Graduiertenkollegs
der Deutschen Forschungsgemeinschaft

Inhalt : ❙ Gemeinsam statt einsam ❙ Was Einstein noch nicht wusste ❙ Schule als
Labor ❙ Der Traum vom rüstigen Methusalem ❙ Wandlungen durch Licht ❙ Fallstricke
der Wahrnehmung ❙ Frauenherzen, Männerherzen ❙ Im Kleinen
liegt das Große ❙ Botschaften aus der Erdgeschichte ❙ Fit für Exzellenz

Editor ia l

Promovieren unter idealen Bedingungen in Graduiertenkollegs der DFG

Gemeinsam statt einsam
Von Ernst-Ludwig Winnacker

D

ie Promotion ist gleichzeitig
die letzte Stufe des Studiums
und die erste des Forscherlebens.
In dieser entscheidenden Phase
braucht jeder Doktorand, jede
Doktorandin einerseits den nötigen
Freiraum, um selbstständig wissenschaftlich arbeiten, eigene Ideen
entwickeln und sich erste Sporen
verdienen zu können. Andererseits
benötigen sie ein anspruchsvolles
Forschungsumfeld, das Impulse
gibt, Austausch ermöglicht und,wo nötig, fachliche Unterstützung
sicherstellt. Die von der DFG geförderten Graduiertenkollegs (GKs)haben seit ihrer Einführung vor 15
Jahren auf vorbildliche Weise dazu
beigetragen, diese Bedingungen
für Promovierende zu schaffen.
Früher war es üblich, dass die
Doktoranden allein im Elfenbeinturm oder als „Lehrling“ ihres Doktorvaters, seltener ihrer Doktormutter, mehr oder weniger gut betreut
ihre Dissertationen verfassten. Als
jedoch in den 1980er Jahren die
jährlichen Promotionszahlen fünfstellig und – sehr bedenklich – die
Promotionszeiten immer länger
wurden, stieß das bisherige Modell
der Einzelbetreuung an seine Grenzen. Folgerichtig wurden 1990 als
neues Förderinstrument zur strukturierten Doktorandenausbildung
die ersten Graduiertenkollegs der
DFG eingerichtet.
Ein Graduiertenkolleg ist eine
auf maximal neun Jahre befristete Einrichtung an einer Hochschule, die es besonders qualifizierten
Doktorandinnen und Doktoranden
ermöglichen soll, zügig und unterhervorragenden Bedingungen zu
promovieren. Es wird von einer
kleinen Gruppe engagierter undausgewiesener Wissenschaftler undWissenschaftlerinnen getragen undumfasst neben einem koordinierten
Forschungsprogramm, das sich auf
hohem Niveau einer fokussierten
und aktuellen Fragestellung widmet, auch ein maßgeschneidertes

Studienprogramm. Dieses vermittelt notwendiges Spezialwissen, um
die Dissertation tatsächlich in den
angestrebten drei Jahren in höchster Qualität zu ermöglichen. Daneben gewährleistet es eine vertiefte
Einführung in den Wissenschaftszweig, in dem die Arbeit entsteht,
und kann je nach Fach Firmenpraktika, Sprach- und Präsentationskurse, Methodenworkshops
und dergleichen beinhalten. Die
Dozenten, die ein Graduiertenkolleg beantragen, sind in der Ausgestaltung sehr flexibel – wichtig ist,
dass den Doktoranden neben dem
unmittelbar notwendigen Spezialwissen die Fähigkeiten vermittelt
werden, die sie brauchen, wenn
sie im Anschluss an die Promotion
eine akademische oder außeruniversitäre Karriere anstreben. Die
Doktoranden sollen den Blick überden Tellerrand des eigenen Themas
lenken, „ihr“ Kolleg selbst mitgestalten und früh wissenschaftlicheSelbstständigkeit üben können.
as umfassende Angebot
soll die Doktoranden bei
ihrer Arbeit unterstützen, nicht
jedoch zu viel Zeit in Anspruch
nehmen. Im Gegenteil war und ist
die Begrenzung der Promotionszeit
und eine Senkung des Promotionsalters ein Ziel der Graduiertenkollegs wie überhaupt der strukturierten Doktorandenausbildung. Dasssich die Doktoranden in GKs ganz
auf die Vollendung ihrer Dissertation konzentrieren können, trägt zu
einer messbaren Verkürzung der
Promotionsdauer bei. Im Durchschnitt promovieren Stipendiaten
ein halbes Jahr schneller als ihre
anderweitig finanzierten Kollegenund sind bei Abschluss ihrer Promotion zwei Jahre jünger als Absolventen im Bundesdurchschnitt. Die
Zielmarke von 36 Monaten Promotionsdauer haben jedoch auch sie
noch nicht erreicht.
Eine Ende 2004 vom Promovierenden-Netzwerk Thesis durchge-D

führte Umfrage zur Lage der Doktoranden ergab, dass sich jeder
dritte Doktorand schlecht betreut
fühlt. Oft kritisiert wird auch die
Abhängigkeit von einem Betreuer, der in vielen Fällen gleichzeitig
der Arbeitgeber ist. Da Mängel inder Betreuung von Doktoranden
offensichtlich nicht auf Deutschland beschränkt sind, forderte die
europäische Doktorandenvertretung Eurodoc in ihren im Februar2005 mit der European University
Association vorgelegten Grundsätzen zur Reform der Promotion unter
anderem transparente Betreuungsstrukturen mit klar definierten Verantwortlichkeiten. Dies wird in den
Graduiertenkollegs schon lange
praktiziert: Hier ist die Zuordnung
zu einem Betreuer in den meisten
Fällen abgelöst durch eine Doppeloder Mehrfachbetreuung – gerade
auch bei interdisziplinären Themen – beziehungsweise durch die
zusätzliche Ernennung von Tutoren
oder Mentoren.
Graduiertenkollegs gibt es, wie
die in diesem Heft porträtierten
Beispiele anschaulich belegen, inallen Fachgebieten. Momentan sindje etwa 30 Prozent der GKs in den
Geistes- und Sozialwissenschaften,
den Naturwissenschaften und den
Lebenswissenschaften, also Biologie und Medizin, angesiedelt. Auf
die Ingenieurswissenschaften entfallen zehn Prozent mit steigender
Tendenz. Die meisten der GKs
haben eine interdisziplinäre Ausrichtung, und das kommt nicht vonungefähr. Denn immer deutlicher
zeigt sich, dass sich der Fortschritt
in der Wissenschaft an den Schnittstellen zwischen den Disziplinen
vollzieht. Interdisziplinäre, innovative Projekte sind genau richtig,
um den Nachwuchsforschern eine
gute Basis für ihre wissenschaftliche Zukunft zu schaffen.
in hervorragendes Merkmal
der Graduiertenkollegs ist
ihre Internationalität. Der Aus-E

länderanteil unter den Doktoranden ist in den letzten Jahren stetig
angestiegen und nähert sich der
30-Prozent-Marke (fast dreimal sohoch wie im Bundesdurchschnitt!).
Von den ausländischen Promovierenden stammen circa 26 Prozent
aus West- und 35 Prozent aus Osteuropa, 24 Prozent aus Asien unddie übrigen 15 Prozent verteilensich auf die verbleibenden Regionen. Stark gestiegen sind zudem
die Bewerbungen aus dem Ausland. Angesichts des internationalen Wettbewerbs um die begehrten
Nachwuchswissenschaftler ist das
ein erfreuliches Zeichen für die
Attraktivität der Kollegs. Daneben
verfügen alle Graduiertenkollegsüber intensive Kontakte zu ausländischen Wissenschaftlern.
Ohneinternationale Vernetzung ist Wissenschaft nicht möglich – heute weniger denn je. Daher
ist sie bereits bei der Begutachtung
der Einrichtungsanträge ein wichtiges Kriterium. Auch werden die
Kollegiatinnen und Kollegiaten der
GKs frühzeitig in die internationale
Kooperation eingebunden, sowohl
durch Vorträge und Aufenthalte
von Gastwissenschaftlern als auchdurch die Teilnahme an Kongressen
und längere Forschungsaufenthalte
an ausländischen Gastinstituten.
Stark zugenommen hat die Zahl
der Internationalen Graduiertenkollegs (IGKs), bei denen eine
Gruppe deutscher Hochschullehrer
mit einer Partnergruppe im Ausland zusammenarbeitet. Derzeit
existieren mehr als 40 IGKs, diemeisten mit europäischen Universitäten, doch auch je drei auchmit den USA und China sowie seit
neuestem eines mit Japan. Diese
Variante der GKs wurde 1997
eingeführt, um der internationalen Vernetzung der Wissenschaft
Rechnung zu tragen und eine systematische gemeinsame Doktorandenausbildung über Ländergrenzen hinweg zu ermöglichen. Bei
den Internationalen GKs gelten die
gleichen hohen Anforderungen an
die Exzellenz der Antragsteller wie
bei den nationalen. Beide Seiten
müssen gemeinsam ein hochklassiges Forschungs- und Studienprogramm durchführen, und auchdie Promotionsbetreuung erfolgt
gemeinsam, in der Regel durcheinen Betreuer am Heimat- undeinen am Part­ner­institut. Für die
Doktoranden in den beteiligten
Gruppen ist ein etwa sechsmonatiger Auslandsaufenthalt bei dem
jeweiligen Partner vorgesehen.
Sie lernen in den IGKs schon zu
Beginn ihrer Forscherlaufbahn
unterschiedliche Wissenschaftssysteme „von innen“ kennen undprofitieren auch durch die komplementäre Expertise und die unterschiedlichen Forschungsansätze.
Über die Einrichtung solcher
IGKs findet nicht nur eine engere
Vernetzung schon auf Ebene der
Doktorandinnen und Doktoranden
statt, auch die Förderer kommensich dadurch näher. So konnten mit
einer ganzen Reihe von Partnerorganisationen und Ministerien weltweit bereits bilaterale Abkommenüber die gemeinsame Finanzierung
von IGKs getroffen werden. Besonders engagiert sind die DeutschFranzösische Hochschule DFH und
das Französische Bildungsministerium, die Graduiertenuniversität
der Chinesischen Akademie derWissenschaften und das Chinesische Bildungsministerium sowie
Forschungsförderorganisationen inden Niederlanden (NWO), Ungarn(OTKA) und Japan (JSPS); weitere
Abkommen sind in Vorbereitung.
eschätzte sechs Prozent aller
Doktoranden in Deutschland schließen ihre Promotion ineinem Graduiertenkolleg der DFG
ab. Konkret schreiben über 6000
junge Wissenschaftlerinnen und
Wissenschaftler in den rund 270
derzeitigen Kollegs ihre Doktorarbeiten, im Durchschnitt also 20
bis 25 pro Kolleg. Davon erhalten
gut zwei Drittel ihr Stipendium aus
DFG-Mitteln, die übrigen sind aus
anderen Töpfen finanzierte Kollegiaten, die aber gleichberechtigt
am Studienprogramm teilnehmen
und auch Reisemittel erhalten können. Insgesamt hat die DFG seit
Beginn des Programms fast 600
GKs finanziert.
Ein zentrales Ziel des Programms
ist, zur Reform und Weiterentwicklung der Promotionsphase beizutragen. Graduiertenkollegs geben
Hochschulen den Anreiz und die
Möglichkeit, neue Strukturen derNachwuchsförderung zu schaffen
und auszuprobieren. Dadurch stel-G

len sie Modelle und Erfahrungenfür breiter und dauerhaft angelegte
Promotionsprogramme bereit. Die
existierenden Modelle der strukturierten
Promotionsförderung– neben der DFG unterhalten zum
Beispiel die Max-Planck-Gesellschaft und einige Bundesländer
Promotionsprogramme – habenneue Standards gesetzt, an denen
sich die Doktoranden orientieren
und die Hochschullehrer messen
lassen müssen. Ein DFG-Symposium im Sommer 2003 hat erwiesen,dass es in ganz Deutschland hervorragende Beispiele für strukturierte
Doktorandenförderung gibt unddass mittlerweile an unterschiedlichen Orten und in verschiedenen
Wissenschaftsgebieten Graduiertenzentren entstanden oder im Entstehen begriffen sind. Es ist auchdeutlich geworden, dass es fachspezifische Zugangsweisen unddementsprechend unterschiedliche
Promotionskulturen gibt und weiterhin geben sollte. Fest steht, dassjegliche Reform das bewährte derdeutschen Promotion – vor allem
ihren wissenschaftlichen Tiefgang– nicht in Frage stellen darf. Dieser
Grundsatz gilt in besonderem Maße
für die Einbeziehung der Promotion als „dritten Zyklus“ – nach dem
Bachelor und dem Master – in den
Bologna-Prozess.
Die Deutsche Forschungsgemeinschaft ist nicht in der Lage
– aber es ist auch nicht ihre Aufgabe – flächendeckend Graduiertenkollegs einzurichten undallen Doktoranden die Promotionin einem ihrer strukturierten Programme zu ermöglichen. Sie muss
und möchte sich in Zukunft nochmehr darauf konzentrieren, solche
Graduiertenkollegs zu fördern,die Beispiele setzen und Modellcharakter aufweisen für innovative Betreuungsformen, für das
Miteinander und Füreinander derwissenschaftlichen Generationen.
Die Förderung der etablierten
Maßnahmen müssen die Universitäten oder Länder in Eigenregieübernehmen – frei nach BenjaminFranklin: „Eine Investition in wissenschaftlichen Nachwuchs bringt
immer noch die besten Zinsen.“Prof. Dr. Ernst-Ludwig Winnacker
ist Präsident der DFG
Interferenzen und Quanteneffekte und ihre Anwendungen

