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"Der Ursprung der Homochiralität liegt möglicherweise im All"

Uwe Meierhenrich von der Universität Nizza Sophia-Antipolis erhielt im März den Horst-Pracejus-Preis der GDCh für seine Arbeiten zur Chiralitätsforschung. Die Nachrichten aus der Chemie fragten ihn, warum er das Jahr 2014 herbeisehnt und was ein deutscher Wissenschaftler in Frankreich beachten muss.

"Der Ursprung der Homochiralität liegt möglicherweise im All"
Nachrichten aus der Chemie: Herr Meierhenrich, was reizt Sie an der Chiralität?

Uwe Meierhenrich: Interessanterweise geben Biologie, Physik und Chemie unterschiedliche Antworten in der Chiralitätsforschung. Nehmen wir nur einmal die Frage nach dem Ursprung der Homochiralität in der Biosphäre. Der Biologe sagt: "Das ist eine Eigenschaft von Organismen. Sie ist im Lauf der Evolution in mehreren Millionen Jahren entstanden." Der Physiker antwortet vielleicht: "Eine physikalische Kraft, die schwache Wechselwirkung, ist der Ursprung der Homochiralität." Chemiker geben nochmal ganz andere Antworten. Zum Beispiel die Antwort, die ich Ihnen geben würde: "Chirale Photonen im interstellaren Raum haben einen kleinen Enantiomerenüberschuss in racemisch vorliegender Materie induziert."

Nachrichten: Der interstellare Raum spielt für Ihre Forschung eine große Rolle. Vor ein paar Jahren haben Sie nachgewiesen, dass die Bausteine des Lebens, die Aminosäuren, im All vorkommen.

Meierhenrich: Nicht nur vorkommen. Diese molekularen Bausteine des Lebens sind im All entstanden. Wir finden sie dort und können sie spektroskopisch untersuchen. Ob auch das Leben dort entstanden ist, ist eine andere Frage. Aber möglicherweise liegt im All der Ursprung der Homochiralität. Nachrichten: Das Jahr 2014 wird ein besonderes für Ihre Forschung werden. Die Rosetta-Raumsonde wird auf dem Kometen mit dem unaussprechlichen russischen Namen ... Meierhenrich: 67P/Tschurjumow-Gerasimenko.

Nachrichten: ... landen und nach chiralen Aminosäuren suchen. Was machen Sie eigentlich die nächsten Jahre bis es soweit ist?

Meierhenrich: Wir simulieren in Laborexperimenten, wonach wir nach der Landung auf dem Kometen suchen müssen. Es ist wichtig zu wissen: Welche Moleküle erwarten uns da? Wenn wir das wissen, dann sind diese natürlich leichter zu identifizieren. Dazu stellen wir künstliche Kometen im Labor her. Diese untersuchen wir dann mit enan - tioselektiver Gaschromatographie, oder wir unterziehen diese künstlichen Kometen zirkular polarisiertem Licht im Synchrotron und analysieren dann die Abbauprodukte. Wir haben mittlerweile schon eine ganze Reihe von Molekülen entdeckt, darunter auch Aminosäuren, die in diesem simulierten interstellaren Eis vorkommen und somit auch in Kometen vermutet werden.

Nachrichten: Das GC-MS an Bord von Rosetta befindet sich wohl momentan im Ruhezustand und wird dann nach der Landung geweckt?

Meierhenrich: Ja, allerdings laufen regelmäßig Fernprüfungen, die uns sagen, ob noch alles funktioniert. Das regelt das MPI für Sonnensystemforschung in Lindau für uns. Die Informatiker dort ändern regelmäßig die Gerätesoftware. Manchmal habe ich den Eindruck, dass jedes halbe Jahr eine neue Software hochgeschickt wird, mittlerweile sind wir, glaube ich, bei Version elf. Manchmal läuft die neue Softwareversion nicht mehr so wie die vorherige und versetzt uns in große Aufregung. Und schon müssen die Informatiker es wieder ändern. Im Juli 2010 flog die Rosetta-Sonde in 3000 km Entfernung an dem Asteroiden Lutetia vorbei. Dazu wurde das GC-MS extra aus dem Hibernation- Modus aufgeweckt. Neben flüchtigen Verbindungen, die aus dem Rauschen des Gerätes stammten, konnte wie erwartet in derart großer Entfernung keine Materie des Asteroiden nachgewiesen werden. Wichtig jedoch: Das GC-MS funktionierte einwandfrei.

