College oder Online-Kurs?

Die Universitätsausbildung in den USA und Großbritannien gilt als die beste der Welt, laut gängigen Rankings. Doch gleichzeitig ist sie für viele Studenten unerschwinglich geworden, in dreißig Jahren stiegen die Studiengebühren in den USA um unglaubliche 600 Prozent, wie der Bildungsexperte Ryan Craig in seinem lesenswerten Buch ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’ beschreibt, was so viel bedeutet wie die gründliche Entflechtung des Bildungswesens. Und warum sollte man sich auch vier Jahre lang durch ein anstrengendes, regelrecht zermürbendes Studium quälen und dafür hoch verschulden, wenn die meisten ohnehin akzeptiert haben, dass sie ihr Leben lang weiterlernen müssen? Darüber hinaus ist ein US-Uniabschluss keine Garantie für einen gutbezahlten Job. Deshalb hinterfragen sich immer mehr Studenten, ob sich dieser Aufwand überhaupt lohnt – und suchen nach Alternativen.

Ende 2011 entschloss sich der deutschstämmige Stanford-Professor Sebastian Thrun seinen Einführungskurs Künstliche Intelligenz zusätzlich als Online-Kurs anzubieten, aber kostenlos und ohne Zulassungsbeschränkungen. Dieses Format wird auch MOOC genannt, das bedeutet ‘Massive Open Online Course’. Das Ergebnis: Erstaunliche 160.000 Studenten meldeten sich an, 23.000 nahmen am Schlussexamen teil – mehr als die Gesamtzahl aller eingeschriebener Studenten in Stanford! Nach diesem Überraschungserfolg verließ Thrun Stanford um die private Bildungsfirma Udacity zu gründen, die Online-Kurse in Mathematik und IT anbietet. Thrun ist auch der Gründer von GoogleX, heute nur noch ‘X’, wo er an der Entwicklung eines selbstfahrenden Autos mitwirkt, und er hat Google-Street-View mitentwickelt.

 

Das College mag Spaß machen, aber es wird immer teuerer. Ein Beispiel: Im Jahr 1970 reichten 182 Stunden Arbeit zum Mindestlohn, um die Studiengebühren eines durchschnittlichen Colleges zu bezahlen. Im Jahr 2013 waren hierfür 991 Arbeitsstunden nötig. Quelle: Ryan Craig, College Disrupted. Photo: iStock.com/SolStock

Das US-College mag Spaß machen – aber es wird immer teuerer. Ein Beispiel: Im Jahr 1970 reichten 182 Stunden Arbeit zum Mindestlohn, um die Studiengebühren eines durchschnittlichen Colleges zu bezahlen. Im Jahr 2013 waren hierfür 991 Arbeitsstunden nötig, das ist mehr als ein halbes Jahr Vollzeitarbeit. Quelle: Ryan Craig, College Disrupted. Photo: iStock.com/SolStock

 

Im Jahr darauf wurden MOOCs zu den Vorboten einer Bildungs-Revolution erklärt. Plötzlich erstellte jede US-Uni ihre eigenen MOOCs, und zahlreiche neue Kooperationen mit privaten Anbietern schossen aus dem Boden. Ein vielbeachtetes Beispiel ist die Zusammenarbeit zwischen Udacity und der San Jose State University SJSU: Seit Anfang 2013 boten sie gemeinsam reine Online-Kurse an, die am Ende zu SJSU-Scheinen führen sollten. Doch schon sechs Monate später wurde das Programm eingestellt als sich herausstellte, dass die Durchfallquote zu hoch war. So erging es vielen Kooperationen und die anfängliche Euphorie wich einer verbreiteten Katerstimmung. Insgesamt gilt die Abbrecherquote bei MOOCs als extrem hoch, nur ungefähr fünf Prozent der Teilnehmer halten bis zum Schluss durch.

Diese ganze Aufregung hat jedoch bei einigen Universitäten zu einer gewissen Verunsicherung geführt, verstärkt durch die Gründung weiterer Firmen die ähnlich arbeiten wie Udacity, zum Beispiel Straighterline, edX oder die Kahn Academy, um nur ein paar zu nennen. Physiknobelpreisträger Brian Schmidt erklärte auf der Abschluss-Podiumsdiskussion der 66. Lindauer Nobelpreiträgertagung im Jahr 2016: „Die Universitäten haben zurzeit noch ein Monopol auf das Erteilen von Abschlüssen. Noch ist dieses Monopol nicht gefährdet, aber das ist nur eine Frage der Zeit.“ Und er fuhr fort: „Ich halte es für eine realistische Möglichkeit, dass in Zukunft die Absolventen ihre Qualifikationen in einer Art Blockchain speichern können.“ Das ist eine sichere Datenbank, in denen potentielle Arbeitgeber diese Qualifikationen in ausführlichen Lebensläufen studieren können. „Und dies wiederum wird eine Menge nicht-universitärer Anbieter auf den Markt bringen.“

 

Physiknobelpreisträger Brian Schmidt auf dem Schiff zur Insel Mainau, wo die Abschluss-Podiumsdiskussion des 66. Lindauer Nobelpreisträgertreffens stattfand. Als Vizekanzler der Australian National University setzt er sich stark für eine verbesserte Lehre ein. Foto: Christian Flemming/LNLM

Physiknobelpreisträger Brian Schmidt auf dem Schiff zur Insel Mainau, wo die Abschluss-Podiumsdiskussion des 66. Lindauer Nobelpreisträgertreffens stattfand. Als Vizekanzler der Australian National University liegt ihm eine verbesserte Universitätsausbildung sehr am Herzen. Foto: Christian Flemming/LNLM

 

Als Vizekanlzer der Australian National University hat Schmidt die dortige Erstellung von MOOCs aktiv gefördert – und als Konsequenz das ganze Lehrprogramm für Physik umgestellt. Für ihn sind diese Videos eine interessante Lehrmethode, „aber sie sind kein Allheilmittel“. Die entscheidende Wende wird erst kommen, wenn große Arbeitgeber anfangen, die Absolventen von kurzen, zielgerichteten Kursen in großem Umfang einzustellen. Udacity zum Beispiel entwickelt Online-Kurse in enger Zusammenarbeit mit Arbeitgebern, in diesem Fall AT&T, und nennt die Abschlüsse ‘Nanodegrees’. Es werden auch sogenannte ‘boot camps’ angeboten, in denen man innerhalb weniger Wochen bestimmte IT-Fähigkeiten lernen kann. Schmidt meinte zu diesen neuen Angeboten auf der Podiumsdiskussion: „Wenn sie auf diesem Weg Absolventen bekommen, die besser für die Aufgaben in ihren Unternehmen gerüstet sind, werden die Arbeitgeber gerne auf solche Programme zurückgreifen. Schon heute sagt die Firma Google: ‘Uns ist ihr Abschluss eigentlich egal, wir führen jetzt zuerst unser eigenen Testprogramm durch.’“ Der nächste logische Schritt wäre, die Lehre von Anfang an außerhalb der Unis und Colleges anzubieten.

Die Aussage von Google zeigt: Nicht nur Studenten sind mit dem derzeitigen System unzufrieden, auch viele Arbeitgeber sind mit den Absolventen traditioneller Unis häufig frustriert. Für Führungspositionen fehlt den Absolventen häufig die nötige Problemlösungskompetenz, ihnen fehlt die Fähigkeit zum kritischen Denken, auch ihre Kommunikationsfähigkeit lässt zu wünschen übrig, so beschreibt es Ryan Craig in seinem Buch. Für weniger qualifizierte Positionen fehlen vielen Bewerbern ganz grundlegende Verhaltensweisen wie Pünktlichkeit, Motivation und Arbeitsethos. Damit wird klar, dass die Studenten nicht die einzigen ‘Käufer’ oder ‘Kosumenten’ von höherer Bildung sind. Craig argumentiert, dass die Arbeitgeber die eigentliche Zielgruppe sein müssten, weil von ihnen erwartet wird die Absolventen einzustellen. Und wenn das nicht funktioniert, dann können die betroffenen Studenten ihre Studienkredite nicht zurückzahlen. Das wiederum hat zur Folge, dass die traditionelle Universitätsausbildung unattraktiver wird.