Was Einstein noch nicht wusste
M

Albert Einstein zeitlebens mit den
Konsequenzen ihrer Entdeckung.
So bizarr die Theorie auch erscheinen mag, so hat sie sich doch bisheute immer wieder bewährt.
Auf Quanteneffekte will Thorsten
Henninger, der am Europäischen
Graduiertenkolleg „Interferenzen
und Quanteneffekte und ihre
Anwendungen“ in Hannover promoviert, einen scharfen Blick werfen: Er will Atome dazu bringen,ihre Individualität zu verlieren undin einem gasförmigen Zustand zu
verschwimmen, er will in einem sogenannten Bose-Einstein-Kondensat Materie so ansammeln, dass erihre quantenmechanischen Wellenfunktionen „fotografieren“ kann.
Schon 1995 kühlten amerikanische
Forscher erstmals mehrere tausend
Rubidium-Atome so stark ab, dasssie sich wie ein einziges Superatom verhielten. Rubidium-Atome
gehören zur Sorte der Bosonen;

Foto: MPI für Gravitationsphysik

erkwürdige Dinge gehen
am Institut für Quantenoptik der Universität Hannover vor.
Das Herzstück eines ExperimentAufbaus sind zwei kleine Vakuum-Glasbehälter: In ihnen wollen
junge Wissenschaftler die Quantennatur der Materie ans Licht
bringen.
Die Eigentümlichkeit der Quantenphysik besteht darin, dass inder mikroskopischen Welt die
gewohnte Unterscheidung vonWelle und Teilchen verschwimmt.
Je nach Betrachtungsweise bestehen Lichtwellen aus Photonen,
womit man Quanten elektromagnetischer Energie bezeichnet, oderein Materieteilchen ist in einem
bestimmten Energiezustand, das
man dann als Welle beschreibt.
Dass dies wie Zauberei klingt,
muss uns nicht schrecken: Immerhin haderten selbst die Väter der
Quantentheorie Max Planck unddas sind alle Atome aus insgesamt
einer geraden Anzahl von Protonen, Neutronen und Elektronen.
Solche Teilchen streben immer den
gleichen Zustand an. Nur wegendieses Herdentriebs können sie zu
einem Wellenpaket kondensieren,wenn die Brownsche Molekularbewegung durch die Temperatur
nicht zu stark ist. Thorsten Henninger will aber noch einen Schritt
weiter: Er will nicht nur Bosonen,„Interferenz ist die Klammer
für das Themenspektrum
des Kollegs.“
sondern auch Fermionen bis ganznahe an den absoluten Nullpunkt,also bis etwa –273 Grad Celsius,
abkühlen. Solche Atome sind das
genaue Gegenteil zu Bosonen: Siemeiden einander grundsätzlich
wie der Teufel das Weihwasser,
das heißt sie sind an unterschiedlichen Orten, fliegen unterschiedlich schnell oder unterscheiden
sich sonst irgendwie.
In einem Vakuumsystem befindet sich bosonisches Rubidium (Isotop 87) und fermionisches Kalium(Isotop 40). Der Physiker beschießt
die Atome aus sechs Richtungenmit Laserstrahlen einer bestimmten
Wellenlänge und kühlt sie damit
ab. Ein Magnetfeld zieht die kalten
Atome nun in die Mitte. Einmal inder Magnetfalle, wird ihnen nochmals durch Verdampfen Wärme
entzogen, die Rubidium-Atome bilden nun ein Kondensat, das Kalium
hingegen, das als Fermion ja nicht
kondensiert werden kann, eine
Wolke. Beleuchtet man die Rubidium- und Kalium-Atome mit zwei

Die Arbeitsumgebung beim ­Gravitationswellendetektor GEO600:
Zu sehen sind die Vakuumtanks und-rohre im Reinraum.

Foto: Sven Passinger

Das Logo des European Graduate
College, EGC, hat Sven Passinger mit
dem Laser in Nano-Dimensionen
geschrieben.

unterschiedlichen Farben, so kannman das kompakte Kondensat inder diffusen Wolke des Kaliums
fotografieren. Durch ein passend
gewähltes Magnetfeld sollen sichdann Rubidium und Kalium künstlich zu einem Molekül verbinden.
„Wir wollen zum ersten Mal zeigen, wie physikalisch fermionische
Kalium-Rubidium-Moleküle entstehen“, sagt Thorsten Henninger.
Wie in einem Bose-EinsteinKondensat „punktförmige Teilchen“, die Atome, voneinander
wissen können, lässt sich nur mit
ihrem Wellencharakter erklären.
Teilchen bilden ebenso ein Interferenzmuster wie das Licht, das sichzum Beispiel am Farbenspiel einer
Seifenblase offenbart. Selbst wenn
man zwei Kondensate überlagert,
bilden sie die typischen Interferenzstreifen. „Die Interferenz ist
die Klammer, die unser Graduiertenkolleg zusammenhält“, erläutert
Professor Eberhard Tiemann, derSprecher des Kollegs. In Hannoveruntersuchen die Wissenschaftler
nicht nur die Interferenz von Materiewellen, um grundsätzliche Phänomene wie Bose-Einstein-Kondensate zu verstehen oder um etwa
neue Atomuhren bauen zu können.
Auch das Licht wird durch dessenInterferenzmöglichkeiten genutzt,
um damit ganz andere Probleme
zu lösen.
Die Quantentheorie war eineder großen physikalischen Revolutionen des 20. Jahrhunderts,
Einsteins Allgemeine Relativitätstheorie die andere. In ihr ist die
Gravitation nicht mehr wie bei
Isaac Newton als anziehende Kraft
beschrieben, sondern als eine Verbiegung der Raum-Zeit: Große

Massen verbeulen die ebene Geometrie, und wenn sie sich bewegen, muss ihnen dieses Verbeulen
folgen. Die dabei entstehenden
wellenartigen Strukturen bewirken, dass sich die Abstände zwischen allen Objekten ganz leicht
verändern. In Ruthe nahe Hannover warten nun Wissenschaftler
darauf, dass nicht zu weit weg vonunserer Milchstraße ein Stern als
Supernova explodiert oder zwei
schwarze Löcher ineinander stürzen, denn dann besteht die Chance, die Gravitationswellen zu messen, die dabei ausgesendet werden– ähnlich den Wellen im Wasser,
wenn man einen Stein hineinwirft.
Auch Michaela Malec wartet
gespannt auf ein solches Ereignis. „Die Gravitationswellen sindso schwach, dass sich der Abstandzwischen Erde und Sonne bei
einer Sternexplosion in unserer
Galaxie nur um den Durchmesser
eines Atoms ändern würde. Deshalb brauchen wir äußerst präzise
Messinstrumente für Abstandsänderungen.“ GEO600 ist ein solches Instrument, das nach dem
Prinzip eines Michelson-Interferometers funktioniert. Es vermisst
Abstandsänderungen mit Hilfe vonLichtlaufzeiten zwischen Spiegeln.
Manche Spiegelanordnungen, das
ist das Besondere dieser Detektoren, verstärken die Lichtleistungbis zum 1000fachen und erlauben
damit noch genauere Messungen.
GEO600 ist einer von weltweit
sechs Gravitationswellendetektoren. Zudem wird in einigen Jahren – in Zusammenarbeit mit ESA
und NASA – LISA den Betrieb aufnehmen, ein Riesen-Interferometeraus drei Satelliten, das im Weltraum nach Gravitationswellen lauschen soll. „LISA konzentriert sichauf andere Frequenzbereiche vonGravitationswellen als die erdgebundenen Detektoren. Aber auchletztere stehen nicht in Konkurrenz zueinander, im Gegenteil“,sagt Michaela Malec. „Wenn ein
Detektor etwas misst, muss erst ein

anderer das Signal bestätigen, um
sicher zu sein, dass es sich nicht um
Störsignale aus anderen Quellenhandelt, wie seismische Erschütterungen oder Schwankungen derLaserintensität oder -frequenz.“
Die Physikerin untersucht am
Computer, quasi mit einem virtuellen Detektor, Teilsysteme, um
solche Störungen in Simulationen
zu separieren. „So können wir das
Problem erkennen und, wenn es
technischer Natur ist, gezielt beseitigen.“ Im Herbst wird sie ihre Promotion an den beiden Universitäten
Hannover und Glasgow abschließen. GEO600 ist ein deutsch-britisches Gemeinschaftsprojekt, an
dem auch das Albert-Einstein-Institut der Max-Planck-Gesellschaft
beteiligt ist. Michaela Malec hat
ein halbes Jahr an der schottischen
Universität geforscht, einem derPartner des Europäischen Graduiertenkollegs. „Das war für michvon unschätzbarem Wert“, sagt sie
begeistert.
Eine weitere Kooperation desKollegs gibt es mit der Universität Paris-Süd in Orsay. Nicht alleinkönnen die Kollegiaten im internationalen Austausch Erfahrungensammeln und Workshops organisieren, sondern auch gemeinsame„Die Zeit an der britischen
Partneruniversität war vonunschätzbarem Wert.“
Doktorgrade sind das Ziel. „Da die
Promotionsverfahren in den europäischen Ländern sehr unterschiedlich sind, schließen wir für jeden
Prüfling einen eigenen Vertrag ab“,
erklärt Eberhard Tiemann. Auch in
Hannover selbst finden die Doktoranden ein anregendes Umfeld.
Dort ist der Sonderforschungsbereich der DFG „Quantenlimitierte
Messprozesse mit Atomen, Molekülen und Photonen“, und es gibt
eine enge Zusammenarbeit mit
dem Albert-Einstein-Institut sowie
dem Laserzentrum Hannover. Den
Kollegiaten gefällt das: „Wir wollen ja keine Fachidioten sein“, soThorsten Henninger.
Das Laserzentrum ist derArbeitsplatz von Sven Passinger.
Foto: Thorsten Henninger

Eine rote Rubidiumwolke nahe
dem absoluten Nullpunkt bei
etwa –273 Grad Celsius: Thorsten
Henninger macht die Wellennatur
der Materie sichtbar.

Der Doktorand beschäftigt sich
mit einer ganz praktischen Seite
von Interferenz und Quanteneffekten, der Nanotechnologie.
„Der riesige Fortschritt auf diesem
Gebiet macht es uns möglich, neue
künstliche Materialien wie photonische Kristalle herzustellen.“
In photonischen Kristallen ist derBrechungsindex auf der Skala derWellenlänge des Lichts periodischmoduliert; das Licht streut nicht
mehr, wird also ganz ohne Verlust
geführt. Solche Materialien eignen sich, um in Zukunft die bisher
gängigen Halbleitermaterialien
mit Elektronentransport, etwa in
Computerchips oder allgemeinen
informationsverarbeitenden Schaltungen, durch solche mit Photonen
zu ersetzen: Weil Photonen viel

schneller sind, lassen sich Nachrichtenübertragung und Computertechnik beschleunigen.
Das Verfahren, mit dem Sven
Passinger solche neuen Strukturen herstellt, nennt sich Zwei-Photonen-Polymerisation. Er fokussiert
einen Femtosekunden-Laserstrahl
in ein für Licht der benutzten Wellenlänge eigentlich durchsichtiges,
aber bei der halben Wellenlänge„Der enge Kontakt
mit verschiedenen
Instituten gefällt uns.“lichtempfindliches Harz, das anden beschossenen Stellen dannpolymerisiert und damit aushärtet.
Dies gelingt durch die Zwei-Photonen-Absorption. Dabei macht
man sich zunutze, dass zwei Photonen aus dem Laserstrahl die gleiche Energie haben wie ein Photon
der halben Wellenlänge. Da nur
im Fokus die Photonendichte hochgenug ist, findet auch nur im Fokus
eine Polymerisation statt. Auf diese
Weise kann er mit dem Laserstrahl
dreidimensionale Strukturen in das
Material schreiben und die nicht
bestrahlten Stellen dann chemischentfernen. Er erreicht dabei eine
Auflösung von bis zu 100 Nanometern (Millionstel Millimeter). Ergänzen kann er diese Methode, wenn
er vier Laserstrahlen räumlich undzeitlich so exakt überlagert, dasssich ein periodisches Interferenzmuster ergibt. Der Vorteil dabei ist,
dass großräumige Strukturen vonbis zu mehreren Kubikmillimeternbei einer Auflösung im Nanometerbereich hergestellt werden können. „Der Clou an photonischen
Kristallen wäre“, so seine Vision,„wenn es gelänge, ein Material mit hohem Brechungsindex zu
verwenden, damit man das Licht
quasi um die Ecke lenken kann.
Die heute üblichen Glasfasern zur
Datenübertragung laufen in recht
großen Bögen, und ein Knick von
90 Grad würde die Telekommunikation revolutionieren.“mkNaturwissenschaftlicher Unterricht

Schule als Laborls in den letzten Jahren kurz
hintereinander die vergleichenden internationalen Schulleistungsstudien TIMSS und PISA nur
schwache bis mittelmäßige Werte
für deutsche Schülerinnen undSchüler ans Tageslicht brachten,
wurde deutlich, dass hinsichtlich
Unterricht und Schülerleistungenempirische Daten fehlten, um die
zahlreichen Fragen einer irritierten„Warum schnitten deutsche
Schüler in Vergleichsstudienso schlecht ab?“Öffentlichkeit zufrieden stellend
beantworten zu können. „In diesem Zusammenhang ist es unter
anderem wichtig zu wissen, welche
Aufgaben die Lehrer im Unterricht
eigentlich verwenden,“ sagt Paul
Jatzwauk, „sonst wird man nie
wissen können, warum die Schüler schlecht waren“. Konnten sie
die Aufgaben der Leistungstests
wirklich nicht lösen, oder waren
sie es nur nicht gewohnt, mit einer
bestimmten Art der Fragestellung
umzugehen?
Paul Jatzwauk, der in Leipzig ein Lehramtsstudium mit den
Schwerpunkten Geschichte und
Biologie absloviert hat, schreibt
an der Universität Duisburg-Essen
nun seine Doktorarbeit über den„Einsatz von Aufgaben im Biologieunterricht“. Obwohl Aufgaben
hinsichtlich der Schülermotivation
und des Lernerfolges von zentraler
Bedeutung seien und Lehrer häufig
ihren Biologieunterricht mit Hilfevon Aufgaben strukturierten, gebe
es zu deren Verwendung kaum
nennenswerte empirisch gestützte

Videoaufnahmen sind ein wichtiges
Instrument für die empirische
Forschung im Graduiertenkolleg„Naturwissenschaftlicher Unterricht“.

