp

Und ein kleines Schmankerl am Rande: Die Zebrafische gibt es seit 2003 auch in (wortwörtlich) leuchtenden Farben zu kaufen. Zumindest in manchen Ländern, bei uns sind diese Tiere als gentechnisch veränderte Organismen so nicht zu kaufen. Und für die Entdeckung des Proteins, das diesen Tieren zum leuchten verhilft (das grün fluoreszierende Protein) gab es 2008 den Nobelpreis, in der Kategorie Chemie.

Bild der Fische: GloFish.

Roger Tsien: Science should be beautiful

Today I talked with Roger Tsien about his research leading to the 2008 Nobel Prize in Chemistry for the discovery and development of green fluorescent protein (GFP). I learned that visually beautiful research results are the best motivation, and that winning a Nobel Prize doesn’t mean that papers and grants come easily – you might still have a manuscript returned from Nature without review.

Roger Tsien’s work personifies some of the themes of this year’s Lindau meeting. He has always been an interdisciplinary researcher, switching between Chemistry, Biology and Physics. He has also been very good in finding collaborators or postdocs that had the required skills or experience. Roger Tsien had worked on visualizing intracellular calcium signaling for many years and knew that GFP is a contaminant of aquorin, used by some of his competitors to study calcium signaling. He was therefore very excited when Douglas Prasher reported the cloning of the GFP gene in May 1992 and immediately (like Martin Chalfie) saw the implications. He had to wait a few months before with Roger Heim he had someone in his laboratory with enough skills in molecular biology to take on the GFP project. 

Basic vs. translational research is another recurring theme and this year’s Lindau meeting, and is also the topic of Roger Tsien’s talk on Tuesday: Designing Molecules and Nanoparticles to Help See and Treat Disease. GFP is primarily a tool that can be used to answer many different research questions, and they can be both basic and translational. The importance of the GFP discovery is obvious to everybody who has ever used GFP, as a large number of life sciences researchers have done over the years. But Roger Tsien told me is often asked how GFP can be used to help cure a disease.

Everybody who has ever seen cells, tissues or even animals expressing GFP is overwhelmed by their visual beauty. This has been a big motivation for Roger Tsien, and something he thinks is important for good research. He told me a story from his time doing calcium channel research. To visualize the different wavelengths of UV light emitted, even before the first experiment he spent two days setting up a very expensive piece of equiment to show the appropriate colors (instead of simply green and blue spectra).

At the end of the interview I asked Roger Tsien whether publishing papers and getting grants has become easier since winning the Nobel Prize. He felt that in some other areas of his work this would be true, but getting papers accepted has not become any easier at all.