 

Ryan Craig, Autor des Buches ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’. Er ist jetzt Direktor von University Ventures, eine Investmentfirma, die ausschließlich in höhere Bildung investiert und in diesem Sektor neue Lösungen sucht. Photo: Yahlin Chang

Ryan Craig, Autor des Buches ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’. Er ist Direktor von University Ventures, eine Investmentfirma, die ausschließlich in höhere Bildung investiert und in diesem Sektor neue Lösungen sucht. Photo: Yahlin Chang

Weil private Anbieter noch keine echten Abschlüsse erteilen dürfen, behelfen sie sich mit detaillierten Auflistungen der Themen eines Kurses und der Fertigkeiten, die dort geübt wurden. Einige Unis greifen dieses Vorgehen bereits auf, zum Beispiel das Linn State Technical College mitten im US-Bundesstaat Missouri: Statt der normalen Zeugnisse, die nur den Namen des Kurses und die Note auflisten, werden hier detaillierte Bewertungen ausgestellt, denen ein künftiger Arbeitgeber entnehmen kann, wie stark sich ein Bewerber in Bezug auf bestimmte Fähigkeiten verbessert hat, die für den Arbeitsmarkt relevant sein könnten. Diese Zeugnisse werden ‘Doppelklick-Abschlüsse’ genannt, weil ein interessierter Arbeitgeber in den digitalen Bewerbungsunterlagen nur auf den Kurs doppelklicken muss und schon sieht er die Ergebnisse des Bewerbers bei allen Fähigkeiten, die für einen bestimmten Job wichtig sind. Für den Autor Craig sind solche Abschlüsse „nur eine Zwischenstation auf dem Weg zur Entflechtung der höheren Bildung“: Wenn Arbeitgeber mit Absolventen zufrieden sind, die nur Zertifikate anstatt echter Abschlüsse vorweisen können, werden sie mehr davon einstellen. Und wenn Studenten diese detaillierten Zeugnisse wünschen, kommen die Unis nicht umhin, diese auch auszustellen. Dadurch verschwimmt jedoch die Grenze zwischen den verschiedenen Anbietern zunehmend.

Sowohl für Arbeitgeber als auch für Studenten sieht Ryan Craig einen Ausweg aus dem Ausbildungsdilemma, das darin besteht, dass die Studenten immer höhere Summen investieren müssen und die Arbeitgeber trotzdem unzufrieden sind: einen Arbeitsmarkt der Kompetenzen, nicht der Abschlüsse. Wenn Absolventen eine immer detailliertere digitale Auflistung ihrer berufsbezogenen Fertigkeiten vorweisen, dann können diese Angaben viel besser mit den ebenfalls digitalisierten Stellenausschreibungen verknüpft werden. Craig nennt das Ergebnis „eine Dating-Website für Jobs“. Die Netzwerk-Website LinkedIn gehe bereits in diese Richtung, aber Craig kann sich darüber hinaus alle möglichen spezialisierten Websites für berufliche Fertigkeiten und Kompetenzen vorstellen.

Schließlich geht Ryan Craig davon aus, dass sich ein Zweiklassensystem der höheren Bildung in den USA herauskristallisieren wird: Die Top-Universitäten werden weitermachen wie bisher, wahrscheinlich werden sie ihr Angebot um Online-Vorlesungen und ausführlichere Zeugnisse erweitern. Alle anderen Colleges und Unis werden sich darauf konzentrieren, Fertigkeiten zu unterrichten, die auf dem Arbeitsmarkt wirklich gebraucht werden. Sie werden diese Programme zusammen mit künftigen Arbeitgebern und mit Firmen wie Udacity entwickeln, und dazu werden auch kurze, preiswerte Online-Kurse gehören. Auf diesem Umweg wird es diesen Ausbildungsfirmen doch noch gelingen, zu einem ‘echten’ Abschluss beizutragen, der wiederum von einer teilnehmenden Uni verliehen wird. Schon heute wird in den USA über ‘stapelbare Abschlüsse’ diskutiert, bei denen sich Studenten ihren Abschluss aus diversen Kursen bei verschiedenen Anbietern selbst zusammenstellen können.

Es ist kein Zufall, dass diese Trends ausgerechnet im IT-Sektor entstanden, wo schnelle Veränderungen die Norm sind. In anderen Fächern werden traditionelle Abschlüsse wohl länger wichtig bleiben. Doch haben sogenannte ‘disruptive Erfindungen’ die Eigenart, benachbarte Fächer zu infizieren. Deshalb ist es nicht ausgeschlossen, dass es ähnliche Trends bald auch in den Wirtschafts-, Sozial- oder Geisteswissenschaften geben könnte.
In diesem Artikel ging es hauptsächlich um die Entwicklung in den USA, Entwicklungen dort beeinflussen jedoch meist die ganze Welt, insbesondere wenn es um höhere Bildung geht. Und Großbritannien wiederum hat bereits seine eigene Studiengebühren-Krise. Neue Trends dieser Art entstehen heute an vielen Orten, ein Beispiel wäre die Kiron-University in Berlin, die sich zur Aufgabe gemacht hat, höhere Bildung für Flüchtlinge in aller Welt kostenlos und auf Englisch anzubieten. Die engagierten Kiron-Gründer haben bereits erste Partner-Unis gefunden, die bereit sind, ihre Scheine anzuerkennen.

In seinem Buch argumentiert Ryan Craig, dass die höhere Bildung in den USA wie ein Bündel oder Paket ist, zu dem nicht nur Bildung gehört, sondern auch die Verpflegung der Studenten, ihre Unterkunft, teuere Sportanlangen, medizinische Versorgung, usw. Und in der aktuellen Entwicklung wird dieses Bündel entflochten, wie die gute alte CD, deren Verkäufe in den Keller gingen als sich die Verbraucher einzelne Lieder herunterladen konnten und nicht mehr gezwungen waren, das ganze ‘Bündel’ zu kaufen. Wie Brian Schmidt auf der Podiumsdiskussion in Lindau sagte: „Hier passiert zur Zeit eine Menge, die Dinge verändern sich rasend schnell. Und ich befasse mich damit, weil ich nicht möchte, dass meine Universität bei diesem Thema abgehängt wird.“

 

Bereits über drei Millionen Studenten sind in den USA in Online-Programme der traditionellen Universitäten und Colleges eingeschrieben, neue Anbieter nicht mitgezählt. Alleine zuhause lernen macht vielleicht weniger Spaß, ist aber in Zeiten des lebenslangen Lernens oft unvermeidbar. Foto: iStock.com/demaerre

Bereits über drei Millionen Studenten sind in den USA in Online-Programme der traditionellen Universitäten und Colleges eingeschrieben, neue Anbieter nicht mitgezählt. Alleine zuhause lernen macht vielleicht weniger Spaß, ist aber in Zeiten des lebenslangen Lernens oft unvermeidbar. Foto: iStock.com/demaerre

Traditional Higher Education Under Threat?

Higher education in the US and UK is considered the best in the world, but at the same time, for many students it’s getting to be unaffordable: tuition in the US has risen by an astounding 600 percent in thirty years, as Ryan Craig describes in his insightful book ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’. And why should anyone spend four years with gruelling, back-breaking studying when technology is changing so fast that most of us have accepted lifelong learning anyhow? As long as ‘everybody’ was going to college – a priviliged middle and upper class group – and as long as it was still affordable, it was the thing to do. But it isn’t anymore, and a degree is no guarantee for a well-paying job either. So now students are starting to ask questions about the return on their investment – and are looking for alternatives.

Late in the year 2011, Sebastian Thrun, a professor for computer science at Stanford University, offered his introductory course to artificial intelligence as a so-called Massive Open Online Course, or MOOC. An unprecedented number of 160,000 students registered for this course, of which 23,000 took part in the final exam – more than the total number of students enrolled at Stanford. After this overnight success, Thrun left Stanford to found Udacity, a private educational organization offering online-courses mostly in math and computer science. Thrun is also the founder of GoogleX, now only called ‘X’, where he’s involved with the development of driverless cars, and he’s is a co-founder of Google Street View.

