Wie Elemente in Sternen entstehen
Claudia Lederer simuliert im Labor Kernreaktionen, wie sie in Sternen stattfinden
Von der Antike bis ins Mittelalter herrschte die Auffassung vor, dass die Welt aus vier Elementen besteht: Erde, Wasser, Luft und Feuer. Erst im 17. Jahrhundert begann die Entdeckung der chemischen Elemente, die unser heutiges Wissenschaftsverständnis dominieren. Bisher sind 118 Elemente nachgewiesen worden.
Wie man weiß, wurden und werden alle Elemente von Kohlenstoff bis hin zu den schwersten, deren Atome also aus besonders vielen Nukliden bestehen, im Inneren von Sternen produziert. Die grundlegenden Mechanismen dabei sind schon länger bekannt, und dennoch gibt es noch viele offene Fragen.
Um mehr über die astrophysikalischen Szenarien, in denen Elemente im Universum entstehen, herauszufinden, ahmt die Physikerin Claudia Lederer Kernreaktionen, wie sie in Sternen stattfinden, im Labor nach. Kürzlich erhielt sie dafür einen renommierten Starting Grant des Europäischen Forschungsrats ERC.
Eine der Fragen, denen sie damit in den nächsten Jahren nachgehen will, ist, wie schwerere Elemente als Eisen produziert werden. „Wir wissen, dass diese Elemente durch das Einfangen von Neutronen, also neutralen Kernteilen, entstehen, aber wir wissen nicht, wo genau im Stern die Bedingungen herrschen, die diese Reaktionen erlauben.“Um das herauszufinden, arbeitet Lederer an Experimenten, in denen das Einfangen von Neutronen im Labor gemessen wird.
Eine wichtige Forschungseinrichtung dafür ist das Kernforschungszentrum Cern. Die dortige Neutronenquelle n_TOF erlaubt derartige Messungen. Die Herausforderung für Lederer und ihr Team besteht nun darin, die Detektion zu verfeinern.
Eine andere offene Frage ist, warum manche Elemente, die sehr protonenreich sind, also sehr viele positiv geladene Kernteilchen besitzen, sehr viel häufiger auf der Erde vorhanden sind, als man sich derzeit erklären kann. „Dazu habe ich ein Experiment am Cern mit einem radioaktiven Teilchenstrahl“, sagt Lederer.
Die 32-jährige gebürtige Salzburgerin startete ihre akademische Laufbahn mit einem Astronomie- und Physikstudium an der Universität Wien. 2012 promovierte sie in der Arbeitsgruppe Isotopenforschung. Der dortige Teilchenbeschleuniger, an dem sie schon als Studentin Experimente durchführen konnte, weckte ihr Interesse für die Kernphysik.
Nach einem zweijährigen PostDoc-Aufenthalt an der Universität Frankfurt ist Lederer nun seit Februar 2014 an der schottischen Universität Edinburgh. Zunächst wurde sie dort durch ein ErwinSchrödinger-Stipendium des österreichischen Wissenschaftsfonds FWF gefördert, es folgte das britische Ernest Rutherford Fellowship und der ERC-Grant. Dass die Universität Edinburgh ihr nun auch eine permanente Stelle angeboten hat, freut Lederer sehr: „Es ist zwar immer schön, in eine neue Stadt zu ziehen, aber irgendwann ist es dann auch gut, wenn man weiß, dass man nicht mehr alle zwei, drei Jahre umziehen muss.“
Wenn neben der Wissenschaft Zeit bleibt, trainiert Lederer Karate, seit sie in Schottland lebt, hat sie auch mit Golf begonnen. Zudem spielt sie seit ihrer Kindheit Klavier, momentan „nur auf einem E-Piano“. Doch im Zuge der Einrichtung des neuen Hauses soll ein „richtiges Klavier“her. nen Wissenschaft“, eine Ikone, die das Zeitalter der Molekularbiologie versinnbildlicht. Insofern ist es nicht verwunderlich, dass Crick zeitlebens und darüber hinaus als DNA-Forscher geführt wurde. Doch man würde ihm nicht gerecht, reduzierte man seine wissenschaftliche Leistung auf diese Episode seines Schaffens.
