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25. November 2020
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MINT im Internat – die Nobelpreise 2020

26. November 2020

Physik
Begonnen wurde die Nobelpreis-Abendsprache mit dem Nobelpreis für Physik, den Herr Dr. Hubenthal vorstellte. Geehrt wurden eine Wissenschaftlerin (Andrea Ghez, USA) und zwei Wissenschaftler (Reinhard Genzel, Deutschland und Roger Penrose, Großbritannien) für ihre Arbeiten zu Schwarzen Löchern. Der Preis würdigt diesmal sowohl die theoretischen Grundlagen zur Entstehung Schwarzer Löcher sowie deren experimentellen Nachweis – wobei in der Begründung zum Nachweis zunächst nur von einem „supermassenreichen kompakten Objekt“ die Rede ist, was aber auf ein Schwarzes Loch schließen lässt.
Schon Einsteins allgemeine Relativitätstheorie sagt die Existenz von Schwarzen Löchern voraus. Lange Zeit blieb jedoch unklar, wie die Entstehung dieser spannenden Gebilde theoretisch erklärt werden kann. Roger Penrose´ brillante Leistung war es, komplexe mathematische Methoden, wie die Topologie, zur Entstehung von Schwarzen Löchern zu verwenden. Dadurch gelang ihm ein schlüssiges Modell, welches nicht nur deren Entstehung erklärt, sondern auch Vorhersagen über deren Inneres erlaubt. So zeigt sein Modell, dass die Raumzeit im Inneren eines Schwarzen Lochs in sich selbst gekrümmt ist. Dies hat zum Beispiel zur Folge, dass die Zeit in einem Schwarzen Loch nicht vergeht und selbst Licht nicht aus ihm herausdringen kann.

Andrea Ghez und Reinhard Genzel wurden für ihre experimentellen Entwicklungen zur Beobachtung von Sternenbahnen im Zentrum unserer Milchstraße und für die Rückschlüsse aus diesen Beobachtungen geehrt. Ihnen gelang es, ca. 30 Sternenbahnen im Zentrum unserer Milchstraße für rund 30 Jahre zu beobachten. Aus den Bahnen konnten sie mit Hilfe der Kepplerschen Gesetze auf zweierlei schließen: 1) im Zentrum unserer Milchstraße muss sich ein supermassenreiches kompaktes Objekt und 2) ein Sternenhaufen kann diese Bahnen nicht erklären. Die Schwierigkeiten, die Ghez und Genzel für diese Beobachtungen überwinden mussten, waren enorm. So musste das Licht einzelner Sterne analysiert werden, die 26000 Lichtjahre entfernt sind. Zur Beobachtung dieses extrem schwachen Lichts wurden riesige Teleskopanlagen in Chile und Hawaii verwendet. Da die Beobachtung aufgrund der langen Beobachtungszeiten von der Erde aus stattfinden musste, war es nötig, die thermischen Störungen durch die Atmosphäre geschickt auszugleichen. Dazu wurde in 90 km Höhe ein Laserfleck erzeugt, der dann in Echtzeit analysiert wurde, um die Spiegel der Teleskope unmittelbar nachzujustieren, sodass die thermischen Verzerrungen ausgeglichen wurden und sich immer ein unverzerrtes Bild des zu beobachtenden Sterns ergibt – eine technische Meisterleistung, deren Entwicklung allein eventuell schon ein Nobelpreis wert gewesen wäre. So haben die drei Forscher*Innen bahnbrechende Entwicklungen gemacht, die viel zum grundlegenden Verständnis von Schwarzen Löchern beigetragen haben, wofür sie dann gemeinsam mit dem Physik-Nobelpreis ausgezeichnet wurden.

Medizin/Physiologie
Die Arbeiten, die mit dem Nobelpreis für Medizin oder Physiologie geehrt wurden, stellte Herr Dr. de Kathen vor. In der Einleitung verwies er darauf, dass virale Krankheitserreger die Weltgeschichte beeinflusst haben – von den durch die europäischen Eroberer nach Amerika eingeschleppten Pocken und Masern, die Millionen Einwohner dahinrafften, über die eigentlich „amerikanische Grippe“ von 1918/19, die besonders Kinder betraf, bis zur jetzigen Pandemie durch SARS CoV2. Der mediale Hype mag aber den Blick dafür verstellen, dass es noch andere virale Infektionskrankheiten gibt, die Jahr für Jahr Hunderttausende das Leben kostet – wie zum Beispiel die virale Hepatitis. Für die Entdeckung des Hepatitis B-Virus gab es bereits vor fast 50 Jahren einen Nobelpreis. In diesem Jahr ging der Nobelpreis an drei Wissenschaftler für die Entdeckung von Hepatitis C. Dabei entdeckte Harvey Alter Anfang der 1970er Jahre, dass es neben Hepatitis A und B offenbar noch ein weiteres infektiöses Agenz geben müsse, welches über Bluttransfusionen übertragen wird und eine Leberentzündung auslöst. Michael Hughton konnte dann 17 Jahre später das Hepatitis-C-Virus charakterisieren und Charles Rice wies nach, dass es sich bei Hepatitis C tatsächlich um das von Harvey vermutete infektiöse Agenz handelte. Einen Impfstoff gibt es bis heute nicht. In seinem Schlusswort verwies Herr de Kathen dann auf die Corona-Pandemie – hier verging von der Beschreibung der Krankheit bis zur Charakterisierung des Erregers gerade mal ein Monat und kaum ein Jahr später gibt es offenbar wirksame Impfstoffkandidaten. Eher ein Ergebnis des Nachdenkens, statt des Querdenkens.

Chemie
Zum Abschluss stellte Frau Dr. Wegelin noch die Preisträgerinnen des Chemie-Nobelpreises vor. Erstmals in der Geschichte des Nobelpreises ging dieser an zwei Frauen: Jennifer Doudna aus den USA und Emanuelle Charpentier, die zur Zeit in Berlin forscht. Schon seit einigen Jahren wurden beide als Kandidatinnen für den Nobelpreis gehandelt – warum? Die beiden Forscherinnen wurden für die Entdeckung eines Immunsystems bei Bakterien geehrt, mit denen sich diese gegen wiederholte Attacken durch Viren wehren. Diese Technologie mit dem knusprigen Namen CRISPR hat mittlerweile auch das Interesse einer breiteren Öffentlichkeit gefunden. Die Bakterien bauen dabei Teile der Virus-Bauanleitung in ihr eigenes Erbmaterial ein und nutzen diese Virus-Kennung bei einer weiteren Attacke, um die bei erneuter Infektion eingeführte (aber nun bekannte) Virus-Bauanleitung zu shreddern. Ist die Entdeckung einer solchen Abwehrstrategie nicht schon interessant genug, stellt dieses System ein mächtiges, gentechnisches Werkzeug dar, mit dem eben nicht nur bei Bakterien, sondern auch bei Pflanzen und Tieren ein „genome-editing“ möglich ist, also die gezielte und präzise Änderung der genetischen Information. Damit, so Frau Dr. Wegelin, lassen sich nicht nur trocken- oder schädlingsresistente Pflanzen herstellen. Auch die gezielte Behandlung erblicher Erkrankungen wie der Mukoviszidose, Sichelzellanämie oder der ß-Thalassämie wird in Pilotstudien bereits durchgeführt – von der Bedeutung für die
Grundlagenforschung ganz zu schweigen.

Text: Dres. Frank Hubenthal und André de Kathen

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Datum:
26. November 2020
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