Erkenntnisse, skizziert Jatzwauk
die Situation.
Seine Arbeit ist Teil eines
umfangreichen
Forschungsprogramms im Graduiertenkolleg„Naturwissenschaftlicher Unterricht“, das in Essen einer gleichnamigen Forschergruppe angegliedert ist. „In enger Verzahnung
untersuchen wir die Probleme desnaturwissenschaftlichen
Unterrichts sowohl auf der individuellen
Ebene der Schülerinnen und Schüler, der Ebene des Unterrichts undauf der schulsystemischen Ebene“,
erklärt die Sprecherin des Kollegs,Professor Elke Sumfleth.
Psychologen, Fachdidaktiker
der Chemie, Physik und Biologie
sowie Bildungsforscher haben sichin Essen zu einer eng vernetzten
Forschungzusammengefunden
und geben gemeinsam dem Forschungsschwerpunkt „Empirische
Bildungsforschung“ an der Universität in Essen ein interdisziplinäres
Gesicht. Insbesondere die Zusammenarbeit mit den beteiligten
Psychologen hat Sumfleth, selbst
Chemikerin, zu schätzen gelernt:„Von dort kommt die Methoden-

kompetenz für unsere empirische
Forschung, deren Rolle in der
Didaktik der Naturwissenschaftenin Deutschland in der Vergangenheit vielleicht etwas unterschätzt
wurde.“
Wohl einmalig an einer deutschen Universität ist die Vernetzung zwischen einer DFG-geförderten Forschergruppe und einem
Graduiertenkolleg. „Die Dissertationen der Stipendiaten werdensowohl in theoretischer als auch inforschungsmethodischer Hinsicht
eng an die Forschergruppe gebunden, die sich in interdisziplinären
Projekten mit der Verbesserung desnaturwissenschaftlichen Unterrichts
befassen“, sagt Elke Sumfleth.

„Die Promotionsarbeiten
sind eng an die DFGForschergruppen gebunden.“
Im Projekt „Aufgaben im naturwissenschaftlichen Unterricht“ hatPaul Jatzwauk für seine Doktorarbeit eine Stichprobe von 25 Bio-

Graduiertenkolleg Naturwissenschaftlicher UnterrichtAlogiestunden in der Klassenstufe
9 bei 25 verschiedenen Lehrern
an verschiedenen Gymnasien in
Nordrhein-Westfalen ausgewählt.
Sein analytisches Interesse gilt den
Merkmalen und Anforderungender im Biologieunterricht eingesetzten Aufgaben, der Art und
Weise ihrer Verwendung sowie
den Schwierigkeiten der Schülerbei deren Bearbeitung.
Um die Unterrichtsstunden zu
protokollieren, nutzt er Videoaufnahmen, denn mit dieser Methode kann er den Prozesscharakter„Das Experimentieren
stellt hohe Anforderungen
an das Lernen.“des Unterrichts gut abbilden undspäter Interaktions- und Instruktionssequenzen analysieren. Für die
Auswertung der Videos hat er ein
spezielles Kategoriensystem entwickelt. Letztlich möchte er auchdie Frage beantworten, wie sich
die Charakteristika des Aufgabeneinsatzes in den Schülerleistungenwiderspiegeln. Vielleicht, so hofft
er, kann er einen Beitrag dazu leisten, dass eines Tages auf der Basisauch seiner Grundlagenforschung
Handreichungen für die Unterrichtspraxis entwickelt werden
können.
Die Diplompsychologin Hubertina Thillmann, die in Bochum studierte, hat sich in ihrer Doktorarbeit die Analyse und eine darauf
aufbauende Förderung des Lernens durch Experimentieren im
naturwissenschaftlichen Unterricht
vorgenommen. Das Experimentieren gilt unter Lehrern in diesen
Fächern weithin als Methode derWahl, um das Interesse der Schülerinnen und Schüler zu wecken,
sie zum Lernen zu motivieren, ihre
Kooperationsfähigkeit zu schulen
und ihnen nicht zuletzt auch den
naturwissenschaftlichen Weg derErkenntnisgewinnung näher zu
bringen.
Aus der Literatur und anderen
Forschungsarbeiten im Projekt„Diagnose und Förderung vonLern- und Problemlösungsprozessen im naturwissenschaftlichen

Unterricht“ weiß Hubertina Thillmann, dass – entgegen den Erwartungen – die Lernwirksamkeit von
Schülerexperimenten recht gering
ist, und sie möchte herausfinden,
warum der erwartete Lernerfolg
bislang so selten eintritt. „Einmöglicher Grund dafür könnte inden besonderen regulativen Anforderungen liegen, die das Lernen
durch Experimentieren an den
Schüler stellt“, vermutet sie, denn
im Unterschied zum gewohnten
Lernen mit Texten müssen hierbei die Informationen nicht nur
aufgenommen und behalten, sondern zuerst durch systematisches
Experimentieren selbst erzeugt
werden.
Um nun die dafür nötige regu­
lative Kompetenz zu erforschen,nutzt Hubertina Thillmann einecomputergestützte
Lernumgebung, in der die Vorgehensweise
der Schüler beim Experimentieren online erfasst wird. Sie kannanschließend zum Beispiel analysieren, wie der Schüler den Fortschritt seines eigenen Lernprozesses reguliert. „Die computerbasierte Experimentierumgebung, die
im Forschergruppenprojekt entwickelt wurde, setze ich zunächst als
Diagnoseinstrument ein“ präzisiertsie.
In einem weiteren Schritt sollen
die Ergebnisse ihrer Doktorarbeit
dazu beitragen, die Schüler undSchülerinnen einmal so individuell
fördern zu können, dass sie erfolgreicher anhand von Experimenten
in den naturwissenschaftlichen
Fächern lernen können. Odergenauer: „Dass die Lehrer sie besser zum selbstregulierten Lernen
befähigen können“.
Alexander Kauertz, der in Dortmund ein Studium der Mathematik und Physik für das Lehramt abschloss, hat sich zum Zielgesetzt, mit seiner Doktorarbeit
einen Leistungstest für Schüler der
10. Jahrgangstufe im Fach Physik
zu entwickeln. Seine Promotionsarbeit steht im Zusammenhang mit
den Forschungen im Projekt „Vernetzung und kumulatives Lernen
im naturwissenschaftlichen Unterricht“. Dabei folgt er der Idee, die
Komplexität und innere Vernetzung der Fakten und Zusammenhänge für den Physikunterricht inneuer Weise anzusprechen. „Dieübliche Aufteilung der Kapitel in
Lehrbüchern und Lehrplänen mit
den Überschriften Optik, Elektrizitätslehre oder Mechanik ist nicht
lernförderlich“, sagt er und postuliert die These, dass den Schülerinnen und Schülern das Lernen
im Fach Physik leichter fällt, wenn
sie den Stoff in seiner Vernetzung
kennen lernen. Das Konzept funktioniert auf Basis so genannter
Leitideen: „Materie, Energie oder
Wechselwirkung bieten die Möglichkeit, immer wieder auf einenbestimmten physikalischen Inhalt
zu blicken – aber immer aus einer
anderen Perspektive.“
Praktischbedeutet
Unterricht nach Leitideen, dass einmal
gelernte Begriffe in aufeinander
folgenden Jahrgangsstufen immer
weiter ausdifferenziert und vertieft
werden. Die Inhalte werden also
einerseits immer wieder aufgegriffen, andererseits im Laufe derZeit miteinander immer stärker
vernetzt. „Auf diese Weise wird
kumulatives Lernen möglich“,
sagt Kauertz, „das bedeutet, dassdie Schüler bereits Gelerntes zum
Lernen neuer Inhalte nutzen können.“
Dem Konzept der Leitideen folgend, konstruiert Kauertz Aufga-„Wie kann bereits Gelerntes
zum Lernen neuer Inhalte
genutzt werden?“ben für einen Physik-Leistungstest. Rund 150 Aufgaben müssen
es mindestens sein, damit er die
Schülerleistung messen und diag­nostizieren kann. „Die Konstruktion der Aufgaben ist der sensibelste,
schwierigste Teil meiner Arbeit“,
sagt er. Später einmal im Schulsystem etabliert, hofft Kauertz, werden Lehrer dafür sorgen wollen,
dass ihre Schüler den Test bestehen. „Dann wird es spannend. Da
die Aufgaben des Leistungstests
dem Konzept der Leitideen entsprechen, wird es in einem Backwash-Effekt dazu kommen, dasseines Tages generell der Physikunterricht nach diesem Konzept
funktioniert.“dbMolekulare Ziele von Alterungsprozessen und Ansatzpunkte der Alterungsprävention

Der Traumvom rüstigen Methusalem
it gerade 27 Jahren müsste
Tanja Maresch eigentlichandere Sorgen haben. Aber die Biochemikerin studiert mit spürbarer
Begeisterung Falten. An unserer
Körperhülle wird zuerst sichtbar,
dass Jugend vergänglich ist. Im
Laufe des Lebens häufen sich im
Organismus unausweichlich Schäden an: in der Erbsubstanz, in den
Proteinen oder Lipiden. Typische
Abbauerscheinungenoffenbaren sich auf der Haut, an Muskeln, Knochen, der Sehkraft oderam Hörvermögen. „Die Bevölkerung wird immer älter,“ sagt Tanja
Maresch und meint dies im doppelten Sinne: Die großen Erfolge inder Medizin haben unsere Lebenserwartung enorm erhöht, doch den
Prozess des Älterwerdens können
sie immer noch nicht aufhalten.

Die biologisch tickende Uhr möchten wir schon seit Menschengedenken verlangsamen, doch
beginnen wir gerade erst allmählich zu verstehen, wie das Altern
auf molekularer Ebene angestoßenwird. Tanja Maresch promoviert im
Graduiertenkolleg „Molekulare
Ziele von Alterungsprozessen und
Ansatzpunkte der Alterungsprävention“, angesiedelt am Institut
für umweltmedizinische Forschungund an der Universität Düsseldorf.
„Man weiß heute, dass oxidativer
Stress einer der Hauptmotoren ist,
die Alterungsprozesse auslösen
und unterhalten“, sagt Professor
Jean Krutmann, der Sprecher desKollegs. Diesen Stress verursachen
die freien Sauerstoffradikale oder
Oxidantien; doch welche Mechanismen sie in den Organen jeweils

genau ankurbeln, ist noch weitgehend unbekannt.
Freie Radikale entstehen alsganz normale Abfallprodukte im
Zellstoffwechsel, für den die Mitochondrien verantwortlich sind.
Mehrere hundert dieser Organellen besiedeln die Körperzellen
und verfügen über jeweils eigene doppelsträngige DNA-Ringe
mit 37 Genen, die am Stoffwechsel beteiligt sind. Wenn die Zelle
atmet, erzeugen die Mitochondrien Energie in Form von Adenosintriphosphat, kurz ATP, dabei

Wie defekte Proteine sich in
Nervenzellen verteilen und wie
ihnen der Garaus gemacht
wird, studiert Tobias Jung.

