Heller Kopf

© Alciro Thedoro da Silva
Text von: Marco Böhme

Der mehrfach ausgezeichnete Forscher und Nobelpreis-Aspirant Stefan Hell über die Überwindung von Grenzen und die Angst vor dem Scheitern.

Stefan Hell ist viel unterwegs. Das Interview im Sommer wurde mit seinem Sekretariat bereits im Winter vereinbart. Der Göttinger Vorzeigewissenschaftler kommt gerade von einer Tagung in Italien und fährt Tage später in den Urlaub. In seinem Büro am Fassberg herrscht „kreatives Chaos“ – die Schreibtischflächen sind voll mit Büchern, Zeitschriften und Aufzeichnungen. Der Wissenschaftler ist gut gelaunt, über ein Thema will er allerdings nicht sprechen: nämlich seine Chancen auf den Nobelpreis.

Stefan Hell steht laut gut unterrichteter Kreise auf der Liste für den wohl bedeutendsten Wissenschaftspreis der Welt. Er spricht stattdessen lieber darüber, wie er die Steine aus dem Weg geräumt hat…

Herr Professor Hell, Sie haben bereits zahlreiche Auszeichnungen wie den Deutschen Zukunftspreis und den Leibniz- Preis sowie gerade aktuell den Otto-Hahn-Preis gewonnen. Welcher Preis bedeutet Ihnen am meisten?

Sicherlich hat mich jeder Preis sehr gefreut. Natürlich bleibt einem der allererste Preis besonders in Erinnerung. Den erhielt ich im Jahre 2000. Er war mit einem vergleichsweise kleinen Preisgeld von 2.500 Euro verbunden. Davon gingen dann rund 1.000 Euro für die Anreise drauf. Aber dieser Preis war die erste wichtige Anerkennung durch eine internationale, fachkompetente Jury, die offensichtlich erkannt hat, dass da etwas Wichtiges im Werden war. Und die damals auch den Mut hatte, eine neue Forschungsrichtung auszuzeichnen.

Das gab mir und meinen Mitarbeitern eine Menge Auftrieb, denn im Jahre 2000 mussten wir noch sehr um Anerkennung kämpfen. Der Strom der Wissenschaft hatte die mögliche Tragweite unseres Unterfangens noch nicht erkannt. Die jüngsten hochkarätigen Preise wie der Otto-Hahn-Preis für Physik sind natürlich eine herausragende Ehre – genauso wie der Leibniz-Preis. Der Leibniz- Preis ist vor allen Dingen auch eine großzügige finanzielle Unterstützung unserer Arbeit im Labor.

Der Niedersächsische Staatspreis 2008 hat mich ebenfalls sehr gefreut. Er spiegelt eine breite Anerkennung unserer Arbeit durch herausragende Vertreter der Gesellschaft hier in Niedersachsen wider.

Preise sind für Wissenschaftler als Zeichen der Wertschätzung des Geleisteten wichtig und machen das Geleistete besonders sichtbar. Und in letzter Konsequenz machen sie auch die tägliche Arbeit einfacher. Man erhält leichter Forschungsmittel und das Labor ist attraktiver für hervorragende Forscher. Preise katalysieren die Arbeit im Labor.

Sie sind Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie und leiten die Abteilung NanoBiophotonik. Können Sie uns kurz erklären, woran Sie arbeiten?

Wir arbeiten daran, Lichtmikroskope zu bauen, von denen man bis vor kurzem geglaubt hat, dass es sie gar nicht geben kann: scharf bis ins molekulare Detail. Dass so was prinzipiell geht, wissen wir nun. Jetzt geht es darum, das zu vervollständigen, was wir begonnen haben. Indem man beispielsweise sensitiv und zugleich schnell in der Aufnahme wird.

Außerdem wollen wir die Bedeutung dieser neuen Form der Mikroskopie für unterschiedliche wissenschaftliche Disziplinen aufzeigen. Für die Biologie und die medizinische Grundlagenforschung ist die Relevanz besonders groß, weil das Lichtmikroskop das einzige Instrument ist, mit dem man das Innere einer lebenden Zelle betrachten kann, ohne dabei die Zelle zu zerstören.

