Ein Hauch von Oscar-Night – Nobelpreise für Physik, Chemie and Medizin 2016

Anfang Oktober war es mal wieder so weit. Die Physiker-, Chemiker- und Mediziner-Zunft hielt inne, voll Spannung nach Stockholm blickend, wer wohl dieses Jahr mit dem höchsten Wissenschaftspreis ausgezeichnet wird und sich so in eine Reihe mit den Grossen der Wissenschaftsgeschichte stellen darf. Gleiches galt für Politiker und Schriftsteller beim Friedens- und Literaturpreis, sowie zuletzt für die Ökonomen, auch wenn für letztere von Nobel (der die Ökonomie als inexakte und weiche Geisteswissenschaften ansah und sie „von Herzen hasste“) selbst gar kein Preis ausgeschrieben wurde. Der eine oder die andere Wissenschaftlerin verbringt vielleicht jedes Jahr eine schlaflose Nacht in Erwartung des ersehnten Anrufes aus Stockholm, welcher nicht weniger als die Krönung einer in den meisten Fällen bereits aussergewöhnlichen wissenschaftlichen Laufbahn darstellt. Ein Hauch von Oscar lag also in der Luft. Und wie bei den Filmstars und –Starlets folgten der Bekanntgabe die Diskussionen, wer den Preis verdient hat oder wer ihn alternativ verdient hätte.

Das Komitee hat wieder einmal überraschen können. Anstatt einigen Erwartungen in der Physik- und Medizin-Community gerecht zu werden und den Preis für kürzlich erbrachte spektakuläre wissenschaftliche Ausnahmeleistungen auszusprechen – in der Physik die Entdeckungen der Gravitationswellen, in der Biologie/Medizin die Entwicklung der CRISPR-Methode – entschied sich das Nobelkomitee für Leistungen, die schon einige Jahre zurückliegen – was allerdings wenig an ihrer Spektakularität ändert.

So gab es in der Physik dieses Jahr eine wahre Seltenheit: Der Preis ging an Wissenschaftler für Entdeckungen auf dem Gebiet der mathematischen Physik, einem Feld, welches ansonsten kaum wissenschaftlichen Leistungen hervorbringt, wie sie Herrn Nobel vorschwebten, nämlich Leitungen zu prämieren, die direkte Anwendungen zum Wohle der Menschheit besitzen. Doch die abstrakten Arbeiten der Physiker Kosterlitz, Thouless und Haldane aus den 1970er und 1980er Jahren auf dem mathematischen Gebiet der Topologie haben einen erstaunlichen direkten Anwendungsbezug. Denn sie beschreiben, was auf Oberflächen von Festkörpern passiert, wenn diese mit ihrer unmittelbaren Umgebung wechselwirken. Da die Bauteile in zahlreichen Bereichen der heutigen Industrie immer kleiner werden, werden ihre Eigenschaften immer entscheidender dadurch geprägt, was auf ihren Oberflächen passiert. Und was da auf den zweidimensionalen Strukturen stattfindet, ist oft ganz anders als die uns bekannte Physik in drei Dimensionen, insbesondere bei dem, was Physiker als „Phasenübergänge“ bezeichnen (das bekannteste Beispiel für einen solchen ist das Gefrieren von Wasser). Mit hochgradig abstrakten mathematischen Modellen konnten die Preisträger einige exotische Materiezustände und seltsame Quantenphänomene auf Oberflächen erklären, die spezielle Auswirkungen auf das Phänomen der Supraleitung haben, oder auch auf den (einige Jahre später gemessen, Nobelpreis 1985) Quanten-Hall-Effekt hinweisen. Haldane gab dazu dem Verhalten so genannter eindimensionaler Spin-Ketten einen mathematischen Rahmen, der wichtige Eigenschaften des magnetischen Verhaltens von Festkörpern umfasst. Die Arbeiten der Nobelpreisträger 2016 lassen heute an die Entwicklung ganz neuer Materialklassen denken, insbesondere verschiedene nanoelektronische Bauteile. Und dies ist ganz im Sinne Nobels sicher zum Nutzen der Menschheit.

