Leben zwischen Kampf und Kooperation E-Book

Volker Wiskamp

• Herausgeber: Books on Demand
• Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
• Sprache: Deutsch
• Veröffentlichungsjahr: 2022

Seitenzahl: 114

Beschreibung

Pflanzen, Pilze und Tiere wehren mit Giften Fressfeinde ab, Schlangen töten ihre Beutetiere damit. Menschen arbeiten diese Gifte zu Arzneimitteln (Penicillin, ACE-Hemmer) um. Weiterhin setzen sie Gifte zum Pflanzenschutz ein. Gelegentlich bringen Menschen sich oder andere Menschen mit Giften um. Leben als Kampf, aus dem Blickwinkel der Chemie. Leben ist aber auch Kooperation. Menschen leben in Symbiose mit Darmbakterien; Pilze mit Algen, dann spricht man von Flechten, oder mit Pflanzen, indem sie ein Netzwerk, das Wood Wide Web, bilden, um Mineralien, Nähr- und Botenstoffe zu verteilen, interessante Biochemie. Lebensprozesse funktionieren nur unter Mitwirkung von Enzymen und werden angetrieben von der Sonne. Deren Energie zur Produktion von elektrischem Strom und grünem Wasserstoff zu nutzen, ist die Zukunftsaufgabe der Chemischen Technologie und erfordert weltweite Kooperation.

Leseprobe

Vorwort

Die Zeit, in der man eine Bachelorarbeit – vor „Bologna“ war es eine Diplomarbeit – anfertigt, ist eine Übergangszeit. Sie ist die letzte Phase des Studiums – hier der Chemie oder Biotechnologie – und die Vorstufe zum Berufsleben.

In ihrer Abschlussarbeit sollen Studierende unter Beweis stellen, dass sie in einer kurzen Zeit eine wissenschaftliche Aufgabe mit der Methodik des Faches lösen können, also dazu in der Lage sind, Literatur zu recherchieren, zu dokumentieren, zu interpretieren und mit eigenen Untersuchungsergebnissen abzugleichen … Näheres steht im Modulhandbuch.

Eine Bachelorarbeit sollte aber mehr sein als eine formale Prüfungsleistung. Sie sollte einen tieferen Sinn stiften, genau wie ein Beruf über den Gelderwerb hinaus idealerweise auf besondere Weise sinnvoll und eine Lebenserfüllung sein sollte. Denn in dem Wort „Beruf“ steckt „Berufung“. Zeigt die Bachelorarbeit deshalb, ob man für das Fachgebiet „berufen“ ist, ob es Freude bereitet und eine Perspektive aufzeigt, der man sich eine große Zeit des zukünftigen Lebens widmen möchte, weil man es für sinnvoll hält?

Das vorliegende Buch ist eine Reflexion über das, was ich aus meiner Diplomarbeit im Sommer 1979 für über vier Jahrzehnte meines Lebens als Chemiker in Forschung und Lehre verinnerlicht habe, und was acht Studentinnen hoffentlich aus ihren Bachelorarbeiten, die ich im Wintersemester 2022/2023 – dem letzten vor meiner Pensionierung – betreut habe, für ihr zukünftiges (berufliches) Leben mitnehmen können.

Meiner Diplomarbeit »Synthese und spektroskopische Eigenschaften einiger Oxa- und Oxahomoadamantanderivate« hatte ich folgende persönliche Bemerkung vorangestellt:

„Oxahomoadamantanderivate“ – meine Mutter hatte beim Lesen des Titels diese Diplomarbeit große Schwierigkeiten, diesen überhaupt richtig auszusprechen. So wie ihr geht es sicher den meisten Menschen, die nicht gerade auf dem Gebiet der Chemie arbeiten. Somit müssen wir Chemiker Fragen verstehen wie: „Was macht ihr denn da überhaupt? Was soll das Ganze? Das versteht doch kein normaler Mensch!“

Wir Chemiker wissen, was Oxahomoadamantane sind und können uns unter ihrer Synthese und ihrem chemischen Verhalten etwas vorstellen. Aber die Frage nach dem Sinn unserer Arbeit auf diesem Gebiet müssen wir uns auch stellen.