Foto: Tobias GremmelMFoto: Tobias Gremmelaber eben auch Oxidantien, die
ein ungepaartes Elektron besitzen
und deshalb sehr reaktionsfreudig sind. So kommt es zu oxidativem Stress: Um sich das fehlende
Elektron zu besorgen, greifen sie
Zellbestandteile an, darunter die
Proteine der Atmungskette unddie Mitochondrien-DNA, die fatalerweise nur langsam repariert
wird. In jungen Zellen werden die
freien Radikale von Schutzmechanismen, den Antioxidantien, in
Schach gehalten, doch während
des Alterungsprozesses verschiebt
sich das Gleichgewicht zugunsten
der aggressiven Substanzen.
Die Konzentration von freien Sauerstoffradikalen erhöht
die Geschwindigkeit, mit der wir
altern. Sie wird von den Vorgängen innerhalb der Zelle bestimmt,
aber auch durch äußere Faktoren
wie ultraviolette Strahlung oderfalsche Ernährung, die ihre destruktive Wirkung entfalten, indem
sie die Produktion von Oxidantien
anregen. „Der Forschungsschwerpunkt hier in Düsseldorf liegt in

10

der Frage, wie äußere Einflüsse das Altern anzustoßen und zu
beschleunigen vermögen“, erklärt
Jean Krutmann. „Das Institut fürumweltmedizinische Forschungist auf diesem Gebiet einmalig in
Deutschland.“
Eine Quelle für frühzeitiges
Altern ist die Sonnenstrahlung.
„Wer seine Haut ständig der Sonne
aussetzt, wird mit Lichtalterung„Jeder Doktorand hat
mehrere ,Komplementär'Doktorväter.“
bestraft“, erklärt Tanja Maresch.
„Wir wissen bereits, dass lichtgealterte Haut mehr Mutationen inder Mitochondrien-DNA aufweist.
Dabei spielen reaktive Sauerstoffspezies eine Rolle.“ Sie möchte
herausfinden, wie die Mutationen,
der oxidative Stress und alterungsbedingte Zellveränderungenzusammenhängen, und vermutet,

dass der Prozess einen Teufelskreis
in Gang setzt: Die UV-A-Strahlung
dringt bis in die Dermis, die Lederhaut, ein und produziert die reaktiven Sauerstoffspezies, die dannunter anderem Mutationen in der
mitochondrialen DNA verursachen. Dadurch werden die Proteine
falsch codiert, die Atmungskette
bekommt Defekte, und es entstehen noch mehr freie Radikale.
„Der Effekt, so unsere These, verstärkt sich dann von allein.“ Siekonzentriert sich in ihrer Arbeit auf
eine ganz bestimmte Mutation, dieso genannte Common deletion, die
etwa ein Drittel des mitochondrialen Genoms umfasst. An einem
Hautäquivalentmodell will sie den
Schaden exakt messen: Primäre,
mit Kollagen gemischte Hautzel-

Tanja Maresch untersucht,
welchen Schaden zu viele
Sonnenbäder in Mitochondriender Hautzellen anrichten.

Foto: Ilaria Dalla Rosa

In den Mitochondrien, den
Energieversorgern der Zellen, sind
Prozesse des Alterns angelegt.
Die grüne Färbung ist durch
Fluoreszenzmarkierung entstanden.

len fügen sich zu einer dreidimensionalen Matrix zusammen,
auf der sie Keratinozyten, Zellen
aus der oberen Hautschicht, der
Epidermis, aussäen kann; so entsteht ein zentimetergroßes Modell,das den natürlichen Aufbau derHaut genau widerspiegelt. Es hatenorme Vorteile, da Zellkulturen
anders reagieren als lebendige
Haut und da Versuchspersonen
natürlich nicht endlos bestrahlt
werden können.
Mit der Wirkung von UV-Strahlung auf das mitochondriale Genombeschäftigt sich auch Ilaria Dalla
Rosa, die in Bologna Biologie studiert hat. Die Italienerin hat es auf
die Topoisomerase II abgesehen,
ein Enzym, das erst unzureichend
verstanden ist. „Eigentlich ist es
lebensnotwendig“, sagt sie, „denn
Vorgänge wie die Zellteilung können nicht ohne Topoisomerase II
funktionieren“. Das Enzym manipuliert die Topologie der Zellkern­DNA, indem es die Moleküle
dreht, spaltet oder zusätzlicheWin­dungen in den Doppelstrang
einfügt; dadurch bringt es wieder
Ordnung in die Erbsubstanz, wenndiese sich bei Lese- oder Kopierprozessen verwirrt. Auch in der
DNA der Mitochondrien spielt das
Enzym eine Rolle. „Die Topoisomerase II wird aktiv, wenn durch

UV-Licht Schäden entstanden
sind,“ sagt Ilaria Dalla Rosa, aberhier beginnt die Crux: Das Enzym
erkennt die Schäden und reagiert
darauf mit Doppelstrang-Brüchen
und Selbstzerstörung. Möglicherweise, so vermuten die Wissenschaftler, verstärkt dieser Mechanismus kleine Defekte so sehr, dasseine Degeneration des ganzen
Genoms die Folge ist. Ilaria Dalla
Rosa möchte herausfinden, ob die
Mutationsrate beschleunigt wird,
wenn die Zelle bei UV-Bestrahlungzu viel Topoisomerase II produziert,
diese also „überexprimiert“. Und
können vielleicht Antioxidantien
dies verhindern oder Topoisomerase-II-Hemmer die Lichtalterung
verlangsamen?
Das Forschungsfeld dieses seit
Sommer 2004 bestehenden Graduiertenkollegs ist recht scharf fokussiert. Das bietet den Vorteil einer
sehr engen Zusammenarbeit, zum
Beispiel auch zwischen dem Kolleg
und dem Sonderforschungsbereich
der DFG „Molekulare und zelluläre Mediatoren exogener Noxen“.
„Die Kollegiaten werden sehrintensiv betreut“, versichert Jean
Krutmann. So muss jeder Doktorand auch in anderen Labors arbeiten, hat quasi neben dem eigenen
noch weitere Komplementär-Doktorväter, die entsprechend Feedback geben.
„Es ist gut, außer unserem eigenen Mosaiksteinchen auch andere
wahrzunehmen“, bestätigt Tobias
Jung. Sein Puzzleteil ist ein Proteinkomplex, der wie eine Art Müllabfuhr agiert: das Proteasom. „Wenn
Oxidantien eine Zelle belasten,entstehen fehlerhafte Proteine, dieihre Aufgabe nicht mehr erfüllen
können und entfernt werden müssen. Das macht das Proteasom.“
Zurzeit arbeitet der Stipendiat an
Neuronen, die er aus dem Hippocampus von Mäusen gewonnen hat
und die er biochemisch unter Stresssetzt, etwa mit Wasserstoffperoxid,das sich in ein sehr unangenehmes
Radikal verwandelt, wenn es in derZelle auf Eisen, Kupfer oder Zink
trifft. So kann er beobachten, wie
sich die geschädigten Proteine verteilen und wie das Proteasom dieseabbaut.
Eines der großen Probleme unse­
rer recht betagten Gesellschaft sindneurodegenerative Erkrankungen,die Mediziner auch Demenz nennen. Wenn Teile des Gehirns im
Alter versagen, liegt es, so vermutet man, auch an oxidativem
Stress und daran, dass die Schutzmechanismen in der Nervenzellenicht mehr funktionieren. Morbus
Alzheimer ist von allen DemenzErkrankungendiehäufigste.
Neben den amyloiden Plaques,
früh auftretenden Ablagerungenzwischen den Neuronen vor allem
im Hippocampus und in der Großhirnrinde, sind Bündel aus „TauProtein“ ein charakteristisches
Kennzeichen bei Alzheimer. Die
Tau-Proteine verklumpen in einer
späteren Phase der Erkrankung in
den Nervenzellen selbst und verstopfen ihre Leitwege. Ihre Dichte
steht in direktem Zusammenhang
mit dem geistigen Verfall. Das Proteasom erkennt offenbar dieses
fehlerhafte Protein nicht. „Es exis-„Es ist gut, auch andere
Mosaiksteinchen im Kollegwahrzunehmen.“tieren schon Medikamente, welche
die Aktivität des Proteasoms beeinflussen“, so Tobias Jung. Weil sie
aber noch in den Kinderschuhen
stecken, gibt es für Wissenschaftler
wie ihn noch viel zu tun.
Auchbei
Demenz-Erkrankungen sind wahrscheinlich Risikofaktoren aus der Umwelt wie
die Ernährung oder Feinstaub im
Spiel. Ob es um so schwer wiegende Alterserscheinungen wie
Alzheimer oder Gebrechlichkeit
geht oder „nur“ um Schönheitsfehler wie eine erschlaffende Haut
– wir alle möchten gern lange
leben, ohne alt zu werden. Die eineoder andere Art von Jungbrunnen
verspricht schon längst die Indust­
rie mit Anti-Aging-Mitteln: vonCremes über Hormonersatz bis zu
Nahrungsergänzungsstoffen. „Dagibt es aber auch viel heiße Luft“,
urteilt Jean Krutmann. „Deshalb
haben wir Wissenschaftler einebesondere Verantwortung, fundiert und ehrlich an einem Problem
zu arbeiten, das uns alle berührt.“ mk11

Sensorische Photorezeptoren in natürlichen und artifiziellen Systemen

Wandlungen durch Licht
L

icht ist die Hauptenergiequelle
für das Leben auf unserem Planeten. Den Pflanzen gelang es inder Evolution, mit Hilfe von Chlorophyll die Energie des Sonnenlichtes
zu nutzen. Licht dient den Organismen als Informationsquelle, Licht
ist Katalysator vieler chemischer
Prozesse, Licht lässt sich mittels
der Photovoltaik direkt in Stromumwandeln, und Ärzte schätzen
Licht als Bestrahlungsmedium zur
Heilung vieler Krankheiten. Aber
die damit zusammenhängenden
Stichworte „Photosynthese“, „Photosensorik“, „Photochemie“ und„Phototherapie“ deuten an, warum
unser Wissen von der Licht-Materie-Wechselwirkung immer nochsehr unvollständig oder lückenhaft
ist: „Um zu fundamentalen neuen
Erkenntnissen zu kommen“, sagt
Professor Bernhard Dick, Sprecher
des Graduiertenkollegs „Sensorische Photorezeptoren in natürlichen und artifiziellen Systemen“
an der Universität Regensburg,„müssen Biologen und Physiker,
Chemiker und Mediziner interdisziplinär zusammenwirken, und das
hat noch keine allzu lange wissenschaftliche Tradition, ist mit einem
teilweise schwierigen Lernprozess
verbunden.“
Bernhard Dick ist Chemiker,
sein Fachgebiet die Spektroskopie.
Als er zum Kreis der Betreuer im
Graduiertenkolleg stieß, dachte er
zunächst, es ginge nur darum, sichmit seinen Fachkenntnissen nützlich zu machen. Sehr schnell stellte
er dann aber fest, dass er sich auf
ein wissenschaftliches Abenteuer
eingelassen hatte, das ihn immer
noch fasziniert und anspornt: „Zumeiner Schulzeit war die Biologie
noch eine mehr deskriptive Wissenschaft, so dass ich selbst hier im
Graduiertenkolleg plötzlich unendlich viel Neues aus der Molekularbiologie lerne.“
Es geht in dem Graduiertenkolleg darum, Prinzipien natürlicher
Photorezeptoren zu verstehen und
Konzepte für möglichst einfache12

künstliche Photosysteme zu entwickeln. Von Anfang an war es füralle Beteiligten eine Herausforderung, sich auf die unterschiedlichen
Fachsprachen der beteiligten Disziplinen – Physik, Biologie, Chemie
und Medizin – einzustellen undeine gemeinsame Sprache zu entwickeln. Die gegenwärtig vierzehn
Stipendiaten des Graduiertenkollegs sind mit ihren Doktorarbeiten
an den Schnittstellen von Medizin,
Chemie, Physik und Biologie in die
vorderste Front international ausgerichteter Grundlagenforschungeingebunden, denn viele Details
der Mechanismen, wie Organismen Lichtsignale empfangen undverarbeiten, sind noch völlig unbekannt.
„Zur Wechselwirkung von Materie und Licht kann ein Physiker
etwas anderes sagen, als ein Chemiker oder Biologe“, sagt Bernhard
Dick. So wie er selbst versäumen
darum auch seine Kollegen nur
selten die wöchentlich angesetzte Ringvorlesung des Kollegs, dieüber einen Zyklus von mehreren
Semestern den Kollegiaten – ebenfalls Mediziner, Biologen, Physiker oder Chemiker – eine Tourd’Horizon zum aktuellen Wissensstand der Lichtabsorption liefert.
„Fast täglich wird auf unserem
Forschungsgebiet neues Wissen
erarbeitet“, berichtet Bernhard
Dick. Inzwischen sind sechs Gruppen von Photorezeptoren bekannt:
Rhodopsine, Phytochrome, Xanthopsine, Cryptochrome, Phototropine und die so genannten BLUFProteine. Die vier letzten Gruppen
sind Blaulichtrezeptoren – Stoffealso, die Licht zwischen 400 und
500 Nanometer Wellenlänge absorbieren. Die letzten drei davon kennzeichnet eine Flavin-basierte Photochemie. „Das wissen wir allerdings
erst seit wenigen Jahren, und an
der Entschlüsselung der Reaktionsmechanismen waren Regensburger
Forscher aus dem Graduiertenkolleg entscheidend beteiligt“, sagt
Dick nicht ohne Stolz.