 

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College might still be fun, but it’s become at lot more expensive than it used to be. In 1970, an average college student needed to work only 182 hours to pay for his or her entire tuition. In 2013, a student at the same college had to work 991 hours in order to afford it, that’s more than a half-year of fulltime employment. Source: Ryan Craig, College Disrupted. Photo: iStock.com/SolStock

 

In the following years, MOOCs were hailed to be the hallmark of an Education Revolution, the New York Times even proclaimed 2012 to be ‘The Year of the MOOC’. Suddenly numerous universities produced MOOCs, and new partnerships with private education providers sprung up. One notable example was the cooperation between Thrun’s Udacity and San Jose State University SJSU in early 2013, offering online courses that led to SJSU credits. However, the initial excitement was soon replaced by a hangover. Only six months after it started, the programme was terminated due to high failure rates. In general, drop-out rates for MOOC programmes are huge: only about 5 percent of initial viewers complete a MOOC course.

But this episode, together with the advent of companies similar to Udacity, like edX, StraighterLine or the Khan Academy, still disturbed the equilibrium of traditional colleges and universities. As Nobel Laureate Brian Schmidt explained at the closing panel discussion of the 2016 Lindau Nobel Laureate Meeting: “We as universities have a monopoly right now on credentialling, or providing degrees. That’s actually not yet under threat, but it’s going to be.” He continued: “I see the whole idea of people going out there and having all of their credentials in some public thing like a blockchain as being a real opportunity.” A blockchain is a secure database where graduates can place their online portfolio and where prospective employers can study them online. “And that’s suddenly going to bring a bunch of non-university providers into the market.”

 

Nobel Laureate Brian Schmidt (left) with young scientists of the Lindau Nobel Laureate Meeting 2016, on the boat to Mainau island where the final panel discussion took place. As vice-chancellor of Australian National University, Schmidt is very committed to improve teaching in higher education. Photo: Christian Flemming/LNLM

Nobel Laureate Brian Schmidt (left) with young scientists of the Lindau Nobel Laureate Meeting 2016, on the boat to Mainau island where the final panel discussion took place. As vice-chancellor of Australian National University, Schmidt is very committed to improving teaching in higher education. Photo: Christian Flemming/LNLM

 

As vice-chancellor of Australian National University, Brian Schmidt has actively promoted MOOCs, and this endeavour has changed ANU’s entire undergraduate physics curriculum. He values MOOCs and an interesting teaching tool, but “it’s no panacea”. The real game-changer will be when large employers are willing to recruit relevant numbers of graduates from short, non-degree programmes. Udacity for instance has developed ‘Nanodegrees’ tailored to the needs of certain employers like AT&T; some providers call their credentials ‘badges’. Another invention are ‘coding boot camps’ that teach specific IT skills within weeks. As Brian Schmidt said in the panel discussion: “The sophisticated business community is going to use that, if it gives them better graduates. Already you can see Google and companies saying: ‘Actually I don’t really care about your degree, I want to do my own testing.'” And the next step is teaching and learnig outside a college setting.

The Google example shows that not only students are disillusioned with traditional higher education – many employers are dissatisfied with the graduates from traditional colleges. For higher level positions, the applicants often don’t have the necessary problem solving capabilities, the critical thinking abilities and communications skills, as Craig explains in his book. And for lower level positions, many applicants lack behavioural skills like punctuality, motivation and work ethic. This shows that students are not the only ‘purchasers’ of higher education. Craig argues that future employers are the real ‘customers’ because they are supposed to hire graduates, and if the graduate cannot find a decent job, he or she cannot pay back the student loans, in turn making traditional higher education less and less attractive.

Since most non-university providers cannot offer degrees, yet, instead they provide detailed accounts of what their students learned in each course. Already some universities adopt these features, like Linn State Technical College: in addition to normal college transcripts that list courses and grades, they give detailed job-readiness scores for each course telling prospective employers how well a student has done in every skill dimension. These detailed accounts are called ‘double-click degrees’ because interested employers can double-click on an applicant’s course and view all results. Ryan Craig calls these degrees “a way station on the road to unbundling”: If employers are satisfied with applicants that only have certificates instead of degrees, the more they’ll hire. And if students demand detailed accounts, universities need to provide them, alongside their traditional degrees, thus blurring the line between traditional and non-accredited education even further.

 

Ryan Craig, author of the book ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’, now founding director of University Ventures, an investment firm focused exclusively on the global higher education sector. Photo: Yahlin Chang

Ryan Craig, author of the book ‘College Disrupted – The Great Unbundling of Higher Education’, now managing director of University Ventures, an investment firm focused exclusively on the global higher education sector. Photo: Yahlin Chang

For employers and applicants alike, Craig sees competency marketplaces as a way out of the education dilemma, i.e. students investing large sums and employers still being dissatisfied. If students can provide more detailed accounts of their behavioural and job-related skills, these can be matched much more efficiently to job descriptions. Craig compares this trend to “dating websites for jobs”. The networking service LinkedIn is already moving in this direction, and there might be several different and specialised competency marketplaces in the future.

Eventually, Craig sees the evolution of a two-tier system: Top-ranking universities will continue as they have before, with some new features like more detailed degrees and a mix of classroom and online learning. But all others will try to teach the skills that are needed in today’s labour market in order to give students a better return on their investment, including low-cost online courses. To establish these programmes, some colleges and universities will cooperate with companies like Udacity, meaning that these companies can eventually contribute to ‘real’ degrees. Already there is an emerging trend for ‘stackable credentials’, where students can build a degree out of a series of courses they completed with different providers.

It’s no surprise that these new trends emerged in the field of computer science, where rapid changes are the norm. In other sectors, accredited degrees will remain more important for some time. But disruptive innovations have the tendency to influence other sectors, so these trends might emerge in fields like the humanities as well.
In this article, I’ve mainly discussed US higher education, but trends there tend to influence higher education around the globe – and the UK, for instance, has its own tuition crisis. Plus, novel trends in higher education are emerging everywhere, like the Kiron University based in Berlin that aims to provide higher education in English to refugees around the world, and Kiron has already found some partner universities that are willing to accept its credits.

As Ryan Craig argues in his book: the traditional higher education is like a big ‘bundle’, including housing, catering, sports facilities, healthcare etc. But this expensive bundle will come apart, just like the good old CD did when people started downloading single songs instead of buying the whole CD. As Brian Schmidt concluded in the panel discussion The Future of Education in Sciences: “There’s a lot going on there – and changing very rapidly. And I’m playing around with lots of things because I don’t want to be left behind.”

 

Photo: iStock.com/demaerre

Already over 3 million students are enrolled in online degree programmes at traditional universities in the US today, not counting online courses from alternative providers. Studying at home might be less fun, but in the age of lifelong learning it’s of growing importance. Photo: iStock.com/demaerre

Zum Tode von Roman Herzog (1934 – 2017)

Die Mitglieder des Kuratoriums und der Stiftung Lindauer Nobelpreisträgertagungen trauern um Bundespräsident a.D. Prof. Dr. Roman Herzog.

Roman Herzog besuchte als erster Bundespräsident 1995 die Lindauer Nobelpreisträgertagung. „Seitdem wissen wir ihn als ebenso treuen wie kritischen Begleiter an unserer Seite, der uns anspornt, die Weiterentwicklung der Tagung mutig und zielgerichtet anzugehen“, erklärte Bettina Gräfin Bernadotte, Präsidentin des Kuratoriums der Tagungen, anlässlich der Verleihung der Lennart-Bernadotte-Medaille an Herzog 2010 auf Burg Jagsthausen, wo er mit seiner Ehefrau Alexandra Freifrau von Berlichingen lebte.

 

Roman Herzog mit Freifrau

Roman Herzog mit Alexandra Freifrau von Berlichingen 2001 bei der 51. Lindauer Nobelpreisträgertagung. Foto: Archiv Jacobs/Lindau Nobel Laureate Meetings

Herzog kannte und schätzte die Nobelpreisträgertagungen bereits aus seiner Zeit als baden-württembergischer Kultusminister Ende der 1970er Jahre und fühlte sich Lennart Graf Bernadotte und seinem Lebenswerk verbunden. Nach dem Ende seiner Präsidentschaft 1999 engagierte er sich verstärkt für die Tagung, die jeden Sommer zahlreiche Nobelpreisträger und hunderte Nachwuchswissenschaftler zu einem inspirierenden Gedankenaustausch an den Bodensee einlädt. Doch Ende der 1990er Jahre bestand Reformbedarf: Die Tagungen brauchten einen festeren finanziellen Boden, und sie sollten im In- und Ausland bekannter und zu einem Leuchtturm für Wissenschaftsförderung in Europa werden.