Crick war, wie der deutsche Wissenschaftshistoriker HansJörg Rheinberger gegenüber dem STANDARD betont, auch in den Jahren danach einer der führenden theoretischen Köpfe der jungen Molekularbiologie: „Er hat zentrale Begriffe der neuen Biologie wie ‚Information‘ und ‚Code‘ spezifiziert, und er war der Autor des sogenannten ‚Zentralen Dogmas der Molekularbiologie‘, das in die Annalen der Wissenschaftsgeschichte Eingang gefunden hat. In Kurzform: DNA macht RNA, RNA macht Protein.“
Vererbung, genetischer Code, Informationsfluss in der lebenden Zelle. Als diese Fragen geklärt waren, zog es den Rastlosen zu anderen Themen. Mit seinem Fachkollegen Leslie Orgel ging Crick der Frage nach, unter welchen Bedingungen das Leben entstanden sein könnte. In ihrem Aufsatz „Directed Panspermia“(1973) erklärten die beiden kurzerhand, die ersten einfachen Organismen seien durch Meteoriten auf die Erde gelangt – und demnach gar nicht auf unserem Planeten entstanden.
Das ist zwar keine Lösung im engeren Sinne, weil es das Problem – durch Verlagerung ins Weltall – nur aus unserem Blickfeld entfernt. Dementsprechend still ist es heute um die sogenannte Panspermie-Hypothese geworden. Gleichwohl ist auch das typisch für Cricks Arbeitsweise. Was andere dachten, war ihm nicht so wichtig. Er ging seinen eigenen Weg. Crick verkörperte wie kaum ein anderer das wissenschaftliche Denken, sagt Jan-Mi- chael Peters vom Institut für Molekulare Pathologie in Wien. „Wer um die Wahrheit ringt, kann sich auch einmal irren.“
Mehr Anerkennung wurde Crick beim letzten großen Themenwechsel seiner Karriere zuteil. In den 1970ern ließ sich der studierte Physiker am Salk-Institut im kalifornischen La Jolla nieder und fand dort, wie schon in seinen DNA-Zeiten, erneut einen kongenialen Partner. Mit Christof Koch vom zwei Autostunden entfernten Caltech widmete er sich fortan einer anderen großen Frage, die da lautet: Wie entsteht das menschliche Bewusstsein?
Ein letzter Scherz
Die letzte Arbeit, die Crick mit Koch veröffentlicht hat, redigierte er 2004 noch im Sterbebett. Sie geht der Frage nach, wie all die Empfindungen, die über die Sinnesorgane auf uns einströmen, zu einer Einheit geformt werden. Die Antwort der beiden lautet: Es gibt im Gehirn eine unscheinbare und bislang kaum beachtete Region namens Claustrum, die Verbindungen zu vielen, wenn nicht sogar allen Bereichen der Großhirnrinde unterhält. Dieser Umstand macht sie zu einem Mittler im Konzert der Neuronen, sie agiert „wie ein Dirigent, der die Musiker in einem Orchester koordiniert“.
Haben Crick und Koch damit die neurologische Antwort auf eine uralte philosophische Frage gefunden? Ist das Claustrum die Weltbühne der Empfindungen? Möglich wäre es. Crick jedenfalls fand auch hier Anlass für einen letzten wissenschaftlichen Scherz. Die Konturen des Claustrums, bemerkte er, würden verdächtig der geografischen Umrisslinie der Vereinigten Staaten von Amerika ähneln. Womit eigentlich bewiesen sei, dass an der Hypothese etwas dran sein muss. Heute, am 8. Juni, wäre Francis Crick 100 Jahre alt geworden.