Flavine sind natürliche, gelbe
Farbstoffe; eine wichtige Substanz
dieser Gruppe ist das zum VitaminB2-Komplex gehörende Riboflavin.
Dick hat im Graduiertenkolleg die
Tücken interdisziplinärer Zusammenarbeit schon kennen gelernt,
denn das chemische Verhalten derFlavine hielt eine Überraschungbereit: Ganz selbstverständlich war
er bei einer Forschungsarbeit vonder für Chemiker nahe liegenden
Annahme ausgegangen, dass die
Reaktionen von Flavin-Prote­inen„Biologen, Chemiker,
Mediziner, Physiker finden
eine gemeinsame Sprache.“nach einer Redoxreaktion verlaufen, also Elektronen übertragen
würden. Es stellte sich dann aberheraus, dass etwas ganz anderes
passierte: „Es wird bei der lichtgetriebenen Reaktion eine richtige chemische Bindung zwischen
dem Flavin und einer Aminosäure
gebildet, die sich dann nach einigen Minuten wieder auflöst.“ FürDick ein Beleg dafür, dass „vermeintlich sicheres Fachwissen an
den Disziplingrenzen mit Vorsicht
zu betrachten ist.“
Christian Vogl untersucht nun inseiner Doktorarbeit solche Proteine, die eine Flavogruppe tragen.
„Dazu eignen sich am besten Proteine, die modifizierte, also radioaktiv
markierte oder im Redoxpotenzial
veränderte Flavogruppen tragen“,
berichtet er. Um sie zu erhalten,
entfaltet man bislang die Proteinstrukturen, tauscht die natürlichen
Flavogruppen gegen synthetische
aus und bringt schließlich das Protein wieder in seine Ursprungskonfiguration zurück. Da die Ausbeute an modifizierten Flavoproteinenbei diesem Verfahren relativ gering
ist, will Vogl ein Expressionssystem
auf Basis des Bodenbakteriums
Bacillus subtilis aufbauen: „Das

Zwei mal Bacillus subtilis: Rechts
eine Kultur, die genetisch soverändert wurde, dass sie Riboflavinüberproduziert und in das umgebende
Kulturmedium abgibt. Links die
genetisch unveränderte Kultur, die
nur soviel Riboflavin produziert,
wie sie selbst braucht. Davon gibt
sie nichts ins Medium ab, so dasshier auch keine Fluoreszenz im
ultravioletten Licht zu sehen ist.

ren: „Es müssen also noch weitere
Photorezeptoren existieren“, vermutet Bachleitner und hat dafürauch einen Kandidaten: „Es könnte
das Gen mit der Bezeichnung Rh7
sein, ein siebtes Rhodopsin also,
dessen Sequenz im Genom derFruchtfliege entdeckt wurde.“
Bachleitner hat nun eine Mutante der Fruchtfliege erzeugt, in der
das Rh7 überexpremiert, also stark
angereichert wird, und will deren
Verhalten mit Knock-out-Fliegenvergleichen, die kein Rh7 haben.
„Bei meiner Arbeit hier im Graduiertenkolleg geht es um Zellmembranen“, berichtet Christian Horn. Jede Zelle ist von einer
Membran umgeben, die zum Beispiel Rezeptoren zur Signalweiterleitung enthält oder solche, andenen Viren andocken, um die
Zelle zu infiltrieren. Eine wichtige Art von Proteinen innerhalb
der Zellmembran sind so genannte Ionenkanäle. „Nach zahllosen
Versuchen und ständigen Verbesserungen gelang es erstmals Erwin
Neher und Bert Sakmann 1976,
den Ionenstrom durch einzelne
Kanäle in der Zellmembran einer
Muskelfaser zu messen“, berich-tet Horn, „1991 bekamen sie dafürden Nobelpreis.“
Die heute üblichen Techniken,
Zellmembrane künstlich aufzubauen und in ihrer Funktion zu testen,haben immer noch ihre Tücken.
Unbefriedigend ist es sowohl, sie
vor einer Art Lochblende aufzuspannen – denn so halten sie nicht
lange –, als auch auf einen festen
Untergrund zu legen, denn dannkann man auf einer Seite nicht
messen. Horn hat nun als Untergrund eine nanostrukturierte
Oberfläche aus porösem Aluminiumoxid entwickelt, die es erlaubt,
zu beiden Seiten der Membran
die Diffusionsprodukte zu messen.
Getestet hat er sie mit Bacteriorhodopsin, einem Protein, das unter
Lichteinwirkung Protonen durch
die Membran transportiert.
Horns Doktorarbeit nähert sichdem Ende: „Den Stromfluss konnte
ich messen“, sagt er „und das übermehrere Tage hinweg.“ Bei konventioneller Messanordnung hätte
das System nur ein paar Stunden
funktioniert. Aufgrund ihrer Langzeitstabilität ist seine Technik möglicherweise für die Entwicklung
von Biosensoren von Interesse. db

Christian Vogl

Bakterium soll die Information
erhalten, möglichst viel von einem
bestimmten Protein zu produzieren
und zugleich die von außen zugeführten künstlichen Flavine übereinen Transportmechanismus aufnehmen und in die gewünschten
Proteine einbauen.“ Wenn alles
gut geht, hätte er „zwei Fliegen
mit einer Klappe“ geschlagen,nämlich einerseits eine „ergiebige
Produktion“ von Flavoprotein, um
die Blaulicht-Absorption sowie diesich daran anschließenden Reaktionen im Protein studieren zu können, und zudem hätte er eine Variation von künstlich modifizierten
Proteinen erhalten. Stolpersteine
gibt es genügend: „Zunächst gilt
es den Mechanismus der Aufnahme des künstlichen Riboflavins in
das Bakterium zu untersuchen.
Geht das wirklich? Und wenn ja,kann ich das optimieren?“
Wolfgang Bachleitner ist auf
der Suche nach einem noch unbekannten Photorezeptor, der die
innere Uhr von Taufliegen synchronisiert. Um sich täglich an den
24-Stunden-Rhythmus der Erdeanzupassen, nutzen viele Organismen Licht als Zeitgeber. „Bei derTaufliege Drosophila melanogaster konnte nachgewiesen werden,
dass mehrere Photorezeptoren
beziehungsweise -pigmente für die
Synchronisation dieser circardianen Oszillation genutzt werden“,berichtet Bachleitner: „Die Komplexaugen, die Stirnaugen, dasso genannte Hofbauer-BuchnerÄuglein und der Blaulichtrezeptor
Cryptochrom.“ Verblüffend ist nun– diese Erkenntnis wurde im Graduiertenkolleg gewonnen –, dassso genannte Knock-out-Mutanten,
denen diese Rezeptoren komplettfehlen, dennoch auf Licht reagie-

13

Konflikt und Kooperation zwischen sozialen Gruppen

Fallstricke der Wahrnehmung
E

dpa-Fotoreportnde 2004 wurde der niederländische Filmemacher Theo vanGogh, der mit seinen Ansichtenüber islamische Traditionen provozierte, von einem marokkanischen
Immigranten ermordet. In den
Niederlanden, die auf ihre liberale
Einwanderungspolitik bis dahinso stolz waren, kam es daraufhin
zu einem Ausbruch von Fremdenfeindlichkeit, der zahlreicheMoscheen und Koranschulen in
Flammen aufgehen ließ. Welche
Mechanismen sind dafür verantwortlich, dass sich Muslime in den
Niederlanden nach dem Mordnicht mehr heimisch fühlen dürfen? Wie entstand und verbreitete
sich das neue Wir-Gefühl, das „dieanderen“, die Muslime, nun ausschließt?
„Die anderen – dieser Begriff
lässt sich höchst flexibel auslegen“,sagt Professor Amélie Mummendey,
Sozialpsychologin und Sprecherin
des Graduiertenkollegs „Konflikt
und Kooperation zwischen sozialen Gruppen“ an der Universität
Jena. Bei einem Bundesligaspiel
nimmt zum Beispiel der Fan aus
Mönchengladbach die Fußballer

14

aus München als „die anderen“
wahr. Bei einem Länderspiel hingegen gehören sie zu „seiner“ Nationalmannschaft – auch wenn die
Gegner aus den viel näher gelegenen Niederlanden kommen.
Die Psychologin Mirjam Dolderer hat den Mordfall Theo vanGogh zum Ausgangspunkt ihrer
Doktorarbeit genommen. Ihr Inte­resse gilt der Stereotypenforschung.
„Bislang wurde meist untersucht,
ob es die Wahrnehmung einer
ganzen Gruppe positiv beeinflussen kann, wenn ein Mitglied dieser
Fremdgruppe Achtung genießt“,
berichtet sie. Aus der Literatur ist
allerdings bekannt, dass dies inder Regel nicht so ist. Die positive Wahrnehmung eines Einzelnen wird nicht verallgemeinert,
sondern als Ausnahme betrachtet,„ein Prozess, der in der Psychologie als Subtyping bekannt ist“.
In ihrer Doktorarbeit untersucht
Dolderer nun, was passiert, wennumgekehrt ein Mitglied einer sozialen Gemeinschaft in extremer
Weise die seiner Gruppe zugeschriebenen Eigenschaften oder
Verhaltensweisen bestätigt, wie

der Mörder von van Gogh. Psychologen nennen dies ein Stereotyp.
„Verstärkt sich dann das Stereotyp?“
Um die Frage zu beantworten,
hat Dolderer zunächst anhandeines Fragenkatalogs ermittelt,
wie die Bevölkerung Menschenarabischer Herkunft wahrnimmt.
Neben dieser eigentlichen Vergleichsgruppe befragte sie eine
weitere Gruppe, die sie zugleichbat, auch über ihre Erinnerungen
an die Details des Mordes an van
Gogh Auskunft zu geben. Eine
dritte Gruppe sollte sich an Einzelheiten des Mordes an Rudolph
Mooshammer in München Anfang
dieses Jahres erinnern. Das Ergebnis: Diejenigen, die an den Mordan Mooshammer erinnert wurden,
beurteilten Menschen arabischer
Herkunft wesentlich negativer. Im
Unterschied dazu veränderte sichdieses Bild durch die Erinnerung
an den van Gogh-Mord nicht.
Das Verhalten eines Einzelnen
hatte also zu einer Verstärkung
des Stereotyps beigetragen, „allerdings nicht dort, wo ich es erwartet hätte“, sagt Dolderer, „nach
Erinnerung an den MooshammerMord war das Bild von Menschenarabischer
Herkunftdeutlich
negativer, obwohl diesem Mord
– anders als in den Niederlanden – kein Intergruppenkonflikt,
sondern Habgier zugrunde lag“.
Unterschiedliche Erklärungsmuster will Mirjam Dolderer nun ineiner Folgestudie überprüfen.
Die Dynamik und die Veränderungsprozesse innerhalb undzwischen Gruppen ist Thema der
Forschung in Jena. „Je globaler
die Welt wird, um so mehr werden damit einhergehende Lager-

Der offenbar religiös-fundamentalistischmotivierte Mord an Theo van Gogh– hier Teilnehmer der Beerdigung in
Amsterdam – brachte die Bevölkerung
der Niederlande in Rage.

bildungen ein Problem“, sagt
Professor Peter Noack, der in
Jena Pädagogische Psychologie
lehrt und am Graduiertenkolleg
mitwirkt. „Schauen Sie sich an,
was geschieht, wenn zwei Unternehmen fusionieren oder zwei
benachbarte Schulen zusammengelegt werden sollen. Da prallen
die gewachsenen Vorstellungenvon Gruppen aufeinander, und
Lösungen liegen meist nicht leicht
auf der Hand“, unterstreicht Amélie Mummendey die Relevanz desForschungsgebietes.
„Das Graduiertenkolleg ist
ein fantastischer Kristallisationspunkt, um die Forschung zu den
Intergruppenbeziehungen voran­
zubringen“, sagt seine Sprecherin, „neben den Doktoranden
haben wir Postdocs eingebunden,
und unsere Arbeit hier strahlt bis
in das Grundstudium aus“. Von
vornherein hat sie ein internationales Kolleg im Fach Psychologie
geplant und eingerichtet. Beteiligt
sind drei weitere Universitäten in
Großbritannien und Belgien. „Das
Fach ist international, und im Kollegenkreis sorgt nun unser Graduiertenkolleg für Überlappungender verschiedenen Subdisziplinen,
der entwicklungspsychologischen,pädagogischen oder sozialpsychologischen Perspektiven“, merkt
Peter Noack an.
Die Universität Jena hat die mit
dem Kolleg verbundenen Chancen für die universitäre Forschungerkannt und als Sitz eine Villa ganzin der Nähe des Instituts für Psychologie zur Verfügung gestellt.
„Dieser relativ luxuriöse Rahmen
ist nicht zu unterschätzen, um eine
eigene Identität im Kolleg herauszubilden. Er sorgt zudem für den
Druck, auch etwas Gutes zu leisten“, sagt Amélie Mummendey. Sie
weiß, dass die Entwicklungsphaseeines Graduiertenkollegs „eine
komplizierte, komplexe Angelegenheit ist.“ Unterschiedliche
Lebensphasen und Zielsetzungentreffen aufeinander, Regeln müssen geschaffen werden und sich inder Praxis als tauglich erweisen.
Seit Anfang 2004 ist Daniel
Geschke Mitglied im Graduiertenkolleg. In seiner Doktorarbeit
untersucht er das Phänomen der
Akkulturation, also den Prozess