„Die von ihm mitangeregte Einrichtung der Stiftung Lindauer Nobelpreisträgertagungen war eine entscheidende Wegmarke, um dem Lindauer Dialog eine langfristige und nachhaltige Perspektive zu geben“, so Bettina Gräfin Bernadotte weiter. Er entwickelte einerseits Ideen und Pläne, um die Lindauer Tagungen fit für die Zukunft zu machen, und er stellte andererseits den Beteiligten Persönlichkeiten vor, die als neue Akteure die Entwicklung der Tagung in den folgenden Jahren maßgeblich prägen sollten, insbesondere Professor Wolfgang Schürer und Thomas Ellerbeck. Ellerbeck war 1999 Leiter des persönlichen Büros von Herzog und übernahm als Mitglied des Kuratoriums und später Mitgründer und Vorstand der Stiftung unter anderem die Aufgabe, die Bekanntheit der Tagungen zu steigern. Professor Schürer begleitete die Lindauer Tagungen von 2000-2015 als Vorsitzender des Vorstands der Stiftung. Nach Gründung der Stiftung Lindauer Nobelpreisträgertagungen Ende 2000 wurde Roman Herzog selbst deren Ehrenpräsident und Mitglied im Ehrensenat. „Seine Art, Themen anzupacken und sich einzubringen, für die Nobelpreisträgertagungen in Lindau wie auch als Bundespräsident, hat mich nachhaltig beeindruckt, und die Treffen mit diesem humorvollen, bescheidenen und klugen Menschen waren für mich immer sehr inspirierend“, blickt Bettina Gräfin Bernadotte heute auf ihre Begegnungen mit Roman Herzog zurück.

 

Roman Herzog (rechts) mit Nobelpreisträger Zhores Alferos 2001 in Lindau. Foto: Peter Badge

Roman Herzog (rechts) mit Nobelpreisträger Zhores Alferov 2001 in Lindau. Foto: Peter Badge/Lindau Nobel Laureate Meetings

Wenn heute von Roman Herzog gesprochen oder geschrieben wird, erinnern alle gerne an seine berühmte Ruck-Rede aus dem Jahr 1997, in der Herzog die Deutschen aufforderte, weniger bequem zu sein und von einigen liebgewordenen Besitzständen Abschied zu nehmen: „Ich rufe auf zu mehr Flexibilität! In der Wissensgesellschaft des 21. Jahrhunderts werden wir alle lebenslang lernen, neue Techniken und Fertigkeiten erwerben und uns an den Gedanken gewöhnen müssen, später einmal in zwei, drei oder sogar vier verschiedenen Berufen zu arbeiten.“ Heute kommt uns dieses Thema zwar wichtig vor, aber viele Menschen haben sich daran gewöhnt, dass sie sich immer wieder neu orientieren müssen. Doch vor zwanzig Jahren klangen diese Sätze geradezu revolutionär, wurden öffentlich diskutiert – und werden heute noch regelmäßig zitiert. Herzog war es auch, der bereits Mitte der 1990er Jahre für einen ernsthaften Dialog der Kulturen zwischen Westen und Islam warb. Auch hier leisten die Lindauer Tagungen bis heute einen wichtigen Beitrag, wenn Nachwuchswissenschaftler verschiedenster Nationen, Kulturen und Religionen zusammentreffen.

Roman Herzog lagen die Wissenschaft, die technische und wirtschaftliche Innovation sowie die Bildung der Jugend sehr am Herzen. Als Bundespräsident a.D. und ehemaliger Präsident des Bundesverfassungsgerichts nahm er zahlreiche Aufgaben im In- und Ausland wahr und brachte sich immer wieder aktiv für die Lindauer Nobelpreisträgertagungen ein. “Die Nobelpreisträger, die Gremien der Lindauer Tagungen und die Familie Bernadotte sind ihm dankbar”, erklärte Bettina Gräfin Bernadotte.

Roman Herzog verstarb am 10. Januar 2017. Das Mitgefühl in dieser schweren Zeit der Trauer und des Abschieds gilt seiner Frau und den Angehörigen.

Exploring the Connections Between Sports and Science with Kurt Wüthrich

When reading the biography of Nobel Laureate Kurt Wüthrich, it quickly becomes clear that he embodies the concept of a Renaissance man. Not only did he excel in academic work, winning the 2002 Nobel Prize in Chemistry for his advancement of nuclear magnetic resonance spectroscopy, but Wüthrich was also an avid sportsman.

As a young man attending the University of Basel, he worked towards degrees in both chemistry and sports — the latter requiring about 25 hours per week of intense physical exercise, as well as courses in human anatomy and physiology. Even though he chose science in the end, sports continued to play an important role in Wüthrich’s life. He enjoyed skiing, fishing, and even played in a competitive soccer league well beyond the age of 50.

Kurt Wüthrich speaking at #LiNo16

Kurt Wüthrich speaking at #LiNo16. Photo: Ch. Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

Given his interdisciplinary background, it came as no surprise that much of his master class at the 66th Lindau Nobel Laureate Meeting focused on the science of sports. In fact, two young scientists who gave talks at the master class — Dominique Gisin and Bettina Heim — have been blessed with a similar combination of both mental and physical talents as Wüthrich himself.

Dominique Gisin, currently a Bachelor’s student in physics at ETH Zürich in Switzerland, spoke about the mechanics of alpine skiing and its impact on the human body. Gisin started her degree at the University of Basel but interrupted coursework to concentrate on skiing, making her Alpine Ski World Cup debut in 2005. Four years later, she got her first World Cup victory in women’s downhill skiing, and at the 2014 Sochi Winter Olympics, nabbed a gold medal in the same event.

To start off her talk, she played a series of video clips depicting the many crashes and falls she has suffered throughout her storied career, as the audience winced. In an average year, about 35% of all alpine athletes are injured — Gisin herself has gone through knee surgery a whopping nine times as a result of injuries.

In terms of physics, the variables that matter when it comes to modeling the dynamics of a downhill skier are numerous: the mass of the athlete, her velocity, the radius of a turn, snow temperature, air temperature, course condition, the mechanical characteristics of the equipment, visibility, and the mental/physical state of the athlete. These factors need to be considered when thinking about how to lower the rate of injury for the sport.

For instance, a tighter course setting would help reduce the athlete’s velocity, which could make crashes and falls less dangerous. But as Gisin notes, such a change would also cause skiers to move closer to the nets and potentially get tangled up in them. Another idea that might be interesting to pursue is uniform “anti-aerodynamic” racing suits that reduce athletes’ velocity and provide increased protection. Also, as seen in other sports, alpine skiing could benefit from the development of better protection equipment such as helmets and back protectors.

Kurt Wüthrich and Bettina Heim at the Rolex Science Breakfast

Kurt Wüthrich and Bettina Heim at the Rolex Science Breakfast. Photo: Ch. Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

Also representing ETH Zürich at the master class was Bettina Heim, a Master’s candidate in physics with a background in competitive figure skating. Her achievements in the sport include competing at two World Junior Championships, two World Championships, and becoming Swiss national champion in 2011. Only a short time after, Heim decided to hang up her skates and study physics full-time.

Her Bachelor’s studies culminated in a paper published by the prestigious journal Science in 2015, titled “Quantum versus classical annealing of Ising spin glasses.” It shows that evidence of quantum speed-up may depend on how the problem is described, as well as how the optimization routine is implemented. Today, Heim continues her research in the field of quantum computing, mostly in the realm of adiabatic quantum computing and quantum error correction, at ETH Zürich’s Institute of Theoretical Physics.

However, her focus during Wüthrich’s master class remained firmly in the world of sport and not quantum computers — in particular, she discussed the physics behind her specialty of figure skating. For instance, an athlete must gain a lot of speed going into a spin, and then one side of the body has to stop so the other can pass. This translates velocity into rotation, which results in the many types of spin moves performed by figure skaters.