Sicherlich sind die Oxahomoadamantane nur eine kleine Verbindungsklasse aus dem weiten Bereich der Chemie und ebenso ist die Chemie nur ein kleiner Teil dessen, was man als Naturwissenschaft bezeichnet. Es ist charakteristisch für den Naturwissenschaftler von heute, daß er sich mit einem so kleinen Teilgebiet beschäftigt, seine Ergebnisse im Kollegenkreis diskutiert, sie veröffentlicht, um damit anderen Forschern die Möglichkeit zu geben, seine Erkenntnisse für ihre Arbeiten zu verwenden. Doch er hat nie die Möglichkeit, alle Bereiche der Naturwissenschaft zu überblicken.

Diese Tatsache ist aber kein Grund zur Verzweiflung. Denn die Natur offenbart sich in allen Dingen – selbst in den kleinsten – mit ihrer ganzen Vollkommenheit. So sind es gerade die kleinen Erkenntnisse und Überraschungen beim täglichen Arbeiten im Labor, die den menschlichen Forschergeist antreiben, tiefer in die Geheimnisse der Mutter Natur einzudringen.

Eine derartige Vorbemerkung war zur damaligen Zeit ungewöhnlich (und ist es auch heute noch). Meine Betreuer, Privatdozent Dr. Helmut Duddeck und Prof. Dr. Günther Snatzke, fanden es aber gut, dass ich als junger (22jähriger) Chemiker bereits tiefgründige Gedanken über den Sinn der Wissenschaft äußerte.

Dass der Begriff „Mutter Natur“ eine gängige Metapher ist, wusste ich damals noch nicht. Ich hatte ihn aus dem Lied „Mother Natures Son“ vom Weißen Album der Beatles übernommen. Der Text, der gewiss keine große Dichtung ist, sondern schon von Eichendorffs „Taugenichts“ als Volkslied hätte gesungen werden können, hatte mich aber irgendwie fasziniert, sprach er doch den Wunsch nach der innigen Verbundenheit von Mensch und Natur aus, und zeichnete meinen Weg vor, mich als Chemie-Professor drei Jahrzehnte mit Natur- und Umweltschutz, Ökologie und der vielschichtigen Gaia-Hypothese von James Lovelock und Lynn Margulis zu beschäftigen. (Gaia ist in der griechischen Mythologie die Mutter der Erde, und diese ist nach Lovelock und Margulis ein sich selbst organisierender planetarer Superorganismus.) Tiefer in die Geheimnisse der Natur vorzudringen, war mein ursprünglicher Wunsch als Wissenschaftler. Die Chemie als molekulare Grundlage aller Lebensprozesse sollte dabei sehr hilfreich sein, um zu verstehen, was das Leben eigentlich ist. „Ob mir durch der Moleküle Kraft und Mund nicht manch‘ Geheimnis würde kund?“

Neben dem Begriff „Mutter Natur“ beeindruckte mich seit meinem Oberstufenunterricht – im Vorwort meiner Diplomarbeit aber nicht erwähnt – Goethes »Faust«, den mein Deutschlehrer theatralisch und motivierend vorgelebt hatte. Der Universalgelehrte Faust machte mir klar, dass es eines lebenslangen, eifrigen Studiums bedürfe, um zu erkennen, „was die Welt im Innersten zusammenhält“. (Das heute immer wieder geforderte „lebenslange Lernen“ ist also kein Modewort!) Doch Faust weckte in mir auch die Befürchtung, so wie er im Alter als „armer Tor so klug als wie zuvor“ dazustehen. Nun, heute kann ich sagen, dass ich viel mehr Fachwissen über Chemie und Ökologie besitze als am Ende meines Chemiestudiums in Bochum. Aber wie die Menschheit aus der globalen Metakrise aus Klimawandel, Artensterben, Überbevölkerung, Ressourcenknappheit etc. herauskommt – dafür habe ich höchstens ansatzweise Vorschläge, aber gewiss keine Patentlösung. Prophezeit Faust geradezu, „daß wir nichts wissen können“?