Auch der Chemie-Nobelpreis 2016 hat es in sich. Jean-Pierre Sauvage, J. Fraser Stoddart und Bernard Feringa wurden für ihre Pionierarbeiten aus den 1990er Jahren auf dem Gebiet der molekularen Maschinen geehrt. Gemäss Fachleuten könnten diese super-winzigen Maschinen eine technische Zeitenwende einleiten, vergleichbar mit den Entwicklungen der Dampfmaschine im 18. oder des Computers im 20. Jahrhundert. Den Forschern gelang es konkret, nanometergroße chemische Strukturen herzustellen, die sich nach Kommando in bestimmte Richtungen bewegen, ganz wie ein mikro-mikroskopisch kleines Automobil. Die Anwendungen solcher winziger Maschinen sind unbeschreiblich vielfältig, von krebsbekämpfenden Nanorobotern in unserem Körper bis zu Materialien, die komplett aus winzigen Maschinen aufgebaut sind und sich zuletzt selbst sogar replizieren könnten. Letzteres beschreibt eine Vision, wie sie der Physiker Richard Feynmans bereits im Jahr 1959 in seinem berühmten Vortrag „There is plenty of room at the bottom“ formuliert hat. Unterdessen gibt es molekulare Fliessbänder und Pumpen, schaltbare Katalysatoren und insgesamt über 50 verschiedene Arten von Nano-Motoren. Ein Ende dieser Entwicklung ist nicht abzusehen. Es wurde Zeit, dass die Pioniere dieser Entwicklung mit einem Nobelpreis beehrt wurden.

Die grösste Überraschung (ausser vielleicht der Verleihung des Literatur-Nobelpreises an Bob Dylan) gab es allerdings auf dem Feld der Medizin bzw. Physiologie. Vielseits war erwartet worden, dass die beiden Entdeckerin des revolutionären gentechnischen Verfahrens CRISPR, Jennifer Doudna und Emmanuelle Charpentier, geehrt werden. Das Nobelkomitee entschied sich jedoch für den Japaner Yoshinori Ohsumi und seine Erkenntnisse über bestimmte Vorgänge bei der Zellreparatur. Ende der 1980er Jahren war es Ohsumi gelungen, einen wesentlichen Prozess im Zellinneren zu beschreiben, der es der Zelle ermöglicht, Bakterien, Schadstoffe und generell nicht mehr benötigte Zellbestandteile zu entsorgen. Eine zentrale Rolle spielt dabei ein zellulärer Komplex namens „Autophagosom“ (vom griechischen „Autophagie“, „sich selbst verspeisen), der die zu entsorgenden Bestandteile aussucht und zu den zellulären „Entsorgungsstellen“ (namens „Lysosom“) bringt. Man könnte die Autophagosome auch als mobile zelluläre Müllcontainer bezeichnen. Es gelang Ohsumi, die Komponenten des dahinter liegenden Prozesses auszumachen und ihre jeweiligen Funktionen im Detail zu beschreiben. Dabei zeigte sich, dass diese universell, d.h. bei allen Lebewesen gleich sind. Schwächen und Fehler in diesem Prozess – etwa im Alter – fördern die Entstehung zahlreicher Krankheiten wie Diabetes, Parkinson oder Krebs. So hat die Einsicht in die Autophagie für die Medizin eine grosse Bedeutung, was das Nobelkomitee nun einen weiteren Preis für den fundamentalen biologischen Prozess der zellulären Abfallbeseitigung aussprechen liess (bereits 1974 wurde Christian de Duve für die Entdeckung der Lysosome geehrt).

Das alljährliche Hollywoodspektakel im März ist auch für diejenigen von Interesse, die sich nicht allwöchentlich über die filmischen Neuerscheinungen informieren, z.B. wenn sie sich überlegen, welchen Film sie sich an einem Sonntagabend im Kino anschauen wollen. Vergleichbar erinnert uns die Verleihung der Nobelpreise daran, welche aufregenden Prozesse in der wissenschaftlichen Forschung stattfinden und mit welcher Geschwindigkeit der wissenschaftliche und technologische Fortschritt voranschreitet. Zwischen unserer modernen Lebenspraxis und den oft atemberaubenden naturwissenschaftlich-technologischen Entdeckungen, die sich direkt von unseren Augen abspielen, bestehen weit aufregendere Verbindungen als es uns die alltäglich auf uns einhämmernden Nachrichten mit ihren wirtschaftlichen Krisen, politischen Treffen oder bewegenden Sportereignissen suggerieren. In diesem Prozess der Wissensmehrung und technologischen Entwicklung lässt sich auch kein Ende erkennen. Im Gegenteil, er beschleunigt sich immer mehr. Dabei zeichnet sich die Entwicklung in den Naturwissenschaften oft durch eine Dramatik aus, die so manchen Thriller in den Schatten stellt.