As in downhill skiing, injuries remain prevalent in figure skating despite not being a contact sport. Common injuries for skaters include stress fractures, acute injuries involving tendons or ligaments, and back injuries. Heim noted that back injuries often originate from jump impacts (which can be hard on the spinal discs) and extreme positions that require flexibility (tough on muscles and ligaments).

As Wüthrich’s fascinating master class reiterated, the connections between sports and science go way beyond the physics of motion. Sometimes, an athlete and a scientist can be found within the same person.

Life in Super-Resolution: Light Microscopy Beyond the Diffraction Limit

In 1979, South African Allan M. Cormack won the Nobel Prize in Physiology or Medicine for his development of X-ray computed assisted tomography (CT), which allows physicians to see internal bodily structures without cutting. A quarter of a century later, Sir Peter Mansfield of the United Kingdom was given the same award in 2003 for advances in magnetic resonance imaging (MRI) that led to scans taking seconds rather than hours.

Today, these two imaging techniques serve as essential diagnostic and investigative tools for both medicine and the life sciences. But one unique fact about Cormack and Mansfield stands out: Despite winning the most prestigious award in medicine, neither Laureate went to medical school nor had a background in biology — rather, they were both true-blue physicists.

Cormack spent most of his research career focusing on nuclear and particle physics, while his CT efforts remained an intermittent side project for almost two decades. For Mansfield, his postdoctoral work on nuclear magnetic resonance spectroscopy in doped metals gradually transitioned into scanning his first live human subject with the newly invented MRI technique.

The tradition of physicists driving advances in biomedical imaging continues, as made evident by the lectures of Steven Chu and Stefan Hell at the 66th Lindau Nobel Laureate Meeting. Both showed visually stunning examples of their research using super-resolution microscopy, a method that transcends the diffraction limit of conventional light microscopes to probe on a nanoscopic scale.

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Stefan Hell in discussion with young scientists at #LiNo16. Photo: Ch. Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

“We learn in school that the resolution of a light microscope is fundamentally limited by diffraction to about half the wavelength of light,” said Hell, who gave his lecture on Thursday morning. “And if you want to see smaller things, you have to resort of course to electron microscopy.”

Hell, a physicist who currently serves as a director of the Max Planck Institute for Biophysical Chemistry in Germany, accomplished what was long thought to be the impossible. Using light microscopy and fluorescent labeling of molecules, he invented a super-resolution technique called stimulated emission depletion (STED) microscopy — the work that won him the 2014 Nobel Prize in Chemistry.

“The development of STED microscopy showed that there is physics in this world that allows you to overcome this diffraction barrier,” he said. “If you play out that physics in a clever way, you can see features that are much finer and details that are beyond the diffraction barrier.”

A conventional microscope cannot distinguish objects — say, molecules — that are packed within a space of about 200 nanometers because they all become flooded with light at the same time. Subsequently, a detector will simply record the scattering as a blurry blob of light without being able to image any individual molecules.

Hell got the idea of highlighting one molecule at a time by using fluorescent labeling, while also keeping other molecules in a dark state through stimulated emission. With a phase modulator, he could then force molecules in a doughnut-shaped area to stay dark and in the ground state while those in the center would produce light.

With this discovery, biomedical researchers could now image objects as tiny as proteins on the outside of a virus. For instance, STED microscopy was used to observe a major difference in envelope protein distribution that can be used to distinguish mature HIV that can infect cells versus those immature viruses that cannot.

“The misconception was that people thought that microscopy resolution was just about waves, but it’s not — microscopy resolution is about waves and states,” Hell emphasized. “And if you see it through the eyes of the opportunities of the states, the light microscope becomes very, very powerful.”

Steven Chu referenced Hell’s groundbreaking research during his lecture on Wednesday morning, which focused on his recent efforts in optical microscopy — quite a departure from his previous work in energy during a decade-long sabbatical.

“I sat down fresh out of government with no lab, no students, no postdocs, no money,” said Chu, who served as U.S. Secretary of Energy from 2009 to 2013. “The only thing that I could do was think, and that turns out to be liberating.”

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Steven Chu during his lecture. Photo: Ch. Flemming/Lindau Nobel Laureate Meetings

A venerable jack-of-all-trades, Chu received the 1997 Nobel Prize in Physics in yet another field — atomic physics — for his development of laser cooling and trapping techniques. His latest interest in microscopy grew out of a fascination with cell signaling and how dysfunctions in the process can lead to cancer.

“If you’re a cell embedded in an organism’s tissue, you don’t willy-nilly divide — that’s considered very antisocial behavior. You divide when the surrounding tissue says it’s okay to divide,” he described. “But if you willy-nilly divide and say ‘me-me-me,’ that is called cancer.”

Using imaging techniques, the cell signaling pathway can be investigated in detail to target areas that could prevent cancer from developing. Taking Hell’s work in super-resolution microscopy a step further, Chu discussed his use of rare earths embedded in nanocrystals to replace fluorescent organic dyes. A nanocrystal can be doped with 5,000 to 10,000 impurities so it emits a certain color in the near-infrared with a very narrow spectral peak. If each class of nanoparticle is synthesized to produce a different ratio of colors, this creates a spectral barcoding of probes.

The next step is to use nanoparticle probes to image molecules through tissue in a living organism without cutting. Adaptive optics — a technique that originated in astronomy — has been employed in order to take light scattering into account, enabling high-resolution microscopy of mouse brain tissue through an intact skull.

“The question is if you go deeper into the infrared, can you look not through 500 microns but maybe 5 millimeters?” said Chu. “This is an open question we’re working on this. We’ve gotten down to a millimeter but we’ll see.”

One of his ideas involves inserting nanoparticles into cancer cells and watch them over time in order to track which cells metastasize, with the ultimate goal of developing future therapies.

Smartphones, Energy-Efficient Lamps, and GPS: How Nobel Laureates’ Work Impacts Today’s Technology

Particle physics and cosmology make up the big topics of interest for many young scientists at the 66th Lindau Nobel Laureate Meeting, with lectures by the pioneering researchers who won Nobel Prizes for their work in the cosmic microwave background radiation, neutrino mass, and the accelerating expansion of the universe. These fields embody the inquisitive and fundamental nature of physics as a discipline driven purely by a curiosity about what makes the world tick.

However, let’s not forget about the importance of more applied topics in physics, such as research in semiconductors, optics, medical physics, and nanotechnology. Physicists in these fields have contributed to groundbreaking developments in technology that impact not only society as a whole, but often affect our individual lives on a day-to-day basis.

Their work often teeters on the fuzzy border between science and engineering — a place Nobel Laureate Hiroshi Amano remains very familiar with. As one of the inventors of the once-elusive blue LED, Amano had a direct hand in the realization of full-color displays that grace our beloved smartphones, as well as the energy-efficient LED lighting quickly replacing incandescent and fluorescent bulbs.

“First of all, I’d like to mention that I’m not a physicist — I belong to the engineering department. So today, I’d like to emphasize the importance of not only the science but also the engineering,” said Amano, who kicked off the meeting’s Nobel Laureate lectures on Monday morning. “Maybe my field is not the major in this meeting, so I’d like to mention the importance of the minority.”

 

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Hiroshi Amano during his lecture. Photo: J. Nimke/Lindau Nobel Laureate Meeting

Amano began his lecture by describing his poor academic performance from primary school to high school. Since it seemed to him that the only reason to study hard in Japan was to get into a good high school or university, he lacked sufficient motivation. A former professor changed this mindset by describing the purpose of engineering as a discipline that connects and supports the people. From that moment on, Amano had no trouble finding the inner drive to study hard.

Despite his title as a Professor in the Department of Engineering and Computer Science at Nagoya University in Japan, Amano won the 2014 Nobel Prize in Physics along with Isamu Akasaki and Shuji Nakamura for the invention of high-brightness blue light-emitting diodes (LEDs). For three decades, the creation of a commercially viable blue LED remained a slow-going and difficult endeavor for researchers despite the previous success of red and green LEDs.

“Unfortunately, all the efforts in the 1970s failed,” said Amano, citing issues with growing crystals in the material of choice for blue LEDs, gallium nitride, as well as creating p-type layers. “So many, many researchers abandoned this material and started the new material research such as zinc selenide. Only one person could not abandon this material: my supervisor, Isamu Akasaki.”

