Chemie-Nobelpreis für die Entwicklung der Kryo-Elektronenmikroskopie
Lange Zeit waren Biomoleküle wie Proteine, die DNA oder RNA die großen Unbekannten der Chemie. Zwar konnten Wissenschaftler mithilfe der Röntgenkristallografie auf die Struktur dieser Moleküle schließen, doch diese Aufnahmen zeigen die Biomoleküle nur in erstarrter Form. Auch die Elektronenmikroskopie eignete sich nur bedingt zur Abbildung solcher Biomoleküle. Denn damit die Strahlen reflektiert werden und so dessen Struktur und Form verraten, muss die Probe aufwändig präpariert, getrocknet und beispielsweise mit Schwermetall-Salzen bedampft werden. Diese Behandlung jedoch verändert viele Biomoleküle und kann sie sogar zerstören.
Dass es heute trotzdem möglich ist, Biomoleküle in Aktion zu sehen, das verdanken wir den diesjährigen Nobelpreisträgern für Chemie: Jacques Dubochet, Richard Henderson und Joachim Frank. Sie erforschten, wie Biomoleküle unter dem Elektronenmikroskop hochaufgelöst sichtbar gemacht werden können, ohne sie zu beschädigen.
Ihre Arbeiten begründeten schließlich die Entwicklung der sogenannten Kryo-Elektronenmikroskopie - einer Methode, bei der Moleküle in einer Lösung durch extrem schnelles Abkühlen in einer dünnen Eisschicht eingeschlossen werden. Das Verfahren ermöglicht es, Biomoleküle in Aktion zu beobachten und zu fotografieren. Ihm verdanken wir so spektakuläre Aufnahmen wie die von Bakterien beim Angriff auf Zellen, von Fotosynthese-Molekülen beim Lichtfang oder der Struktur des Zika-Virus.
Physik-Nobelpreis für den Nachweis von Gravitationswellen
Bereits Albert Einstein postulierte in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie, dass massereiche kosmische Objekte die Raumzeit in Schwingung versetzen können. Kollidieren beispielsweise zwei Neutronensterne oder Schwarze Löcher, wird dabei Energie in Form von Schwerkraftwellen frei – so die Theorie. Aber selbst Einstein zweifelte daran, dass sich diese Erschütterungen der Raumzeit jemals würden nachweisen lassen.
Doch gut 100 Jahre später ist genau dies gelungen - mithilfe der beiden LIGO-Detektoren in den USA. Sie fingen Erschütterungen der Raumzeit auf, die durch die Verschmelzung zweier Schwarzer Löcher verursacht worden waren. Für die drei Gründerväter und Geburtshelfer der LIGO-Detektoren gibt es nun den Physik-Nobelpreis. Rainer Weiss, Kip Thorne und Barry Barish schufen die Voraussetzungen, um die schon vor gut 100 Jahren von Albert Einstein vorausgesagten Erschütterungen der Raumzeit endlich nachzuweisen.
Mit der Fähigkeit, Gravitationswellen zu detektieren, beginnt für die Astronomie eine ganz neue Ära. Denn über die Gravitationswellen lassen sich nun auch die Ereignisse und Vorgänge belauschen und beobachteten, die keine elektromagnetische Strahlung aussenden und daher für uns unsichtbar sind. "Dies ist etwas völlig Neues und Anderes, es eröffnet uns ungesehene Welten", heißt es in der Nobelpreis-Begründung. "Eine Fülle an Entdeckungen erwartet diejenigen, denen es gelingt, diese Wellen einzufangen und ihre Botschaften zu entziffern."
Medizin-Nobelpreis für die Entschlüsselung der inneren Uhr
Unser Stoffwechsel, unsere Hormone aber auch andere Körpervorgänge folgen einem regelmäßigen Tag-Nacht-Zyklus. In diesem Takt unserer inneren Uhr steigt und fällt unsere Körpertemperatur, werden unterschiedliche Botenstoffe ausgeschüttet und zum Beispiel unser Blutdruck verändert. Und in diesem Takt werden wir müde und wach.
Der interne Taktgeber sorgt dafür, dass die vielen Abläufe im Körper mit sich und der Umwelt synchron laufen - das ist beim Menschen, aber auch bei allen anderen mehrzelligen Wesen so. Dabei wird der biologische Zeitmesser von Genen gesteuert und durch äußere Faktoren wie das Sonnenlicht beeinflusst. Dass wir heute wissen, wie das genau funktioniert, dazu haben die diesjährigen Nobelpreisträger Jeffrey Hall, Michael Rosbash and Michael Young bedeutend beigetragen.
Konkret haben die Preisträger im Verlauf ihrer langjährigen Arbeit ein Gen isoliert, das maßgeblich den biologischen Rhythmus von Lebewesen kontrolliert: das sogenannte Periodengen. Sie konnten zeigen, dass dieses Gen ein Eiweiß bildet, das sich in Zellen während der Nacht ansammelt und dann während des Tages abgebaut wird. Anschließend identifizierten sie zusätzliche Proteinkomponenten dieses Systems und klärten so den Mechanismus auf, der das Uhrwerk in den Zellen steuert.
Die Bedeutung der inneren Uhr offenbart sich meist erst, wenn sie aus dem Takt gerät - nicht nur durch den unangenehmen Jetlag nach einem langen Flug. Ein Leben entgegen unseres biologischen Zeitmessers kann auf Dauer richtig krankmachen. Passt unser Alltag nicht zum inneren Rhythmus, fördert das beispielsweise Übergewicht und Diabetes und beschleunigt sogar den geistigen Abbau.