Das von uns entwickelte STED-Fluoreszenz-Mikroskop veränderte in der Tat die Vorstellung von dem, was ein Lichtmikroskop prinzipiell leisten kann. Internationale Fachzeitschriften haben sogar von einem Umbruch gesprochen, der in der Lage ist, das was wir über die molekularen Details des Lebens wissen, grundlegend zu erweitern.

Der Grund ist einfach: Man war bisher nicht in der Lage, Proteinverteilung im Inneren der Zelle in beliebiger Schärfe oder Detailtreue zu sehen. Alles was dichter beisammen war als ein Drittel eines Tausendstel Millimeters, erschien als ein einziges verwaschenes Ganzes. Die Auflösung des Lichtmikroskops reichte nicht aus, wenn man die räumliche Verteilung der Moleküle und deren Veränderung in einer Zelle ergründen will.

Durch unsere physikalische Forschung haben wir erstmalig gezeigt, dass man die Verteilung von Proteinen in einer Zelle hochspezifisch und zugleich fast unbegrenzt scharf abbilden kann. Damit haben wir Wissenschaftlern, die beispielsweise den molekularen Ursachen von Krankheiten auf der Spur sind, eine neue methodische Perspektive aufgezeigt.

Welches Gefühl haben Sie, wenn Sie Neues entdecken? Was treibt Sie bei Ihrer Arbeit an?

Ich hatte schon immer Spaß daran, die grundsätzlichen Prinzipien der Natur zu verstehen und auch zu nutzen. Ich wollte schon als Kind wissen, was die Welt zusammenhält. So kam ich zur Physik.

Die Prinzipien, welche die unbelebte Materie beschreiben, schienen mir grundsätzlicher als die Prinzipien des Lebens. Sie sind – oder vielleicht waren – auch leichter herauszuschälen, weil unbelebte Materie letztendlich doch nicht so komplex ist. Eine lebende Zelle und erst recht ein Organismus ist auf molekularer Ebene sehr komplex. Interessanterweise und beileibe nicht zum ersten Mal werden jetzt Fortschritte in der Physik dazu verhelfen, die belebte Welt besser zu verstehen.

Sie haben eine Grenze überschritten, die seit über 120 Jahren als unüberwindbar galt: die von Ernst Abbe erstmalig beschriebene, durch Lichtbeugung begrenzte Auflösung im Lichtmikroskop. Wie kamen Sie auf die Idee, die Abbe’sche Beugungsgrenze in Frage zu stellen?

Meine Doktorarbeit hat sich mit Mikroskopie beschäftigt – aber nicht mit dem Auflösungsproblem. Sie hatte mit der optischen Abbildung von Mikrostrukturen auf Computerchips zu tun – durchgeführt in einer Start-up-Firma meines Doktorvaters im Heidelberger Technologiepark. Sie machte mir in den ersten beiden Jahren – ehrlich gesagt – weniger Spaß, als sie es hätte tun sollen. Denn sie ging keiner fundamentalen physikalischen Frage nach und war mir zu anwendungsbezogen.

Ich wollte etwas Fundamentaleres machen. Das schien aber mit einem Lichtmikroskop nicht möglich zu sein. Denn das war ein Instrument des 19. Jahrhunderts, dessen Potenzial schon erschöpft schien. Der einzige fundamentale – oder scheinbar unlösbare – Aspekt war die Abbe’sche Beugungsgrenze. Die hat mich dann fasziniert und ins Grübeln gebracht – bis es mir dämmerte: Das ist doch noch nicht gelaufen!

Diese Idee war aus einer Art Unzufriedenheit heraus geboren; gleichzeitig hatte ich aber unbändigen Spaß an der Physik. Die gesunde Mischung aus Spaß und Problem sowie Intuition und Imagination war der Zündstoff, der alles auslöste. Er ist heute noch Antrieb für das, was ich mache.

Wie ging es dann weiter?

Zuerst musste ich meine Promotion mit dem ursprünglichen Thema abschließen – was dann trotz allem ausgezeichnet geklappt hat. Ich wollte dann direkt nach der Promotion diesem Auflösungsproblem nachgehen. Ich hatte aber den Vor- und Nachteil zugleich, dass ich kein typisches Gewächs der deutschen Wissenschaftslandschaft war. Im Klartext: Ich hatte keinen Mentor, der dieses Problem interessant oder gut fand. Im Gegenteil, es stieß auf Skepsis.