Ich wollte am Ende meines Studiums nicht nur Forscher werden, sondern auch Lehrer bzw. Professor. Die Humboldt‘sche Idee der Einheit von Forschung und Lehre klang für mich äußerst plausibel. Doch führte ich nicht 68 Semester lang „herab und quer und krumm meine Studierenden an der Nase herum“? Hier kann ich Faust widersprechen: Selbst wenn wir Menschen uns oftmals nicht umweltgerecht und nachhaltig verhalten, ist es eine ethische Pflicht der Lehrenden, Umweltschutz und Nachhaltigkeit zu thematisieren und die Fakten über Klimawandel, Artensterben etc. ungeschönt auf den Tisch zu legen. Die Hoffnung, dass es gelingen kann, durch Aufklärung die Menschen zu bessern, darf nicht aufgegeben werden. Und Ansätze zur Rettung der Welt gibt es durchaus: Fridays for Future, Green New Deal …

In einer Hinsicht machte mir Faust während meiner Schüler- und Studentenzeit Angst. Ein Chemiker (Alchimist), der im Bund mit dem Teufel (!) steht – Goethe hat mit Faust eine einzigartige Figur der Weltliteratur geschaffen. Sollte ich so ein Chemiker werden? Hat der Dichter vielleicht unbewusst – denn er war ja selbst ein begeisterter Naturwissenschaftler – der Chemie einen Bärendienst erwiesen und zum negativen öffentlichen Ansehen dieser Wissenschaft und erst recht der Chemischen Industrie beigetragen? In der Tat ist die Chemie ambivalent, genauso wie der Mensch. Dieser hat einerseits einen kreativen Geist, ist genial in Technik, Kunst, Musik und Literatur und ausgesprochen hilfsbereit und liebenswürdig, ist aber andererseits das invasivste, gewalttätigste und zerstörerischste Tier auf der Erde und, nach Friedrich Schiller, „der schrecklichste der Schrecken [] in seinem Wahn“. Ein Gleichnis zur Chemie: Diese ist, wie oben gesagt, die molekulare Basis des Lebens, sie ermöglicht unsere Ernährung und unseren Wohlstand und erhält unsere Gesundheit, aber sie ist auch maßgeblich verantwortlich für den Klimawandel, das Artensterben, die Umweltverschmutzung … und erforderlich für die Herstellung totbringender Waffen.

Im Begleitseminar zu den acht Bachelorarbeiten konnten wir an zahlreichen Beispielen aus der biologischen Chemie verdeutlichen, dass sich das Leben zwischen Kampf und Kooperation bewegt. Auf der einen Seite sind die Gifte, mit denen Pflanzen, Frösche, Käfer oder Pilze ihre Fressfeinde abwehren oder mit denen Schlagen und Skorpione ihre Beute erlegen, auf der anderen Seite gibt es das Wood Wide Web, das den Boden als kooperatives Universum unter unseren Füßen auszeichnet; dann ist da der Mensch, der mit dem Einsatz giftiger Pflanzenschutzmittel, chemischer Kampfstoffe und seiner globalen, auf Konkurrenz und/oder Kooperation ausgerichteten Chemie-Wirtschaft eine Sonderstellung einnimmt, und schließlich scheint die Sonne, die das Leben antreibt. Mögen diese Gedanken, die uns im Wintersemester 2022/2023 begleitet haben und im Folgenden ausführlich erläutert werden, den Absolventinnen wegweisende Denkanstöße für ihren beruflichen Werdegang mitgeben und natürlich auch interessierte Leserinnen und Leser inspirieren.

Darmstadt, im November 2022

Volker Wiskamp

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Prof. Dr. Volker Wiskamp

Hochschule Darmstadt, Fb. Chemie- und Biotechnologie

Stephanstraße 7, 64295 Darmstadt

Tel.: [phone], E-Mail: [email protected]

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1.

Leben im Kampf

1.1 Gifte zur Verteidigung

1.1.1 Gifte gegen Fressfeinde

1.1.1.1 Pflanzen wehren sich

1.1.1.2 Pilze wehren sich

1.1.1.3 Tiere wehren sich

1.1.2 Pflanzenschutz

1.1.2.1 Chemischer Pflanzenschutz

1.1.2.2 Biotechnologischer Pflanzenschutz

1.2 Gifte zum Angriff

1.2.1 Schlangengifte

1.2.2 Skorpiongifte

1.2.3 (Selbst)Mord, Krieg, Terrorismus – Gifte gegen Menschen

2.