des Zusammenwachsens verschiedener Kulturen. Hierzu hat Geschke die Bewohner jenes Jenaer
Stadtteils nach ihren EinstellungenFremden gegenüber befragt, indem es Mitte letzten Jahres erheblichen Wirbel um den Standort
eines neuen Asylbewerberheims
gegeben hatte. „Und das, obwohl
es nur um etwa 100 Asylbewerberging – eine gegenüber der deutschen Majorität von rund 20 000 Einwohnern vernachlässigbar geringe
Anzahl.“ Geschke hat die Meinungen der Einwohner über Ausländer in zwei Befragungsrunden„Die Psychologie ist
international, und so ist es
auch das Graduiertenkolleg.“
erfasst – einmal vor der Öffnung
des Asylbewerberheims und ein
andermal geraume Zeit danach. So
will er ermitteln, ob die ursprünglichen Befürchtungen mit den tatsächlichen Wahrnehmungen im
Alltag übereinstimmen.
„Die ersten Ergebnisse meiner
Arbeit zeigen zum Beispiel, dassdie ortsansässigen Deutschen nicht
bereit waren, fremde Elemente inihre eigene Kultur aufzunehmen“,berichtet er. Tatsächlich wird
Akkulturation häufig von Vorurteilen oder Ängsten vor Gewalt
und Kriminalität begleitet, weiß er,
obwohl ein solcher Prozess für die
gastgebende Bevölkerung häufig
von großem Nutzen ist. Insofern
haben ihn seine ersten Ergebnisse
auch nicht erstaunt. Zu bestätigen
scheint sich seine Hypothese, dassdie Wahrnehmungen der Befragten
mit ihren individuellen politischen
Vorlieben korrelieren. „Was ich
darüber denke, was die Fremden
wollen, versetzt mich entweder ineine positive oder negative Grundstimmung ihnen gegenüber und
ist auch leitend in der Frage derPolitik, die ich den Fremden gegen­über angewendet wissen möchte.“
Die meisten sprachen sich in derersten Fragerunde für eine Politik
der Assimilation aus, wünschtenalso, dass die Migranten sich dervorherrschenden deutschen Kultur
anpassen sollten. Geschke ist nun

gespannt, was die zweite Fragerunde hervorbringt. Haben sich Vorurteile verstärkt? Oder aber, und daswürde ihn freuen, haben sich vielleicht auch Wahrnehmungen des
Fremden im Prozess der Akkulturation positiv verändert?
Die Psychologin Ilga Vossen
steht kurz vor dem Abschluss ihrer
Doktorarbeit. Sie hat im Graduiertenkolleg Daten zu einem Phänomen zusammengetragen, das sie„Lack of fit“ nennt. Das hat etwas
damit zu tun, das Mitglieder einer
Organisation Vorstellungen darüber haben, wie das Idealbild eines
Mitgliedes aussieht. „Ein solcher
idealtypischer Prototyp wird, etwa
in einem Unternehmen, zum Maßstab für die Bewertung der Mitarbeiter“, sagt Vossen.
Lack of fit beschreibt nun die
individuelle Abweichung von diesem Idealbild, wobei die Vorstellungen darüber kontext- und oft
branchenabhängig sind. Erst vor
wenigen Jahren konnte die Bedeutung des Lack of fit für die Auswahl von Bewerbern experimentell
nachgewiesen werden: Leistungenwurden zum Beispiel schlechter
bewertet.
Ilga Vossen hat nun analysiert,
wie Frauen sich in Organisationen
selbst wahrnehmen, und festgestellt, dass sie sich je nach Ausprägung des Lack of fit völlig anders
verhalten: „Wenn Frauen sich ineiner Organisationsstruktur als
nicht gut passend empfinden – etwa
in einem von Männern dominierten
Technikumfeld –, dann identifizieren sie sich wenig mit ihrer eigenen
Gruppe, also mit ihren weiblichen
Kollegen.“ Andererseits konnte
Vossen feststellen, dass eine hohe
Prototypikalität – etwa von Frauen
in der Werbe- und Marketingbranche – bewirkt, dass sie sich stark
mit ihrer Gruppe, den Frauen im
Unternehmen, identifizieren.
„Diese unterschiedlich ausgeprägte Gruppenidentifikation mit
den weiblichen Kollegen beeinflusst entscheidend, wie stark sichFrauen für ein Unternehmen einsetzen und wie viel sie leisten“,zieht Vossen ein Fazit, denn „Frauen sind bereit, sich stärker für die
Organisation einzuetzen, wenn sie
als prototypisch wahrgenommen
werden.“ db15Geschlechtsspezifische Mechanismen bei Myokardhypertrophie

Frauenherzen, MännerherzenW

enn das Herz nicht mehr richtig schlägt, ist die Lebensqualität sehr stark beeinträchtigt.
Etwa 10 Prozent aller Menschenüber 70 Jahre leiden an einer solchen Herzinsuffizienz, bei der die
Pumpfunktion unseres wichtigsten Muskels eingeschränkt ist. Die
Folge ist meist Herzversagen. Eineder häufigsten Ursachen für eine
Herzinsuffizienz ist die Myokardhypertrophie, ein krankhaft gesteigertes Wachstum des Herzens. Wir
kennen das Phänomen vor allemvon Leistungssportlern, aber auch
der ganz normale alltägliche Stress
trägt dazu bei, dass sich der Muskel vergrößert. Ein hoher Blutdruckoder Herzklappenfehler sowie eine
erbliche Disposition sind weitere
begünstigende Faktoren. Anfangs
ist dieser Effekt durchaus gesund,denn das Herz passt sich einfachden Belastungen an. Im späteren
Stadium allerdings hat die Hypertrophie fatale Konsequenzen, diedamit beginnen, dass zum Beispiel
die Blutversorgung des vergrößerten Organs nicht mehr gewährleistet ist oder die Umbauprozesse
fehlgesteuert werden.
Erst in den letzten zehn Jahren
haben Mediziner durch Bevölkerungsstudien erfahren, dass die
Herzen von Männern und Frauen unterschiedlich funktionieren.
Junge Frauen sind offenbar vor
Herz-Kreislauf-Erkrankungen besser geschützt als Männer; wennjedoch erst die Menopause eingesetzt hat, treten solche Leiden nicht
nur häufiger auf, sie verlaufen auchschwerer, und die Frauen sterben
früher. Warum aber ist dies so? Im
Tier- und Zellkultur-Experimentsind geschlechtsspezifische Einflüsse noch unzureichend erforscht.
„Wir haben uns vorgenommen,
die Wissenslücke zu füllen“, sagt
Professor Vera Regitz-Zagrosek,
die Sprecherin des Graduiertenkollegs „Geschlechtsspezifische
Mechanismen bei Myokardhypertrophie“, in dem Gruppen aus dem
Deutschen Herzzentrum Berlin,
16

der Charité, dem Max-DelbrückZentrum für molekulare Medizin
und der Freien sowie HumboldtUniversität mit Förderung durch
die DFG zusammenarbeiten. Früher haben die biomedizinische unddie pharmazeutische Forschung
Geschlechterunterschiedevernachlässigt. Männliche Versuchstiere standen im Vordergrund, undklinische Studien schlossen überwiegend Männer ein.
Die Erkenntnis, dass Frauennach den Wechseljahren schwerer
von Myokardhypertrophie betroffen
sind, legt die Vermutung nahe, dassdas Östrogen dabei eine entscheidende Rolle spielt. Da die Eierstöcke
in dieser Lebensphase allmählich„Unser Dialog mit
Medizinern schärft den Blickfür klinische Probleme. “
aufhören, dieses Sexualhormon zu
bilden, könnte es eine Schutzfunktion haben. Tierexperimente haben
diese Annahme bereits bestätigt:
Ratten mit einem Mangel an Östrogen entwickelten eine Hypertrophie, andere, denen Östrogen verabreicht wurde, hingegen nicht.
Über die Gründe möchte Thi Hang
Pham mehr herausfinden. Die Biologin, die in Vietnam geboren undin Deutschland aufgewachsen ist,
promoviert über die Wirkung vonÖstrogen auf das Herz.
Das Steroidhormon beeinflusst
nicht nur die Regionen, die den
weiblichen Körper auf Fortpflanzung vorbereiten, indem es etwa
die Brustdrüsen auf Milchproduktion programmiert. Es hat auch
Effekte auf das Gehirn, die Leberoder die Bauchspeicheldrüse. Und
auf Herz und Kreislauf: Es beeinflusst Wachstumsprozesse desHerzens, die Bildung von Bindegewebe und auch den Gehalt vonCalcium, einem der wichtigsten
biochemischen Stoffe, der für die

Kontraktion des Muskels sorgt.
Entscheidend dabei sind Rezeptoren, die an der Zelloberfläche
oder im Zellinneren sitzen undeine Botschaft vom Zelläußeren
ins -innere und/oder in den Zellkern vermitteln: Botenstoffe wieÖstrogene entfalten ihre Wirkung
erst, indem sie diese Rezeptoren in
Gang setzen, etwa wenn der Organismus unter Stress gerät. „Ich
versuche herauszufinden, wie dieÖstrogen-Rezeptoren funktionieren und wie sie sich bei Männern
und Frauen unterscheiden,“ sagt
Thi Hang Pham; denn auch Männer verfügen über das weibliche
Sexualhormon, allerdings in sehrgeringer Menge. Die Doktorandinkonzentriert sich auf die Interaktionspartner: welche Eiweiße mit
den Rezeptoren wechselwirken,
welche Umstände diese Interaktion stimulieren und wie die molekularen Reaktionen überhaupt
aussehen. Auch die Stoffwechselwege nimmt sie unter die Lupe,
will erfahren, was geschieht, wenn
sie die Rezeptoren ausschaltet oderzu stark anschaltet. Ihr Medium ist
Hefe, in die sie Östrogen-RezeptorDomänen einbringt und eine GenBibliothek nach möglichen Interaktionspartnern absucht. Da Hefe
nur eingeschränkt aussagekräftig
ist, wird sie später ihre Ergebnisse
an Tierexperimenten validieren.
Am Ende wollen die Wissenschaftler wissen, ob sich die mögliche Schutzfunktion von Östrogen-Rezeptoren therapeutisch nutzen lässt. Dies ist allerdings eineäußerst schwierige Aufgabe. „Was
an der einen Stelle nützt, schadet
an einer anderen“, sagt Thi Hang
Pham, denn Östrogene sind zwiespältig. Welch fatalen Schaden das
Hormon anrichten kann, haben wir
an den Nebenwirkungen gesehen,
die bei einer Östrogen-Behandlung
von Frauen in der Menopause auftreten können: Es fördert Brustund
Gebärmutterschleimhautkrebs. Will man irgendwann einmalÖstrogen einsetzen, ist die exakte

Fotos: Vera Regitz-Zagrosek, H. Pelzer

Bestimmung jener Signalübermittlungswege, die eine Hypertrophie
unterdrücken, um so wichtiger.
Für die Unterschiede zwischen
Männern und Frauen sind indes
zuerst einmal die Gene verantwortlich, die das X- beziehungsweisedas Y-Chromosom beherbergt.
Jörg Isensee, der einen Master inLife Sciences hat, möchte in seiner
Doktorarbeit Erbfaktoren identifizieren, deren Regulation durch dasGeschlecht beeinflusst werden: Um
zu ermitteln, wie unterschiedlich
stark bestimmte Gene ein- oderausgeschaltet sind, untersucht er
Herzgewebe beider Geschlechterund mehrerer Altersgruppen. Ihn
interessiert also die Expression, die
Synthese eines Proteins nach dem
Bauplan der DNA auf einem Gen.
Mit DNA-Microarrays kann er die
Expression mehrerer tausend Gene
experimentell vergleichen: Auf
der Glasoberfläche eines Objektträgers ordnet ein Miniatur-Roboter die DNA-Sequenzen in Reihund Glied an und fixiert sie. „Ich
hoffe, Kandidatengene zu finden,
die schon im gesunden Herzen bei
Frauen anders als bei Männern
angeschaltet sind und die an der
Entwicklung von Hypertrophie
beteiligt sind,“ sagt er.
Auch Sexualhormone wirken
sich auf die Genexpression aus,denn die wichtigsten ÖstrogenRezeptoren sind auch Transkriptionsfaktoren, das heißt sie bindenÖstrogen und schalten zugleich
im Zellkern Gene an. Eine höhere
Konzentration des Hormons verstärkt offenbar diesen Effekt undlöst eine Signalkaskade aus. Jörg