Ich hatte mir aber in den Kopf gesetzt, dass da was mit der Auflösung im Mikroskop rauszuholen ist. Unmittelbar nach der Promotion bin ich dann – zunächst zu Hause – ersten handfesten Ideen nachgegangen. Ich habe ein Patent geschrieben und bin anschließend Hausieren gegangen, um bei einer Forschungseinrichtung aufgenommen zu werden.

Das war schwierig, denn damals, 1990, gab es in der Forschung kaum Perspektiven. Frisch gebackenen Physikdoktoren wurde erzählt: „Geht in die Industrie; es gibt auf absehbare Zeit keine Stellen in der Wissenschaft.“ Ich habe mich zunächst nicht darum geschert. Und ich wollte es wissen, ob es geht, die Beugungsgrenze zu knacken. Erst 27 Jahre alt, dachte ich: Wenn ich Recht behalte, wird es schon weitergehen. Wenn es nicht klappt, kann ich mit 30 immer noch in die Industrie wechseln.

Hatten Sie in all den Jahren Angst davor zu scheitern?

Das Scheitern hatte ich klar vor Augen, aber ich habe natürlich an meine Idee geglaubt und hatte Spaß an dem, was ich machte. Am Europäischen Molekularbiologischen Labor (EMBL) in Heidelberg, wo ich zunächst arbeitete, sah ich keine Chance für eine weitere Entwicklung.

Ein finnischer Kollege in der Arbeitsgruppe, in der ich arbeitete, erzählte seinem zukünftigen Chef in Finnland von meinen Ideen und der sagte: „Der könnte Recht haben. Holen wir ihn nach Finnland.“ Dieser Professor, der zuvor sehr erfolgreich in der Pharmaindustrie war, gab mir an der Universität Turku viel mehr Entwicklungsmöglichkeiten. Dabei handelte er nicht altruistisch, sondern sehr weitsichtig – wie ein guter Geschäftsmann. Er bekam mein Know-how für das, was ihn interessierte, und ich die Möglichkeit zu forschen.

So konnte ich mich zwei, drei Jahre einigermaßen über Wasser halten und ein paar Experimente und Veröffentlichungen machen. Dort entstand auch die konkrete Idee der STEDMikroskopie. Dann wurde Tom (Thomas, Anm. d. Red.) Jovin vom Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie in Göttingen und das Direktorenkollegium auf mich aufmerksam, wo ich dann schließlich am 1. Dezember 1996 – zunächst als Leiter einer auf fünf Jahre befristeten Nachwuchsgruppe – anfing. Wenn das nicht gekommen wäre, wäre ich wahrscheinlich aus der Wissenschaft raus gewesen.

Sie mussten viele Widerstände überwinden – hatten Sie nie Zweifel?

Ein paar Zweifel hat man immer, bevor es unwiderlegbar funktioniert. Ich war mir aber doch sehr sicher, dass es geht. Was ich nicht so genau wusste, war, wie gut es gehen würde. Die der STED-Mikroskopie zugrunde liegenden Ideen waren ja keine Hypothesen oder Spekulationen, sondern mathematisch quantifizierte Vorhersagen. Und die Rechnungen sagten einfach, dass das Prinzip der STED-Mikroskopie Auflösungen liefern muss, die weit besser als die Beugungsgrenze sind.

Im Nachhinein glaube ich, dass die Grenze so lange überleben konnte, weil die Lösung, die wir heute haben, 1873 noch gar nicht in Sichtweite sein konnte. Nicht einmal die Grundlagen gab es dafür. Denn in der STED-Mikroskopie nutzt man aus, dass die Fluoreszenzmoleküle, die man letztendlich abbildet, sich in unterschiedlichen Zuständen befinden können: „hell“ oder „dunkel“. Zwei zu nah benachbarte Moleküle (also Moleküle, die enger als die Abbe-Grenze beieinander liegen) werden getrennt, indem man sicherstellt, dass das eine Molekül im dunkeln Zustand ist, wenn das andere hell fluoresziert – und umgekehrt. Dann kann man sie hintereinander und damit getrennt detektieren.