Leben in Kooperation

2.1 Der Mensch als Meta-Organismus

2.2 Flechten – die Pioniere des Lebens

2.3 Wood Wide Web

2.4 Kommunikation über Botenstoffe

2.4.1 Lockrufe

2.4.2 Warnsignale

2.4.3 Trickreiche Vermehrung

3.

Parasiten und Zombies

4.

Wer reagiert mit wenn, warum und wie?

4.1 Die Sprache der Chemiker

4.2 Chemie und Liebe – ein Gleichnis

4.3 Katalysatoren – die molekularen Helfer

4.3.1 Katalyse – ein Charakteristikum des Lebens

4.3.2 Beispiel Chymotrypsin

4.3.3 Interaktive dreidimensionale Visualisierung von Enzymen

5.

Die Sonne – Quelle des Lebens

5.1 Grundlagen der Fotosynthese

5.2 Sind nachwachsende Kraftstoffe nachhaltig?

5.3 Grüner Wasserstoff

Schlussgedanken

Literatur- und Quellenangaben

Lesenswerte Bücher

Das Team

Einleitung

Wie im Vorwort dargelegt, war es meine persönliche Motivation, im letzten Semester vor dem Ruhestand noch einmal zentrale Themen aufzunehmen, die mich drei Jahrzehnte beschäftigt haben, und immer um die Frage kreisend, was das Leben eigentlich ist, meinen letzten zu betreuenden Studierenden zwar keine abschließenden Antworten, aber zumindest interessante Denkimpulse mit auf den Weg in ihr zukünftiges (Berufs)Leben zu geben.

Die Themen für Bachelorarbeiten im Wintersemester 2022/2023, die ich mir überlegt hatte, griffen einerseits Aspekte auf, die ich in meinem in den letzten beiden Jahren publizierten Ökologie-Quartett [1-4] (Abb. 1) entwickelt habe. Es waren Fragen, wie Grüne Biotechnologie und Nachhaltige Chemie dazu beitragen können, die vielschichtigen Krisen der Welt in den Griff zu bekommen und wie sie die Zukunft unseres Planeten, der Natur und der Menschheit prägen werden.

Weitere Ideen lieferte mir das Ende 2021 erschienene Buch von Merlin Sheldrake [5], zu dem wir eine Rezension geschrieben haben [6] (Abb. 2). Allein schon der Titel des Werkes hatte mich neugierig gemacht: »Verwobenes Leben«. Das ist ein anderer Ausdruck für das, was man in der Ökologie immer wieder feststellt: „Alles hängt mit allem zusammen“. Bei dem enthusiastischen Pilzforscher Sheldrake geht es hauptsächlich um das unterirdische Wood Wide Web, ein schier unendlich vernetztes Universum. Sollten wir die Welt von den Pilzen her denken?

Schließlich wollte ich enzymatische Reaktionen reflektieren, weil sie uns einfach staunen lassen, wie faszinierend die molekularen Grundlagen des Lebens sind, und wie sie bestimmt auch vorbildlich für industriell-chemische Entwicklungen in der Zukunft sein können – von der Natur lernen! Dazu gehört auch, die Fotosynthese soweit wie möglich technisch nachzustellen, insbesondere aus der Sonnenenergie elektrischen Strom und damit grünen Wasserstoff zu gewinnen. Denn die Sonne ist die Antriebskraft des Lebens und schickt keine Rechnung.

Im Folgenden sind die acht Bachelorarbeiten zusammengefasst.

Parvaneh Shoghian [7]

Chemische Kampfstoffe in der Natur und ihre Adaption in Landwirtschaft und Medizin

