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Was bisher geschah

Im Laufe der Geschichte waren die Menschen immer wieder von der Schönheit und dem Mysterium der Kristalle fasziniert. Vor etwa zweitausend Jahren bewunderte der römische Naturforscher Plinius der Ältere „Die Ordnungsmäßigkeit der sechsseitigen Prismen der Bergkristalle“. Zu dieser Zeit waren die Verfahren zur Kristallisation von Zucker und Salz den alten indischen und chinesischen Kulturen schon bekannt: Rohrzuckerkristalle wurden aus Zuckerrohrsaft in Indien hergestellt und in China wurde aus Sole durch Eindampfung reines Salz gewonnen. Die Kristallisation wurde im 8. Jahrhundert n. Chr. auch im Irak entwickelt. Zweihundert Jahre später meisterten Ägypten und die Region Andalusien in Spanien die Technik des Schneidens von Bergkristallen für den Einsatz in Geschirr und Dekorationsartikeln, wie die hier abgebildete Kassette. Im Jahre 1611 war der deutsche Mathematiker und Astronom Johannes Kepler der erste, der der symmetrische Form der Schneeflocken Aufmerksamkeit widmete und von dieser Form auf ihre Grundstruktur schloß. Nur weniger als 200 Jahre später hat französische Mineraloge René Haüy das geometrische Gesetz der Kristallisation zu entdeckt.

Die Röntgenstrahlung wurde 1895 von Wilhelm Conrad Röntgen entdeckt, der dafür 1901 den ersten Nobelpreis in Physik erhielt. Es waren jedoch Max von Laue und seine Mitarbeiter die herausfanden, das Röntgenstrahlen Kristalle durchdringen, dabei mit ihnen wechselwirken und deswegen, abhängig von der Natur des Kristalles, in bestimmte Richtungen gebeugt werden. Für diese Entdeckung bekam von Laue 1914 den Nobelpreis in Physik.

Ebenso bedeutend war die Entdeckung der Vater-Sohn-Teams William Henry Bragg und William Lawrence Bragg im Jahr 1913, dass Röntgenstrahlen dazu eingesetzt werden konnten, die Atompositionen innerhalb eines Kristalls genau zu bestimmem und seine dreidimensionale Struktur zu entschlüsseln. Als Braggsches Gesetz bekannt, hat diese Entdeckung sehr viel zur modernen Entwicklung aller Naturwissenschaften beigetragen, da die atomare Struktur die chemischen und biologischen Eigenschaften der Materie bestimmt und die Kristallstruktur die meisten physikalischen Eigenschaften. Das Bragg-Duo wurde 1915 mit dem Nobelpreis in Physik ausgezeichnet.

Zwischen 1920 und 1960 half die Röntgenkristallografie, einige der Geheimnisse der Struktur von Leben zu entschleiern, mit großen Auswirkungen auf die Gesundheitsversorgung. Dorothy Hodgkin löste die Struktur einer Reihe von biologischen Molekülen, einschliesslich Cholesterol (1937), Penicillin (1946), Vitamin B12 (1956) und Insulin (1969). Sie wurde 1964 mit dem Nobelpreis für Chemie ausgezeichnet. Sir John Kendrew und Max Perutz waren die ersten, die die Kristallstruktur eines Proteins ausarbeiteten und bekamen dafür 1962 den Nobelpreis in Chemie. Seit diesem Durchbruch sind die Kristallstrukturen von über 90000 Proteinen, Nukleinsäuren und anderen biologischen Molekülen mittels Röntgenkristallographie gelöst worden.

Einer der größten Meilensteine des zwanzigsten Jahrhunderts war die Bestimmung der Kristallstruktur der DNS durch James Watson und Francis Crick.  Vielleicht weniger bekannt ist der Fakt, dass ihre Arbeit auf den Beugungsexperimenten der 1958 frühzeitig verstorbenen Rosalind Franlin aufbaute. Die Entdeckung der „Doppelhelix“ ebnete den Weg zur Makromolekül- und Proteinkristallographie, heute essentielle Werkzeuge in der Biologie und der Medizin. Watson and Crick wurden 1962 mit dem Nobelpreis in Physiologie oder Medizin ausgezeichnet, zusammen mit Maurice Wilkins, die mit Rosalind Franklin zusammen gearbeitet hatte.

Die Entwicklung der Kristallographie und der kristallogaphischen Methoden wurden in den letzten 50 Jahren immer weiter vorangetrieben. Der Nobelpreis in Chemie  im Jahr 1985 ging zum Beispiel an Herb Hauptman und Jerome Karle, welche die direkten Methoden zur Kristallstrukturanalyse ausgearbeitet hatten. Infolge dessen konnten die Kristallstrukturen von mehr und mehr Verbindungen gelöst werden.

In letzer Zeit wurden Nobelpreise an Venkatraman Ramakrishnan, Thomas Steitz und Ada Yonath verliehen (2009, siehe Seite 8), an Andre Geim und Konstantin Novoselov (2010) für ihre grundlegenen Arbeiten über Graphen, das erste Beispiel einer neuen Klasse von zweidimensionalen kristallinen Materialien mit einzigartigen elektronischen und mechanischen Eigenschaften, an Daniel Shechtman (2011) für die Entdeckung der Quasikristalle (siehe Kasten auf der Seite gegenüber) sowie an Robert Lefkowitz und Brian Kobilka (2012), welche das Innenleben einer wichtigen Familie von Zellrezeptoren enthüllt hatten, die nahezu alle Funktionen des menschlichen Körpers steuern.

Alles in allem wurden im vergangenen Jahrhundert 45 Wissenschaftler mit dem Nobelpreis für Arbeiten ausgezeichnet, die entweder direkt oder indirekt mit Kristallographie zu tun hatten. In dieser Broschüre ist nicht genug Platz, sie alle zu erwähnen aber es ist ihren individuellen Beiträgen zu verdanken, dass die Kristallographie nunmehr alle Wissenschaften unterstützt. Heute bleibt die Kristallographie ein fruchtbarer Boden für neue und vielversprechende Grundlagenforschung.

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Edelsteinbestetze Kassette aus Ägypten, ungefähr um 1200 © Musée de Cluny, France