Vom Nutzen der Weltraumforschung

Nachrichten: Die Rosetta-Mission ist im Jahr 2004 gestartet, die Vorarbeiten liefen aber schon seit den 1990er Jahren. Wie sind Sie zu der Mission gestoßen?

Meierhenrich: Es war eigentlich ganz einfach. Man muss als Wissenschaftler eine Schlüsselkompetenz haben, und das ist bei unserer Arbeitsgruppe die enantioselektive Gaschromatographie, die wir mittlerweile auch mehrdimensional betreiben können. Wir trennen Enantiomere, die konkurrierende Labore nicht auflösen können. Deshalb kamen dann die Max-Plancker vom MPI für Sonnensystemforschung - damals hießen sie noch Max-Planck-Institut für Aeronomie - auf uns zu und fragten, ob wir nicht unser Wissen für die Rosetta-Mission einsetzen könnten.

Nachrichten: War es dann einfach, ein weltraumtaugliches Gerät zu bauen?

Meierhenrich: Es war ein Kampf mit der Zeit, das Gerät fertig zustellen, und ein Riesenstress für alle Beteiligten: Techniker, Astrophysiker, Informatiker - wir haben in der heißen Phase buchstäblich sieben Tage die Woche 24 Stunden am Tag gearbeitet.

Nachrichten: Welche Rolle spielen Ihre Experimente für das Rosetta-Gesamtkonzept?

Meierhenrich: Eine wichtige, denn wir erweitern das Spektrum der Kometenforschung in Richtung Biochemie und Biologie. Wir wollen ja nicht nur organische Moleküle im Kometeneis detektieren, sondern Enantiomere trennen, einzeln identifizieren, quantifizieren, und den Enantiomerenüberschuss berechnen. Und eines ist klar: Wenn wir chirale organische Moleküle finden, ist es durchaus möglich, dass diese im Weltraum entstanden und dann auf die Erde durch Kometen, Mikro- Meteoriten oder Meteoriten niederrieselten. Und diese chiralen Grundbausteine könnten dann für die Entstehung des Lebens auf der Erde in einer chemischen Evolution gesorgt haben.

Nachrichten: Ist das nicht eine sehr exotische Vorstellung?

Meierhenrich: Ich denke, dass unser Ansatz auch die Offiziellen der europäischen Weltraumbehörde ESA überzeugt hat: Eine neue ESA-Mission, ExoMars, hat den Planeten Mars zum Ziel. Der Start ist für das Jahr 2018 vorgesehen, und die ESA hat schon bei uns angefragt, ob wir da nicht ein zweites Modell unseres Rosetta-Instruments bauen können, das dort mitfliegen kann.

Nachrichten: Kann man Knowhow, das man für den Betrieb im Weltall gesammelt hat, eigentlich auch für den normalen Laborbetrieb auf der Erde nutzen?

Meierhenrich: Ja. Ich gebe Ihnen ein Beispiel aus der Gaschromatographie: 98 % aller stationärer Phasen, die wir hier auf der Erde einsetzen sind flüssig, d. h. die Analyten aus der Gasphase treten in einen Verteilungsprozess zwischen Gasund flüssiger Phase. Wenn wir nun Gaschromatographie für den Weltraum entwickeln, müssen wir wissen, bei welcher Temperatur die stationäre Phase kristallisiert. Unterhalb dieser Temperatur kann man Gaschromatographie nicht mehr wie gewünscht betreiben. Wir haben also die Schmelzpunkte bestimmt und festgestellt, dass die bei - 60 Grad Celsius liegen. Gaschromatographie bei sehr tiefer Temperatur funktioniert also. Wir haben infolgedessen einen Gaschromatographen entwickelt, der über ein Einlassventil flüssigen Stickstoff in den Chromatographen ofen transportiert. So kann ich Gaschromatographie isotherm bei etwa -50 Grad Celsius betreiben.

Nachrichten: Und was ist der Nutzen davon?

Meierhenrich: Tiefe Temperaturen haben in der enthalpiekontrollierten Gaschromatographie einen großen Vorteil: Die Thermodynamik sagt, dass die Auftrennung etwa von Enantiomeren bei diesen Temperaturen deutlich besser ist als bei Raumtemperatur. Viele leichtflüchtige enantiomere Verbindungen, etwa 3-Methylhexan, lassen sich dann einzigartig gut trennen. Und alles durch diesen kleinen Spin-off-Effekt aus der Weltraumforschung.