Viele Pflanzen, Pilze und Tiere produzieren Gifte, um ihre Fress- feinde abzuwehren; manche Tiere versetzen ihren Opfern einen giftigen, tödlichen Biss, um sie dann zu vertilgen … Der Einsatz chemischer Kampfstoffe ist in der Natur Gang und Gäbe. Im ersten Teil der Bachelorarbeit werden Beispiele, die in die Vorlesungen über Bio- und Naturstoffchemie passen, unter chemischen und toxikologischen Gesichtspunkten (Wirkmechanismen) beschrieben: Nikotin, Curare, Muscarin, Ergolin, Psilocybin, Penicillin, Cantharadin, Batrachotoxin, Schlangen- und Skorpiongifte. Im zweiten Teil wird gezeigt, dass auch Menschen Gifte verwenden – u.a. um sich gegenseitig umzubringen. Gängige Kampfstoffe (Chlor, Phosgen, Senfgas, Tabun, Sarin) werden allerdings nur kurz angesprochen; vielmehr wird betont, dass ihr Einsatz international geächtet ist, aber dennoch gelegentlich erfolgt. Ausführlicher behandelt wird, wie Chemiker und Bio- (techno)logen Pilz-, pflanzliche und tierische Gifte zu Pflanzenschutzmaßnahmen oder Arzneimitteln umarbeiten, z.B. Bt-Toxine in gentechnisch verändertem Mais, Nikotin zu Neonikotinoiden, Psilocybin und LSD als Psychopharmaka, Penicillin als Antibiotikum, Schlangengifte zu ACE-Hemmern, Skorpiongifte in der Krebsbehandlung, und welches Entwicklungspotenzial sich dahinter verbirgt.

Myriam Ben Nticha [8]

Grüne Biotechnologie in Schwellen- und Entwicklungsländern

Zu den Nachhaltigkeitszielen der Agenda 2030 gehören u.a. Sicherung der Ernährung der Weltbevölkerung, Kampf gegen Armut, globale Gerechtigkeit, Umwelt- und Klimaschutz. Welche Bedeutung hat die Grüne Biotechnologie (insbesondere die Grüne Gentechnik) in diesem Zusammenhang? Ist sie für Schwellen- und Entwicklungsländer ein Segen oder ein Fluch? Welche ökologischen Konsequenzen ergeben sich aus ihrer Anwendung? Diese Fragen werden an Beispielen wie Golden Rice oder glyphosatresistenter Soja diskutiert. Die Beispiele ergänzen die bestehenden Vorlesungen der Biochemie und Biotechnologie an der Hochschule Darmstadt. Zu jedem Beispiel werden (bio)chemische, anwendungstechnische, sozial-ökonomische und ethische Aspekte betrachtet.

Majda M‘hamdi Alaoui [9]

Die Bedeutung von Pilzen für das Ökosystem Boden – eine fachdidaktische Reflexion des Buches »Verwobenes Leben« von Merlin Sheldrake

Das exzellent bewertete Buch des Pilzforschers M. Sheldrake [5] (s. unsere Rezension in Abb. 2) dient als Grundlage einer fachdidaktischen Studie. Das Buch ist populärwissenschaftlich geschrieben; die angesprochenen chemischen und biologischen Phänomene werden in der Bachelorarbeit mit einem wissenschaftlichen Tiefgang und für fortgeschrittene Studierende gut verständlich verdeutlicht. Insgesamt soll unter dem Nachhaltigkeitsziel der Hochschule Darmstadt exemplarisch das Ökosystem Boden, das „Universum unter unseren Füßen“, in seiner Bedeutung und Gefährdung betrachtet werden. Pilze sind maßgelblich für die Bildung und Gestaltung des Bodens verantwortlich; sie sind Destruenten, Produzenten, Parasiten und Symbionten zugleich. Konkret werden folgende Fragen beantwortet: (1) Wie funktioniert die Symbiose von Pilzen und Algen und wie schaffen es die resultierenden Flechten, Gesteinsmaterial, z.B. Magma, zu solubilisieren und auf diese Weise Mineralien für einen wertvollen Humusboden bereitzustellen? (2) Wie gelingt Pilzen der Ligninabbau und somit das Recycling von abgestorbenem Holz zu Humus? (3) Wie funktioniert die Symbiose von Pilzen und Pflanzenwurzeln? Wieso kann das resultierende Mykorrizha-Netzwerk als Wood Wide Web bezeichnet werden und wie funktioniert darin der Stoff- und Signalaustausch? (4) Wie lebt ein Pilz in Symbiose mit Blattschneiderameisen und warum verhält sich ein anderer Pilz gegenüber Rossameisen wie ein Zombie? Welche Kommunikationsstrategie benutzen Trüffel für ihre Fortpflanzung?

Khaoula Lemalmi [10]

Pilze als Dienstleister in der Biotechnologie – eine fachdidaktische Studie zum Buch »Verwobenes Leben« von Merlin Sheldrake

Auch diese Bachelorarbeit basiert auf dem Buch von M. Sheldrake [5