Isensee hofft, am Ende ein klareres
Bild von den Geschlechterunterschieden im Herzen zu erhalten.
„Die rege und gute Kooperation zwischen den Arbeitsgruppen
bringt viele Synergien“, überlegt
Vera Regitz-Zagrosek, und die Kollegiaten profitieren von ihrem Blickauf andere Disziplinen und Methoden. Die Biologen wissen besonders den Dialog mit Medizinern zu
schätzen. „Wir sind sehr auf diemolekularen Details fixiert, und so
ist es gut, durch Mediziner auchden gesamten Körper sehen zu lernen“, sagt Thi Hang Pham, undJörg Isensee ergänzt: „Dadurcherkennen wir die medizinisch relevanten Fragen und die praktischen
klinischen Probleme.“ Umgekehrt
gilt dies natürlich auch; dennschließlich gelingt es erst durch
die Fortschritte in der molekularbiologischen Forschung, mehr undmehr grundlegende Mechanismenbei der Entstehung und im Verlauf
von Erkrankungen aufzuklären.
Aysun Karatas nutzt zum Beispiel den klinisch recht gut untersuchten Effekt von Bluthochdruck.
Die in Istanbul geborene Biotechnologin fragt sich in ihrer Promotion,
welche vom Bluthochdruck unabhängigen geschlechtsspezifischen
Faktoren die Entwicklung einer
Hypertrophie befördern. Wenn
Mäusen Blutdruck steigernde
Substanzen verabreicht werden,
kommt es innerhalb weniger
Wochen zu einem Nierenschaden
und einer Hypertrophie der linken
Herzkammer. Senkt man den Blutdruck durch Medikamente wieder,
kann sie die Schäden entkoppeltÖstrogen kann die Aktivität von Proteinen beeinflussen. Herz-Fibroblasten,
Zellen, die das Bindegewebe aufbauen,
wurden mit steigenden Konzentrationen des Hormons stimuliert; mit „Gelelektrophorese“ wurden die Proteine
aufgetrennt (links). Rechts die Auswertung: Die Punkte zeigen Proteinspots,
deren Menge bei steigenden Östrogenkonzentrationen zu- oder abnimmt.

von der Hypertonie untersuchen.
Aysun Karatas erforscht nun vergleichend an männlichen undweiblichen Mäusen, was die Vergrößerung der linken Herzkammer jeweils provozieren könnte.
Ihr Interesse richtet sich auf Calcineurin, ein Protein, das Calcium
bindet. Entsteht Hypertrophie,wenn der Signalweg von Calcineurin gestört ist? Und ist es wiederdas Östrogen, das den Stoffwechselweg des Calcineurins aktiviert?
Antworten darauf sollen dannKnockout-Mäuse geben, denender Östrogen-Rezeptor fehlt.
Die medizinische Geschlechterforschung ist ein noch junges Fachgebiet, und Vera Regitz-Zagrosekbetont nicht ohne Stolz die Pionierarbeit, die das Graduiertenkolleg auf diesem Gebiet leistet. Die
beteiligten Naturwissenschaftler
und Mediziner lernen nicht nur
interdisziplär und auf internationalem Niveau. „Dass im Jahr 2003
an der Charité das Zentrum fürGeschlechterforschung entstehen
konnte, ist auch diesem Graduiertenkolleg zu verdanken.“mk17

Mikro-Makro-Wechselwirkungen in strukturierten Medien und Partikelsystemen

Im Kleinen liegt das GroßeM

ist teuer.“ Etwa zehn Prozent desgesamten industriellen Energieverbrauchs entfallen auf Trocknungsprozesse.
Um nun den Energieaufwand
für die Verwandlung von Feuchte in Dampf optimieren zu können, suchen die Ingenieure solche
Trocknungsprozesse anhand vonModellen abzubilden, mathematisch zu beschreiben und mit dem
Computer zu simulieren. Aus dem
Aufenthaltsort der einzelnen Gra-

Gabriela Saageehrere Filme auf der Homepage des Graduiertenkollegs„Mikro-Makro-Wechselwirkungenin strukturierten Medien und Partikelsystemen“ vermitteln einenanschaulichen Eindruck von den
Forschungsarbeiten in Magdeburg.
Die Festkörperphysikerin Gabriela
Saage hat zum Beispiel eine Diskrete-Elemente-Simulation eines
DurchmischungsprozessesvonGranulat ins Netz gestellt. Schnell
heruntergeladen und gestartet,

2D-Simulation der Wärmeübertragung an mechanisch durchmischten
Schüttgütern: Temperatur-Verteilung im Schüttgut.

dreht sich auf dem Bildschirm eine
Trommel, und darin enthaltene
Kugeln beginnen sich zu durchmischen. Um den Prozess gut verfolgen zu können, sind sie farblich
unterschiedlich markiert. „Eine
typische Situation, wie wir sie bei
Trocknungsprozessen
haben“,kommentiert Professor Evangelos
Tsotsas vom Institut für Verfahrenstechnik. „Von Lebensmitteln bis
hin zu Kunststoffgranulaten, vonKatalysatoren bis zu Pillen sind die
materiellen Wirtschaftsgüter meist
Feststoffe, die während ihrer Herstellung oder Handhabung irgendwann einmal getrocknet werden
müssen“, berichtet er und: „Das
18

nulatpartikelchen zu bestimmten
Zeiten wollen sie später Rückschlüsse auf bessere Verfahrenstechniken ziehen – zum Beispiel
die optimale Partikelgröße für den
Trocknungsprozess
bestimmen.
Dafür ist eine enge Zusammenarbeit mit Mathematikern erforderlich, auch mit Physikern.
Tatsächlich besitzen viele Stoffe und Materialien in Natur undTechnik eine Mikrostruktur, dieganz wesentlich ihr makroskopisches Verhalten bestimmt, undhäufig ist es leichter, die für das
Verhalten im Großen verantwortlichen Mechanismen im Kleinenzu studieren und zu beschreiben.

Dabei kommt es darauf an, nur die
für das Makroverhalten relevanten
Informationen herauszufiltern undzu betrachten, „denn nicht alles,
was sich auf der Mikroebene findet,
ist für das Verständnis des Makroverhaltens wichtig“, erläutert derMathematiker und stellvertretende
Sprecher des Graduiertenkollegs,Professor Gerald Warnecke. „Wir
nutzen zu diesem Zweck statistische Methoden und mathematische Modelle, die wir zum Teil aus
anderen Zusammenhängen übernehmen können, meist müssen wir
sie aber im interdisziplinären Dialog mit Ingenieuren und Physikern
anpassen oder auch völlig neu entwickeln.“ Im Ergebnis entstehen
im Magdeburger Graduiertenkolleg Computersimulationen, diedann daraufhin überprüft werden
können, ob die errechneten Abläufe der Wirklichkeit im Experimententsprechen. Für den Mathematiker Warnecke eine belebende He­rausforderung: „Das ist alles sehr
komplex und meist nicht mit vorhandenen mathematischen Methoden zu realisieren.“
Dana Zöllner entwickelt zum
Beispiel in ihrer Doktorarbeit ein
mathematisches Modell für das
Wachstum von Körnern in polykristallinen Materialien, denn
für die makroskopischen Eigenschaften polykristalliner Stoffe,
zum Beispiel Metalle, sind Kornstrukturen sowie deren Veränderungen, hervorgerufen etwa durcheine Wärmebehandlung oder eine
Abkühlung, entscheidend. „Esgibt verschiedene Ansätze, diesemikrostrukturelle Entwicklung zu
modellieren“, berichtet die Doktorandin, „eine mögliche Methodeist die Monte-Carlo-Simulation,
die auf dem Potts-Modell basiertund 1984 erstmals zur Simulation
von Kornwachstum in zwei Dimensionen vorgestellt wurde.“ Inzwischen ist die Leistung der Computer erheblich angewachsen, so dasseine 3D-Simulation zu vertretbaren
Kosten möglich wurde.

Dana Zöllner

Mit einem modifizierten Monte-Carlo-Algrorithmus gelingt es Dana Zöllner, das
Wachstum einer kristallinen Mikrostruktur in drei Dimensionen zu simulieren.

Um nun eine dreidimensionale
Simulation einer Kornstruktur zu
erreichen, deren Wachstumsverhalten einer realen Struktur entspricht, hat Dana Zöllner einenmodifizierten Monte-Carlo-Algorithmus entwickelt, mit dem sie
die zeitliche Entwicklung einer
kristallinen Mikrostruktur sehr
großer Korngefüge in zwei unddrei Dimensionen schon sehr gut
simulieren kann. Bei einer MonteCarlo-Simulation wird mit zufällig
ausgewählten Werten in einem
Modell gearbeitet, hier sind es
die Gitterpunkte der Kristalle inihrer zeitlichen Veränderung. Zöllner hat den Algorithmus in einer
objektorientierten Programmiersprache implementiert, so dass sie
während der Simulation sowohl
das Korngefüge als auch die Daten
des Gefüges beobachten kann.
„Im Moment sind es noch idealtypische Wachstumsprozesse“, sagt
sie, „vor uns liegt noch ein weiter Weg, bis unsere Simulationen
so realitätsnah abbilden können,
dass zum Beispiel in der Metallurgie kein experimenteller Aufwand
mehr nötig wäre.“ In einem ersten
Schritt, denkt sie, könnte der nun
vorliegende allgemeine Algorithmus so erweitert werden, dass zum
Beispiel Einschlüsse im Material,
die das Kornwachstum bremsen,
mitsimuliert werden können.
Die Bulgarin Mariya Nacheva hatte in Magdeburg schon ihr
Ingenieurdiplom abgelegt, bevor
sie zum Graduiertenkolleg stieß.
In ihrer Doktorarbeit beschäftigt
sie sich nun mit der kontrollierten

Abkühlung von Metalloberflächen bei sehr hohen Temperaturen
mittels Flüssigkeitstropfen. Auchsie experimentiert nicht in einem
metallurgischen Labor, auch ihr
geht es um die Erarbeitung vonGrundlagen für spätere Computersimulationen, mit denen teuere
Experimente in der Realität ersetzt
oder verkürzt werden sollen.
In der industriellen Praxis wird
zum Beispiel Stahl gehärtet, indem
man ihn aus dem rotglühenden
Zustand in einem flüssigen Medium rasch abkühlt. Hierbei tritt die
so genannte Leidenfrostproblematik auf: Zunächst bildet sich zwischen der heißen Oberfläche undder Kühlflüssigkeit ein Dampffilm,
der den direkten Kontakt zwischen
Metall und Flüssigkeit verhindert.

„Die meisten unserer
Kollegiaten kommen
aus dem Ausland.“
Erst unterhalb der Leidenfrosttemperatur bricht dieser Dampffilm
zusammen, und der direkte Kontakt zur Kühlflüssigkeit führt nun
zu einer beschleunigten Abkühlung des Metalls. Es liegt auf derHand, dass die Lage dieser Leidenfrosttemperatur großen Einfluss auf
die künftigen Eigenschaften desWerkstoffs hat. Sie ist abhängig
von den Eigenschaften der Kühlflüssigkeit und natürlich der Art
und Weise, wie die Flüssigkeit auf
das heiße Metall gebracht wird.

In ihrer Arbeit entwickelt Mariya
Nacheva nun ein mathematisches
Mikromodell für ein repräsentatives Volumenelement, in dem ein
Einzeltropfen Kühlflüssigkeit unterÄnderung der Einflussparameter
seiner Aufbringung auf die heiße
Metalloberfläche oberhalb der
Leidenfrosttemperatur betrachtet
werden kann, denn „der größte
Teil der von der heißen Oberfläche an den Tropfen abgegebenen
Wärme wird in der ersten Phasedes Direktkontaktes übertragen“,
berichtet sie. Künftige Arbeiten
sollen dann die zeitabhängige
Ausbreitung der Tropfen als Funktion von Tropfendurchmesser undGeschwindigkeit der Aufbringung
auf die heiße Metalloberfläche
ebenso in das Modell integrieren
wie deren Oberflächenrauigkeit.
„Erst aufgrund eines solchermaßen
komplex ausgebauten Mikromodells“, sagt Nacheva, „können wir
Aussagen zum charakteristischen
Wärmeübergangskoeffizienten
eines Sprays auf der Makroebene
treffen.“
Sreedhar Kari hat am Indian Institute of Technology Maschinenbau
studiert, beim Surfen im Internet
die Homepage des Graduiertenkollegs in Magdeburg entdeckt
und sich kurzentschlossen für ein
Stipendium in der Bundesrepublik Deutschland beworben. In seiner Doktorarbeit sucht er auf der
Mikroebene ein mathematisches
Modell für das Makroverhalten
eines Verbundwerkstoffes zu entwickeln, bei dem in einer weichen
Grundmatrix
piezoelektrische
Keramikfasern eingebettet sind.
Auch seine Arbeit integriert physikalisches, technisches und mathematisches Fachwissen.
„Karis unkomplizierte Annäherung an Magdeburg ist typischfür die Entwicklung des Graduiertenkollegs Mikro-Makro-Wechselwirkungen in strukturierten Medien und Partikelsystemen“, sagtGe­rald Warnecke. „Wir überlegten
zunächst, eine internationale Zu­sammenarbeit mit anderen Universitäten anzustreben, aber Internationalität hat sich bei uns nun
auf andere Weise quasi von selbst
eingestellt. Fünfzehn unserer achtzehn Doktoranden kommen aus
dem Ausland.“ db19Proxies in Earth History

Botschaften aus derErdgeschichte

Foto: Christine Franke

An Bord des Forschungsschiffes„Meteor“: Mit einem „Schwerelot“
werden Sedimentkerne aus dem
Meeresboden gewonnen.

