Molekulare Maschinen

Molekulare Maschinen sind Konstruktionen aus wenigen hundert Atomen, die mechanische Funktionen ausführen: drehen, greifen, transportieren, schalten. Die Natur nutzt solche Maschinen seit Milliarden Jahren. ATP-Synthase dreht sich wie eine Turbine und erzeugt den Energieträger ATP, Kinesin wandert entlang zellulärer Schienen und transportiert Fracht, Ribosomen lesen genetische Information und bauen Proteine zusammen.

Die synthetische Variante wurde 2016 mit dem Nobelpreis für Chemie gewürdigt. Jean-Pierre Sauvage, Fraser Stoddart und Ben Feringa erhielten die Auszeichnung für die Entwicklung molekularer Motoren, Aufzüge und Schalter. Feringas molekularer Motor dreht sich in eine definierte Richtung, wenn er mit Licht bestrahlt wird. Praktische Anwendungen stehen noch am Anfang, aber die Forschung arbeitet an molekularen Pumpen für die Medikamentenfreisetzung und an molekularen Schaltern für Datenspeicher.

In der Science-Fiction bilden molekulare Maschinen die Grundlage für Nanotechnologie-basierte Zivilisationen. K. Eric Drexlers Vision eines universellen Assemblers, der beliebige Objekte Atom für Atom zusammenbaut, hat Autoren wie Neal Stephenson (The Diamond Age) und Greg Bear (Blood Music, 1985) inspiriert. Bear beschreibt intelligente Zellen, die als molekulare Maschinen funktionieren und ihren menschlichen Wirt grundlegend umgestalten.

Gerade die molekularen Maschinen zeigen, dass die Natur die Nanotechnologie längst beherrscht, lange bevor der Mensch sie nachzubauen begann. In jeder Zelle drehen, wandern und falten winzige Eiweißmotoren und verrichten präzise Arbeit auf atomarer Ebene. Dass es der Chemie inzwischen gelingt, künstliche Motoren, Aufzüge und Schalter aus wenigen Atomen zu bauen, wurde 2016 mit dem Nobelpreis geadelt. In der Science-Fiction sind solche Maschinen die Grundlage ganzer Nanotech-Zivilisationen, in denen sich Materie nach Belieben formen lässt, und die reale Forschung legt dafür Baustein um Baustein den Grund.