Nachrichten: Mit Understatement haben Sie bei der Preisverleihung des Horst-Pracejus-Preises gesagt: "Meine Forschung ist nicht nützlich, aber schön." Allerdings stehen doch Parfümhersteller bei Ihnen Schlange, um sich die Enantiomere trennen zu lassen ...

Meierhenrich: O.k., ich gebe zu: Meine Forschung ist auch nützlich. Wenn wir jetzt z. B. versuchen, Gaschromatographie bis zu -60 Grad Celsious zu betreiben, kann das sicher Anwendungen bieten. Und tatsächlich liegt in der Nähe meiner Universität Nizza die Stadt Grasse, die weltweite Hauptstadt der Aroma- und Parfümstoffe. Viele der Unternehmen dort kennen unser Labor gut und haben Verträge mit uns, die meine Doktoranden und auch die aufwendige instrumentelle Analytik finanzieren.

Forschung in Frankreich

Nachrichten: Frankreich ist immer noch ein selten gewählter Forschungsstandort für deutsche Wissenschaftler? Liegt das an der Sprachbarriere? Die Franzosen sind ja berüchtigt dafür, keine andere Sprache als Französisch gelten zu lassen.

Meierhenrich: Das stimmt. Ich frage meine Studenten gerne am Anfang des Semesters, ob sie eine Vorlesung lieber auf Englisch oder auf Französisch hören wollen. Und tatsächlich: Alle 120 Studenten plädieren für Französisch. Für mich ist das nicht schlecht, denn so bin ich gezwungen, mein Französisch stets zu verbessern. Das macht mir Freude, denn ich bin ein großer Freund der französischen Kultur und der französischen Sprache.

Nachrichten: Was sollte man als deutscher Wissenschaftler beachten, wenn man eine Stelle in Frankreich sucht?

Meierhenrich: Im universitären System gibt es einen großen Unterschied zwischen Frankreich und Deutschland, dessen man sich als deutscher Wissenschaftler gewahr sein muss. In Frankreich gehen die besten jungen Leute nach dem Abitur nicht an die Universitäten, sondern an die Grandes Écoles, das sind hochschulartige Ausbildungseinrichtungen ohne expliziten Forschungsauftrag, für die es in Deutschland kein Pendant gibt. Frankreich hat mittlerweile erkannt, dass hier in der Nachwuchsgewinnung für die Universitäten etwas schief läuft. Deshalb sind verschiedene Initiativen gestartet worden, die jungen Leute zu überzeugen, an die Universitäten zu gehen und nicht an die Grandes Écoles.

Nachrichten: Ist das der größte strukturelle Unterschied?

Meierhenrich: Es gibt noch einen zweiten: Die Individualität der Forschung. In Deutschland hat ein Professor mit seiner Arbeitsgruppe große Freiheit. Er entscheidet, welche wissenschaftlichen Fragen er verfolgt und welche Geräte er dazu anschafft. In Frankreich wird viel über das Laboratoire definiert. Das Laboratoire ist ein Zusammenschluss aus fünf bis zehn Arbeitsgruppen, und dieser Zusammenschluss entscheidet kollektiv, wohin die Reise in der Forschung geht. Jedes Laboratoire wird übrigens alle vier Jahre nach harten Kriterien evaluiert - wohlgemerkt, das Kollektiv und nicht das Individuum. Wenn mein Laboratoire die Note D für défavorable erhält, wird das gesamte Laboratoire geschlossen - da kann ich selbst noch so gut sein.

Nachrichten: Und was schätzen Sie am französischen Hochschulsystem?

Meierhenrich: Innerhalb der französischen Professorenschaft gibt es deutlich mehr Frauen als in Deutschland. An manchen Universitäten liegt das Verhältnis selbst in der Chemie fast bei 50:50. Das finde ich wichtig und für den weiblichen Nachwuchs in der Chemie motivierend. Außerdem hat Frankreich für Professoren ein Auszeichnungssystem. Etwa 20 Prozent der besten Professoren erhalten einen Prix, wie es im Französischen genannt wird. Das bedeutet einen finanziellen Bonus von 25 000 Euro mehr Gehalt, verteilt auf vier Jahre. Zwar ist auch das zusätzliche Geld angenehm, noch besser ist aber die Wertschätzung, die einem ein solcher Prix vermittelt und die zusätzlich motiviert. So etwas ähnliches umzusetzen, wäre auch eine gute Idee für Deutschland.

Aus Nachrichten aus der Chemie» :: Juli/ August 2011

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