In 1985, Akasaki and Amano successfully created their own crystal growth system by using a buffer layer of low-temperature-deposited aluminum nitride that sat between the gallium nitride and sapphire substrate. After a few more tweaks involving the p-type layer, the two presented the world’s first high-brightness blue LED in 1992.

The flashy new blue LEDs could now be combined with their classic red and green counterparts to produce full-color displays for smartphones, computer screens, and televisions. Energy-efficient and long-lasting lightbulbs that emit white light use blue LEDs along with yellow phosphor, and have already started to replace incandescent and fluorescent lighting around the world. By year 2020, the total electricity consumption in Japan could drop about 7% by swapping existing lamp systems to LEDs — a savings of 1 trillion Japanese yen.

Outside of cosmology and particle physics, another fundamental field of physics lies in studying the strange and often paradoxical quantum world. Many quantum phenomena were thought to exist only in a theorist’s mind, since direct experimental observation would destroy the individual quantum systems.

However, the work of Nobel Laureate David Wineland proved otherwise. In 2012, Wineland and Serge Haroche shared the Nobel Prize in Physics for their independent discovery of experimental methods that enable the measurement and manipulation of individual particles without destroying their quantum-mechanical nature. His research has enabled the creation of extremely precise atomic clocks, with more than 100-fold greater precision than the cesium-based clocks in standard use.

 

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David Wineland

“Certainly one of the applications of precise clocks over many centuries has been in navigation, and that’s still true today,” said Wineland during his lecture on Tuesday morning. “One system we take for granted is the [Global Positioning System (GPS)].”

Signals from satellites orbiting the Earth transmit their position and current time, which are then picked up by a GPS receiver. Given that the signals travel at the speed of light, the calculated time delays between the clocks of multiple satellites and those on the ground can be used to pinpoint the GPS receiver’s location on the surface of the Earth.

“There can be errors in the clocks, so for example if the clocks are synchronized to the nanosecond, then that gives an uncertainty of about 30 centimeters,” he said.

The standard atomic clocks in satellites today use an electronic transition frequency in the microwave range as a periodic event generator or frequency reference. Earlier examples of periodic event generators include the rotation of the Earth and the swing of a pendulum.

As Group Leader of the Ion Storage Group at the National Institute of Standards and Technology (NIST) in the U.S., Wineland began working on building a better clock in 1979 when he started to do experiments with atomic ions. The group trapped beryllium ions by surrounding them with electric fields and used tuned laser pulses to put the ions in a superposition state, or a simultaneous existence of two different energy states. A single ion trapped in this way could also be used to create an optical clock, based on optical rather than microwave transitions.

An optical clock’s precision can be better than one part in 10^17 — meaning that if you started the clock at the time of the Big Bang 14 billion years ago, it would only be off by about 5 seconds.

At the end of his lecture, Wineland described using his clocks for navigation at a scale of less than one centimeter. Not only would GPS calculations become much more accurate, but such clocks could even measure the dynamics of relative locations on Earth for earthquake prediction.

Oliver Smithies: How potatoes revolutionised electrophoresis

Talking about his long life, Oliver Smithies often starts by conjuring up his happy childhood in pre-war Yorkshire. Banned from sports for health reasons, young Oliver spent much time with his best friend in the friend’s workshop; this friend’s father was a precision time clocks manufacturer and provided an attic workshop for his son. Before the age of 11, Oliver Smithies knew for sure that he wanted to be a scientist – but he didn’t know the word for his vocation. “The best I could come up with was: I want to be an inventor – as a result of reading comic strips about inventors,” he tells the rapt audience in his 2015 lecture at the 65th Lindau Nobel Laureate Meeting.

Oliver Smithies with a sketch of his work that won him the Nobel Prize in 2007. Here Smithies illustrates the method of gene targeting. When he started sketching, he asked the photographer, “is this red?”, for Smithies is colour blind. But he was able to earn a pilot licence and still enjoys flying his glider. Photo: Volker Steger, Sketches of Science

Oliver Smithies with a sketch of his work that won him the Nobel Prize in 2007. Here Smithies illustrates the method of gene targeting. When he started sketching, he asked the photographer: “Is this red?”, for Smithies is colour blind. Photo: Volker Steger, Sketches of Science, Lindau Nobel Laureate Meetings

Oliver Smithies was awarded the 2007 Nobel Prize in Physiology or Medicine, together with Mario Capecchi and Martin Evans, “for their discoveries of principles for introducing specific gene modifications in mice by the use of embryonic stem cells.” But when he tells his life story, he seems to prefer telling earlier stories, for instance about his invention of gel electrophoresis while working in Toronto in the 1950s. Before that, he had done postdoc work at the University of Wisconsin-Madison on a Commonwealth Fund fellowship, but this fellowship precluded his staying in the US afterwards. Normally he would have returned to the UK, but he had just gotten engaged to Lois Kitze, a graduate student in Wisconsin, so he started looking for a postdoc position in Canada.

He found work with David A. Scott in Toronto, a renowned insulin expert. In Toronto the very first diabetes patient had been treated by Frederick Banting with animal insulin in 1922. Only one year later, Banting received the Nobel Prize in Physiology or Medicine. When Smithies arrived in Canada, Scott told him: “You can do anything you like, as long as it has to do with insulin.” So Smithies set out to find an insulin precursor: “Now we know there is a precursor, but I didn’t discover it”, he says with a smile. He proceeded by studying insulin with the help of electrophoresis, but he soon became very frustrated with the method. Back then it was mostly conducted with filter paper that had been soaked in a buffer, then the sample was applied and allowed to migrate, but the results looked like long smears that didn’t help his research.

Then Smithies came across the recent work of Henry Kunkel and Robert Slater. The researchers had started to use a box filled with starch grains surrounded by a buffer, “rather like a sand box”. The results from this box were nice, clear peaks for each protein. But the downside was: you had to cut the probe into 40 slices and conduct a protein determination on every slice for a single electrophoresis run. “I didn’t have a technician, I couldn’t do that,” says Smithies in retrospect. “Then I remembered helping my mother doing the laundry.  She took starch powder and cooked it up with hot water and made a slimy substance that she would apply to the collars of my fathers shirts.” His father had been selling insurances to Yorkshire farmers and needed to look respectable. And at the end of a laundry day, the starch had settled into a jelly.

In Toronto in early 1954, Smithies made a gel from potato starch and stained it with insulin, creating a very nice, distinct band in the gel. (Incidentally, this first batch of gel would be the best for a long time.) In order to obtain his samples, Smithies often used his own blood. But “I was tired of bleeding myself, so I got blood from my friends – that’s what friends are for, isn’t it?” Now he could start to compare blood samples from different individuals. He soon discovered some extra banding patterns that some people had and others hadn’t; later he found, with the help of the Canadian geneticist Norma Ford-Walker, that this was a complicated genetic difference: haptoglobin types. Smithie says himself that he considers himself lucky that “Scotty” allowed him to pursue his research on blood proteins even though it had nothing to do with insulin.

But the quality of the potato starch remained a problem. Smithies tried different potato brands from all over Canada and the US, but none could reproduce the good results from his first batch. Finally he discovered this batch had been imported from Denmark. When Smithies’ work load kept increasing, he agreed to employ a technician, Otto Hiller from Germany. In 1960, Hiller even accompanied him back to Wisconsin, not as a researcher but as a manufacturer of gel electrophoresis equipment, mainly the plastic parts and the power supply, plus Danish potato starch that he sold to labs around the world. Gel electrophoresis is still widely used in medicine, research and even forensics today, for identifying certain proteins, for diagnostics, and for genetic fingerprinting.

When Smithies presents his results from the 1950s today, he shows his old pencil sketches – he didn’t own a camera in 1954 – and handwritten lab books. He explains this and urges his listeners, mostly graduate or PhD students and postdocs, to always make hard copies of important data. “This is a data file that is almost sixty years old – you won’t be able to produce your data file 60 years from now if you don’t make a hard copy!” They shouldn’t rely on their computers, “because you cannot read a floppy disk now, and you won’t be able to read a CD in ten years from now”: very sound advice indeed from a ninety-year-old.