Das war der eigentliche Durchbruch. Den hätte Abbe noch nicht erahnen können, weil es Ende des 19. Jahrhunderts noch nicht als gesichert galt, dass die Welt wirklich aus Atomen und Molekülen besteht. Und man konnte nicht davon ausgehen, dass diese sich in diskreten Zuständen befinden. Dazu bedurfte es grundlegender physikalischer Entdeckungen und ihrer Erklärung durch die Quantenmechanik. Das passierte erst Anfang des 20. Jahrhunderts – maßgeblich hier in Göttingen –, als die Beugungsgrenze in der Lichtmikroskopie schon akzeptiert war. Die Chance, dass man die Beugungsgrenze mithilfe ausgesuchter Molekülzustände und deren Übergänge überwinden könnte, wurde einfach nicht erkannt, weil keiner mehr so genau hinschaute.

Was war das für ein Gefühl, als Sie wussten, dass Sie den Durchbruch geschafft hatten?

Es ist wirklich toll, ein Gedankengebäude zu erweitern und etwas Neues zu erkennen. Es gab mir eine große innere Freude, etwas entdeckt zu haben, das irgendwie einzigartig und wichtig ist und das Zeug dazu hat, naturwissenschaftliches Allgemeinwissen zu werden.

Hatten Sie in dieser Phase noch Angst, dass es doch scheitern könnte?

Nach der Begeisterung am ersten Tag stellte ich mir am nächsten Morgen die Frage: Habe ich mich doch verdacht – wie so viele Leute vor mir, die alle gescheitert sind? Oder habe ich etwas übersehen? Gibt es einen physikalischen Effekt, der mir doch noch einen Strich durch die Rechnung macht?

Das ist wörtlich zu nehmen. Denn experimentell konnte ich es noch nicht überprüfen, weil in Finnland die Mittel fehlten. Nach der Publikation des Konzepts haben mir auch viele Skeptiker das Leben schwer gemacht. Sie haben Gründe gesucht, warum es nicht funktionieren sollte und weshalb alles beim Alten bleiben würde.

Ich musste rund vier Jahre für die Mittel kämpfen, um die STEDMikroskopie experimentell nachzuweisen. Im Nachhinein gesehen war es ein Unding. Wenn heute jemand mit einer grundsätzlichen Idee zu uns käme und ein stimmiges Gedankengebäude präsentierte, würde er die Mittel erhalten.

Es heißt, sie hätten „das Tor zur Nanowelt“ aufgestoßen. Was ermöglichen Ihre Forschungsergebnisse?

Um was zu entdecken, braucht man Werkzeuge. Je besser das Werkzeug, desto besser das Ergebnis. Meine Mitarbeiter und ich haben Werkzeuge geschaffen, welche Einfluss darauf haben werden, was in den nächsten Jahren in den Lebenswissenschaften entdeckt wird. In drei bis vier Jahren werden fast alle wichtigen Labors der Biomedizin zumindest einen Zugang zu Mikroskopen mit einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze haben.

Wir wissen nun, dass man mit hoher Detailschärfe in eine Zelle schauen kann. Der Erkenntnisgewinn in den nächsten 10, 20 oder 30 Jahren wird sehr groß sein. Man muss auch bedenken: Wenn der Durchbruch erst einmal geschafft ist, geht die ganze Entwicklung schneller vonstatten – ganz einfach, weil es die Aufmerksamkeit vieler kluger Leute auf sich zieht.

Welchen Wert hat es für Sie, mit Ihrer Erfindung auch monetär erfolgreich zu sein?

Wohlhabend bin ich davon nicht geworden und werde es auch nicht werden. Das macht nichts, denn Wissenschaft macht man nicht des Geldes wegen. Wenn man aber von ihrer praktischen Relevanz auch finanziell profitiert, finde ich das angemessen.

Leistung muss sich lohnen. Das klingt ein bisschen abgedroschen. Aber Menschen, die bereit sind, überdurchschnittliche Leistungen zu erbringen, sollen auch gerecht entlohnt werden. Wenn wir dieses Prinzip verkümmern lassen, werden viele gute Wissenschaftler – wie andere Leistungsträger auch – schlichtweg entmutigt, Leistung zu erbringen, oder wandern ab. Denn auch Wissenschaftler und ihre Familien leben nicht im Elfenbeinturm, sondern müssen, wie alle anderen auch, monatlich die Rechungen für ihren Lebensunterhalt begleichen.

Vielen Dank für das Gespräch!