 

Hobby pilot Oliver Smithies in front of his airplane (Screenshot from his Nobel Lab 360°).

Hobby pilot Oliver Smithies in front of his airplane. Despite being colour blind, he was able to get his pilot license and even train student pilots – and he still enjoys flying his glider. (Screenshot from his Nobel Lab 360°)

In 1978, Smithie’s first marriage ended, “and several years later I followed my mother’s example by falling for my post-doctoral student, Nobuyo Maeda”. In the early 1920s, his mother had been teaching English at Halifax Technical College where she met Smithie’s father, one of her students. When the Japanese researcher Maeda found a position at the Department of Pathology at the University of North Carolina, the couple left Wisconsin together and settled in Chapel Hill where they still live – and work. Smithies admits that he feels most at home in the lab: “This is where I’m most comfortable, I’m most relaxed and enjoying myself when doing experiments.” More recently, he’s been working with gold nanoparticles to see if the kidney separates proteins by gel permeation.

Oliver Smithies has attended the Lindau Nobel Laureate Meetings four times, and the audiences of his lectures were always delighted by his humorous, modest and lively presentations. Two of these lectures can be viewed as videos, and two Nature videos with Smithies interviews are available here. There’s also a Nobel Lab 360°: with this collection of videos, interviews and pictures, you can ‘visit’ Smithies in his lab in Chapel Hill – his favourite place in the world!

 

Oliver Smithies: Mit Kartoffelstärke zu genetischen Fingerabdrücken

Wenn Oliver Smithies erzählt, lässt er seine glückliche Kindheit im ländlichen Yorkshire wieder aufleben. Während er als Kind die Wälder der Umgebung durchstreifte, verbrachte er seine Jugend in der Werkstatt seines besten Freundes. Dessen Vater, ein Uhrenfabrikant, hatte seinem Sohn eine eigene Werkstatt eingerichtet. Schon vor seinem elften Geburtstag wusste Smithies, dass er Forscher werden wollte, nur fehlte ihm eine Bezeichnung für seinen Wunsch. Also sagte er, er wolle “Erfinder” werden, denn er hatte kurz zuvor einen Comic über einen solchen gelesen; dies alles erzählt er seinen begeisterten Zuhörern auf der 65. Lindauer Nobelpreisträgertagung 2015.

Oliver Smithies mit einer Zeichnung, auf der er die Arbeiten illustriert, für die er den Medizinnobelpreis 2007 erhielt. Das Thema sind gezielte Genveränderungen bei Mäusen. Beim Zeichnen fragte Smithies den Fotografen als erstes:

Oliver Smithies mit einer Zeichnung, auf der er die Arbeiten illustriert, für die er den Medizinnobelpreis 2007 erhielt. Das Thema sind gezielte Genveränderungen. Beim Zeichnen fragte Smithies den Fotografen als erstes: “Ist dieser Stift rot?”, er ist nämlich farbenblind. Foto: Volker Steger, Sketches of Science, Lindau Nobel Laureate Meetings

Smithies erhielt den Medizinnobelpreis 2007 “für die Entdeckung der Prinzipien, mit denen bestimmte Genveränderungen in Mäusen mit Hilfe embryonaler Stammzellen vorgenommen werden können”, zusammen mit  Mario Capecchi und Martin Evans. Doch wenn er aufgefordert wird, aus seinem Leben zu berichten, spricht er meist über frühere Entdeckungen, beispielsweise über seine Entwicklung der Gelelektrophorese in den 1950er Jahren in Toronto. Zuvor hatte er mit einem Stipendium des Commonwealth Fund an der University of Wisconsin-Madison gearbeitet, aber dieses Stipendium verbot ihm, nach dessen Ende in den USA zu bleiben. Eigentlich hätte er nach Großbritannien zurückkehren sollen. Da er sich aber in Wisconsin mit der angehenden Virologin Lois Kitze verlobt hatte, suchte er sich eine Stelle in der Nähe, eben in Kanada.

Er wurde bei dem Insulinforscher David A. Scott in Toronto fündig. Dort war Insulin erstmals zur Behandlung eines Diabetes-Patienten eingesetzt worden, und zwar 1922 von Frederick Banting, der schon im Jahr darauf den Medizinnobelpreis erhielt. Als Smithies nun an die Connaught Medical Research Laboratories kam, meinte Scott: “Sie können hier forschen, was immer Sie wollen, es muss nur irgendwas mit Insulin zu tun haben.” Also machte sich Smithies auf die Suche nach einer Insulin-Vorstufe. “Heute wissen wir, dass es diese gibt”, erzählt er schmunzelnd, “aber ich habe sie nicht entdeckt.” Er studierte nun Insulin mit Hilfe von Elektrophorese, für die damals meist Filterpapier verwendet wurde, getränkt mit einer Pufferlösung. Das Insulin sah auf diesen Papierstreifen jedoch nur wie ein verschmierter Fleck aus – Smithies frustierte diese ungenaue Methode sehr.

Da lernte er die neuartige Elektrophorese-Methode von Henry Kunkel und Robert Slater kennen, die hierfür eine flache Kiste mit Kartoffelstärke und Puffer gefüllt hatten. Und siehe da: Die Probe produzierte in dieser Anordnung eine klare, eindeutige Kurve. Der Nachteil war jedoch, dass man das Stärkegemisch in vierzig dünne Scheibchen schneiden und für jedes einzelne Scheibchen eine Proteinbestimmung durchführen musste, erst so erhielt man ein klares Ergebnis. “Ich hatte damals aber keinen Assistenten”, erinnert sich Smithies, “ich konnte diese Methode unmöglich anwenden.” Da erinnerte er sich, wie er seiner Mutter dabei zugeschaut hatte, wie sie Wäsche stärkte: “Sie kochte aus Stärke und Wasser eine schleimige Masse und trug diese auf Vaters Hemden auf.” Am Ende eines solchen Waschtags hatte sich die Stärke in einer Art Gelee verwandelt. Sein Vater verkaufte damals Versicherungen an Bauern in Yorkshire und musste immer korrekt gekleidet sein.

Anfang 1954 kochte Oliver Smithies nun aus Kartoffelstärke ebenfalls ein solches Gel und trug Insulin auf seinen neuen Teststreifen auf: Das Ergebnis war ein schönes, eindeutiges Bandenmuster. (Allerdings erreichte die verwendete Stärke lange Zeit nicht mehr dieselbe Qualität wie bei seinem ersten Versuch, dazu später mehr.) Zur Probengewinnung nahm er sich anfangs selbst Blut ab. “Aber ich wurde es leid, mich ständig zur Ader zu lassen. Deshalb fing ich an, meine Freunde anzuzapfen – wofür hat man schließlich Freunde?” Jetzt begann er, die verschiedenen Blutproben miteinander zu vergleichen. Dabei entdeckte er Bandenmuster, die einige Freunde hatten, andere hingegen nicht, und die er sich nicht erklären konnte. Später stellte er zusammen mit der kanadischen Genetikerin Norma Ford-Walker fest, dass es sich hier um verschiedene Haptoglobin-Typen handelte. Smithies war froh, dass “Scotty”, wie er ihn mittlerweile nannte, es ihm erlaubte, diese Themen zu verfolgen, obwohl sie nichts mit Insulin zu tun hatten.

In dieser Phase verfolgten ihn ständig die Qualitätsprobleme der verwendeten Kartoffelstärke. Er experimentierte mit den unterschiedlichsten Kartoffelsorten aus Kanada und den USA, aber keine konnte die guten Resultate seines ersten Versuchs reproduzieren. Schließlich fand er heraus, dass die allererste Stärke aus Dänemark stammte! Durch seine Erfindung stieg Smithies’ Arbeitsbelastung, schließlich stimmte er der Einstellung eines Assistenten zu, obwohl er eigentlich keinen wollte. Der deutsche Einwanderer Otto Hiller erwies sich als Glücksgriff: Er war technisch sehr geschickt, außerdem freundeten sich die beiden Forscher an. Hiller folgte Smithies 1960 zurück nach Wisconsin, arbeitete aber nicht an der Universität, sondern machte sich selbstständig: als Hersteller von Elektrophorese-Zubehör. Hauptsächlich vertrieb er Plastik- und Elektroteile, aber er verkaufte auch dänische Kartoffelstärke an Labore in aller Welt. Die Gelelektrophorese ist nach wie vor ein Standardverfahren der Medizintechnik und wird in der Forschung, für Diagnosezwecke und auch für genetische Fingerabdrücke verwendet.

Wenn Oliver Smithies seine Ergebnisse aus den fünfziger Jahren präsentiert, zeigt er liebevoll erstellte kleine Buntstiftzeichnungen, denn er besaß 1954 keine Kamera, und teilweise verschmierte handschriftliche Laborprotokolle. Er hält in seinem Vortrag kurz inne und rät seinen Zuhörern eindringlich, sie sollten von allen wichtigen Daten stets eine ‘hard copy’ erstellen, also zum Beispiel einen Ausdruck auf Papier. “Diese Daten hier sind fast sechzig Jahre alt – Sie aber werden Ihre Daten in sechzig Jahren nicht präsentieren können, wenn sie keine Version auf Papier haben!” Die anwesenden Studenten und Doktoranden sollten sich auch nicht allzu sehr auf ihre Computer verlassen, denn “schon jetzt kann man eine Diskette kaum noch lesen, und in zehn Jahren wird man eine CD nicht mehr lesen können” – ein sehr weiser Rat eines Neunzigjährigen.

 

Hobbypilot Oliver Smithies vor seinem Flugzeug (Screenshot aus dem Nobel Lab 360°).

Hobbypilot Oliver Smithies vor seinem Flugzeug. Trotz seiner Farbenblindheit machte Smithies mit 50 den Pilotenschein und unterrichtete sogar Flugschüler. Nach eigenen Angaben erhebt er sich immer noch gerne mit seinem Segelflugzeug in die Lüfte. (Screenshot aus dem Nobel Lab 360°)

Im Jahr 1978 wurde Smithies erste Ehe geschieden, “und mehrere Jahre später folgte ich dem Beispiel meiner Mutter und verliebte mich in eine Postdoc-Studentin, Nobuyo Maeda”. In den 1920er Jahren unterrichtete seine Mutter Englisch am Halifax Technical College, als sie Smithies Vater kennenlernte, einen ihrer Studenten. Als die japanische Forscherin Maeda ihre nächste Stelle an der University of North Carolina fand, zog das Paar gemeinsam nach Chapel Hill, wo sie heute noch leben – und beide noch arbeiten. Smithies gibt unumwunden zu, dass ein Labor sein natürliches Zuhause ist: “Hier fühle ich mich am wohlsten, am entspanntesten, hier habe ich Freude an meinen Experimenten.” Kürzlich beschäftigte er sich unter anderem mit Gold-Nanopartikeln, sie sollen helfen, bestimmte Prozesse in den Nieren besser zu verstehen.

Oliver Smithies hat bislang an vier Lindauer Nobelpreisträgertagungen teilgenommen, und seine Vorträge waren stets ein Highlight jeder Tagung. Zwei Vorträge liegen als Videos vor, außerdem gibt es zwei Nature-Videos mit ihm, sowie ein Nobel Lab 360°, mit dessen Interviews, Videos und Fotos man Smithies quasi in seinem Labor in Chapel Hill ‘besuchen’ kann – also an seinem erklärten Lieblingsplatz.

Laufen – eine Liebeserklärung

Als Student oder Wissenschaftler benutzt man im Alltag vor allem Eines: den Kopf. Ob im Labor oder in der Bibliothek, stunden-, tage-, ja wochenlang werden die grauen Zellen malträtiert und der Rest des Körpers bleibt unbewegt. Vielleicht deshalb sehen einige Wissenschaftler und Intellektuelle körperliche Aktivität als zweitrangig (oder -klassig) an.[i] Das habe ich selbst früher auch getan, wurde aber eines Besseren belehrt. Jetzt bin ich der festen Überzeugung: Laufen ist der ideale Sport, gerade für Wissenschaftler! Das versuche ich an drei Punkten zu illustrieren: Laufen hilft beim Denken, stärkt wichtige Charakterzüge und bringt Menschen zusammen.

 

Laufen entspannt den Kopf und verhilft zu neuen Ideen

Alan Turing war ein genialer Mathematiker, Wegbereiter der Informatik, herausragender Kryptoanalytiker im 2. Weltkrieg und ein passionierter Läufer[ii]. Auf die Frage, warum er laufe, antwortete er einmal: “I have such a stressful job that the only way I can get it out of my mind is by running hard”[iii]. Jeder, der sich nach einem langen Tag im Labor zu einer kurzen Runde durchringt, kann das wohl unterschreiben. Beim Laufen ruht der Kopf aus und die Bewegung gibt wieder Kraft. Dabei sind die Gedanken keineswegs ausgeschaltet – dem Magazin The Chronicle of Higher Education erzählten Forscher, dass sie sogar „Heureka“ Momente beim Laufen erleben[iv].

Außerdem ist Laufen immer und überall möglich und damit ideal für den oft unplanbaren Forscheralltag. Wenn die Zellkulturen also mal etwas länger brauchen und das Kino schon zu hat – ein Lauf ist immer noch drin.

 

Laufen lehrt Ausdauer

Langstreckenlauf und Wissenschaft haben etwas gemeinsam. Das meint Wolfgang Ketterle, der 2001 als jüngster Physiker den Nobelpreis erhielt und 2014 den Boston Marathon (2:44h) lief. In einem Interview[v] erklärte er, dass Laufen und Wissenschaft ähnliche Charaktereigenschaften voraussetzen: Ausdauer, Geduld und Ehrgeiz. In der Wissenschaft dauere es oft Jahre, bestimmte Dinge zu untersuchen und es gehe nicht immer schnell voran. So sei es auch mit regelmäßigem Training. Für mich persönlich ist dabei Ausdauer der wichtigste Punkt. Beim berühmten Kilometer 35 des Marathons fühlt sich jeder schlecht und man wünscht sich nichts sehnlicher, als stehen zu bleiben. Hat man es dann aber geschafft, ist die Freude riesig und man versteht, dass die schweren Zeiten dazu gehören. So lehrt der Marathon eine wichtige Lektion für den wissenschaftlichen Alltag[vi].

 

Beim Laufen lernt man Menschen kennen

Schließlich: Laufen ist sozial. Das mag überraschend klingen, denkt man doch es sei ein Einzelsport. Weit gefehlt! Am besten ist es bei Wald-und-Wiesen-Läufen zu beobachten: Das nonverbale Verständnis unter Läufern. Man benötigt keinen Small Talk zum Gesprächsbeginn, denn das Laufen liefert ein gemeinsames Ziel. So kommen auch Menschen zusammen, die sich sonst nie getroffen hätten. Man lernt sich dann oft auf ganz andere Weise kennen und der wissenschaftliche Austausch kann beginnen. Insbesondere bei so intensiven Tagungen wie dem Nobel Laurate Meeting ist ein gemeinsamer Lauf ein Segen.

 

Last but not least

Soweit meine persönliche Liebeserklärung an die wohl schönste Sportart der Welt[vii]. Die wichtigste Sache fehlt aber noch: Laufen macht einfach Spaß! Und so freue ich mich schon, in Lindau meine Laufschuhe auszupacken und spannende Leute, neben all den großartigen Vorträgen und Diskussionen, auch bei Runden am Bodensee näher kennen zu lernen.

 


Slider photo: Elvert Barnes (CC BY-SA 2.0)

[i] Beispiel: “ I hate all sports as rabidly as a person who likes sports hates common sense”. H. L. Mencken, Heathen Days.

[ii] Seine Marathonbestzeit lag mit 2:46h nur 10 min über der olympischen Bestzeit 1948: http://www-history.mcs.st-and.ac.uk/Extras/Turing_running.html

[iii] http://www.turing.org.uk/scrapbook/run.html

[iv] http://chronicle.com/article/Eureka-Running-Jogs-the/124164/

[v] http://www.runnersworld.com/celebrity-runners/im-a-runner-wolfgang-ketterle-phd

[vi] …,fürs Leben und für die Ehe (Anmerkung meiner Frau).

[vii] Cave: Bisher konnte diese Tatsache leider noch nicht durch randomisierte Doppelblindstudien belegt werden.