Für Foraminiferen hegen manche Geowissenschaftler einebesondere Vorliebe. Die einzelligen Meeresbewohner existieren
seit vielen Millionen Jahren. Das
Nützliche an ihnen ist, dass sieeine Kalkschale bilden, die übererdgeschichtlich lange Zeiträume
erhalten bleibt; die darin gespeicherten Informationen über die
Vergangenheit geben ein hervorragendes Klima-Archiv ab. „Uns
interessiert, wie sich in der Erdgeschichte die Klima- und Umweltverhältnisse verändert haben undwie es zu extremen Klimasituationen kam,“ sagt Professor Helmut
Willems, Sprecher des Internatio20

nalen Graduiertenkollegs „Proxies
in Earth History“ an der Universität Bremen, EUROPROX. „Mit
diesen Erkenntnissen können wir
die globale Dynamik besser verstehen und Klimamodelle für künftige
Entwicklungen finden“.
Da es in Urzeiten natürlich keine
Thermometer oder andere Messgeräte gab, sind die Wissenschaftler
auf Proxies, auf „Stellvertreter“
angewiesen: Organismen etwa,
die heute noch in ihren ganz spezifischen ökologischen Nischen
leben und deren Vorkommen sichweit in die erdgeschichtliche Vergangenheit zurückverfolgen lässt –wie die fossilen Archive von Winz-lingen wie Coccolithen, Dinoflagellaten oder eben Foraminiferen.
Mit ihnen beschäftigt sich Elisa
Guasti. Die Geologin aus dem italienischen Parma, die gerade ihre
Doktorarbeit abgeschlossen hat, ist
Spezialistin für das Paleozän-Zeitalter, das vor 65 Millionen Jahren
begann. Damals bedeckte ein riesiger flacher Ozean namens Tethys
ein Gebiet von Spanien bis nachIndonesien. Als sich Afrika undEuropa zusammenschoben, wurden
die Meeresbodensedimente angehoben und im Laufe der Zeit zu
Felsgestein verfestigt. In Tunesien,
Jordanien und Ägypten forscht sie
nun nach Spuren, die das TethysMeer in den dortigen Felsformationen hinterlassen hat.
Im Zeitalter des Paleozäns
herrschte eine Treibhausatmosphäre: Es begann mit der globalen
Katastrophe eines Meteoriteneinschlags, in dessen Folge auch die
Dinosaurier ausstarben. Fauna
und Flora mussten sich erst langsam wieder erholen. Das Endedieser Ära, der Übergang zum
Eozän, ist der Höhepunkt dieser
Warmzeit. Vor rund 55 Millionen
Jahren stiegen in den Gewässern
der tropischen Ozeane die Temperaturen um mehrere Grad Celsius
an. Daten über die Umwelt dieser
10 Millionen Jahre währenden Zeitfindet Elisa Guasti in den Kalkschalen der Foraminiferen. Unterscheiden lassen sich die einzelnen Arten
an der Morphologie der Schalen.
Sorgfältig registriert Elisa Guasti in
den Proben aus dem Gestein die
statistische Häufigkeit der Arten,von denen man weiß, ob sie es lie-„Weil Bremen für unser Facheinen so guten Ruf hat, sind
wir gern in Deutschland.“ne Umwelt im Gullmar Fjord an
der schwedischen Westküste verändert hat.
Im heutigen Europa sorgen das
an den Polen gebundene Eis und
das nordatlantische Förderband,
der Golfstrom, für unser gemäßig­tes
Klima. Sedimentproben aus einem
7,5 Meter langen Bohrkern, den
Helena Filipsson von einer Expe-dition aus dem Gullmar Fjord mitgebracht hat, liefern das Material
für ihre Untersuchungen. Wie ihre
italienische Kollegin schaut sie sichForaminiferen an, um an Artenverteilung, den Verhältnissen von Sauerstoff- und Kohlenstoff-Isotopen
sowie dem Vorkommen von organischem Kohlenstoff Umwelt- undKlimaveränderungen abzulesen.
„Die Sedimente haben eine hohe
Akkumulationsrate, sie beträgt
einen Zentimeter pro Jahr“, erläutert sie. „So haben wir eine ultrahohe zeitliche Auflösung“. Einen
erheblichen Einfluss auf das sensible System des Nordatlantiks übt das
Klima aus – und umgekehrt. Die
Nordatlantische Oszillation, Änderungen des Druckverhältnisses
zwischen dem Islandtief im Norden
und dem Azorenhoch im Süden,ist der entscheidende Faktor für
kurzfristige Klimaschwankungen.
Sie wirkt sich auf Oberflächentemperaturen und den Wasseraustausch in den Tiefen des Fjords aus.
Helena Filipsson untersucht solche
Veränderungen und zugleich, ob
Umweltverschmutzungendiese
Effekte noch überlagern.
Die beiden Expertinnen fürForaminiferen sind gerne nach
Bremen gekommen, so versichernsie, „weil das Fachgebiet marine
Geowissenschaften hier einen so
guten Ruf hat“. Zum Beispiel befindet sich hier auch das DFG-Forschungszentrum „Ozeanränder“.
Ein weiterer Vorteil sei die Internationalität: Nicht nur promovieren
hier junge Wissenschaftler aus verschiedenen Ländern, sie kooperieren auch mit Partneruniversitäten
in Amsterdam und Utrecht. „Weil
während der Forschungsarbeit desKollegs das Bedürfnis nach mehrInternationalisierung erwachte,haben wir in der zurzeit laufenden
zweiten Förderungsphase weiterePartner integriert: das Massachu­­setts Institute of Technology (MIT)in den USA sowie die Universitäten
Southampton und Bordeaux“, sagt
Helmut Willems. Langfristig ist im
Sinne des Bologna-Abkommens
die Einführung eines „European
Doctoral Degree“ vorgesehen.
Selbstverständlich beschränkt
sich die Forschung auch nicht auf
fossile Botschaften aus der Vergangenheit. Um neue Proxies zu

Foto: Christine Franke

ber wärmer oder kälter mögen. So
kann sie die damalige Wassertemperatur bestimmen. Noch genauer
lässt sich diese aus dem Verhältnis
der Sauerstoff-Isotope 18 und 16
erschließen, die im Calciumcarbonat der Schalen zum Zeitpunkt
ihrer Bildung gespeichert wurden;
die Isotope unterscheiden sichdurch die Anzahl ihrer Neutronen
im Atomkern. Je wärmer das Wasser ist, desto höher ist das Verhältnis. Außerdem war der Salzgehalt
des Ozeans damals offenbar deutlich erhöht, der auch Rückschlüsse
auf die Wasserzirkulation zulässt.
In warmen ausgedehnten Meerenvermehrt sich Plankton und damit
die Menge organischen Materials.
Am Verhältnis der Kohlenstoff-Isotope lässt sich sowohl die Produktivität des ozeanischen Kohlendioxids erkennen als auch die Zirkulation des Wassers verfolgen.
Zeitreisen in die Erdgeschichte verdeutlichen, wie sehr Ozea­
ne, Atmosphäre und Biosphäre
miteinander wechselwirken. Am
Ende des Paleozän-Zeitalters
sorgten wahrscheinlich Gashydrate im Meeresboden, die Methan
und Kohlendioxid freisetzten, fürein globales Treibhaus; heute sindes die Menschen, die mit klimarelevanten Gasen und Schadstoffen, etwa durch Überdüngung,die Umwelt belasten. Mit anthropogenen Effekten befasst sich
Helena Filipsson. Die Schwedin
hat ihre Promotion an der Universität Göteborg abgeschlossen und
erforscht nun als Postdoktorandin
am Graduiertenkolleg, wie sich inden letzten 2000 Jahren die mari-

Aus einem Bohrkern entnimmt
Christine Franke eine Sedimentprobe.

entwickeln und zu erproben, um
vorhandene zu verfeinern und daraus Modelle zu entwerfen, bedarf
es einer interdisziplinären Vorgehensweise. Unter den acht Fachdisziplinen spielen die Paläontologie
und Geochemie eine ebenso große
Rolle wie etwa die Geophysik.
Christine Franke zeigt auf einen
Kryogenmagnetometer; ein kleines
Fließband transportiert Sedimentwürfel in einen mit einer Schutzhülle ummantelten Messcontainer, derbei extrem kalten Temperaturen,
dem Siedepunkt von flüssigem
Helium, also – 268,9 Grad Celsius,
magnetische Signale misst. In
der Arbeitsgruppe „Marine Geophysik“ identifiziert die Geologin
magnetische Nano- und Mikropartikel aus pelagischen Sedimenten
des äquatorialen Atlantiks entlangeines sehr komplexen Ost-WestProfils. Die Proben enthalten neben
21„Vorgesehen ist die
Einführung eines European
Doctoral Degree.“
Minerale, die sich sehr gut als Proxies eignen. Da sich das Erdmagnetfeld im Laufe der Erdgeschichte
immer wieder veränderte und weil
die Ausrichtung der ferrimagnetischen Momente in den Mineral-körnern, ähnlich einer „eingefrorenen“ Kompassnadel, gespeichertist, kann sie die Probe recht genau
datieren. Zudem liegen die zeitlich
aufeinanderfolgenden Sedimentschichten nicht einfach fein säuberlich übereinander. Meeresströmungen oder Wind transportieren
Teilchen über große Entfernungen.
Auch die Herkunft solcher Teilchen
kann sie mit Hilfe magnetischer
Untersuchungenbestimmen.
„Wir haben in den magnetischen
Signalen gesehen, dass im Westen des äquatorialen Atlantiks die
feine magnetische Fraktion und die
gröbere offenbar nicht so gekoppelt sind wie im Osten“, erläutert

Foto: Helmut Willems

Mikrofossilien auch Quarzteilchen,
Tonminerale oder magnetische
Minerale. Magnetit etwa ist eines
der klassischen ferrimagnetischen

Kalkige Dinoflagellaten im
Durchlichtmikroskop: Diese Einzeller
signalisieren wärmere Temperaturen
der Oberflächenwässer, etwa in denälteren Ablagerungen des Quartärs.

Foto: Mahyar Mohtadi

sie. „Und das hängt mit dem Eintrag von Sedimentpartikeln zusammen.“ Ihre Arbeit ergänzt die ihrer
Kollegen. So kann sie zum Beispiel
erklären, ob und wann das magnetische Material durch Karbonateintrag verdünnt worden ist, dennhohe Produktivität erhöht den
nicht-magnetischen Karbonatanteil
in der Probe.
„Das Schöne hier ist“, so Helena
Filipsson, „dass wir die Methodenanderer Arbeitsgruppen kennen
lernen und so über den doch recht
engen Horizont unserer jeweiligen Einzelarbeit hinausschauen“. Die Puzzleteile noch mehr zu
einem Gesamtbild für bestimmte
erdgeschichtliche Zeitabschnitte
an einem bestimmten Ort zusammenzufügen, ist das Ziel für die
nächste Etappe von EUROPROX.
„Wir wollen ein Forschungsschiff
beantragen, damit verschiedene
Arbeitsgruppen gemeinsam Proben an einem Ort nehmen und
untersuchen können. Mit dem
Multi-Proxy-Ansatz wollen wir den
Modellierern genügend Daten fürein Bild klimatischer Veränderung
liefern“, sagt Willems. 
mk22

Marine Einzeller, die Foraminiferen,erzählen von vergangenen
Klimasituationen. Am Muster
der Kalkschalen kann man
die Arten unterscheiden.

Interview

Fit für Exzellenz
Susanne Albers, Inhaberin desLehrstuhls für Paralleles undverteiltes Rechnen am Institut fürInformatik der Universität Freiburg,
hat Anfang der 90er Jahre als Stipendiatin in dem Graduiertenkolleg „Informatik“ an der Universität
des Saarlandes promoviert. Danach
hat sie am Max-Planck-Institut fürInformatik und an verschiedenen
deutschen Universitäten geforscht
und gelehrt. Zudem war sie ein
Jahr lang als Postdoc am International Computer Science Institutein Berkeley, USA. Albers beteiligt sich als Hochschullehrerin
am Freiburger Graduiertenkolleg„Eingebettete Mikrosysteme“ undist Mitglied des Senats- und Bewilligungsausschusses für Graduiertenkollegs der DFG.

? Wie findet man nach dem

Studium ein passendes
Graduiertenkolleg?
! In meinem Fall war es die Empfehlung eines Professors und kurz
darauf eine entsprechende Anzeige in der Presse. Heute finden
viele ein Graduiertenkolleg mit
dem passenden Thema auch überdas Internet – entweder stöbern
sie auf den Seiten der DFG oderder Universität. Die Homepages
der Graduiertenkollegs sind leicht
zu finden und geben oft sehrumfangreich Auskunft. Da vieleInteressierte aus dem Auslandin Deutschland suchen, sind die
Seiten meist auch auf Englisch.

? Welche Erinnerungenverbinden Sie mit Ihrer
Zeit in Saarbrücken?
! Das Graduiertenkolleg „Infor­matik“ ist ein essentieller Baustein meiner späteren wissenschaftlichen Karriere, denn ohne
das Graduiertenkolleg wäre ichnicht so schnell an die aktuelle Forschung herangekommen und hätte nicht so schnell
gelernt, wissenschaftlich fürmich selbst verantwortlich zu
sein. Kurzum: Das Graduiertenkolleg hat bei mir die Prozesse
intensiviert und beschleunigt.

? Worauf führen sie das zurück?
! Es ist einfach ein fantastisches

Konzept, sich in seiner Promotionszeit voll und ganz auf die
Forschungsarbeit konzentrierenzu können und nicht durch Lehreoder administrative Verpflichtungen eingespannt zu sein. Ich
habe in meiner Zeit im Graduiertenkolleg schnell gelernt, dassfür gute Forschungsergebnisse in
die Tiefe gearbeitet werden muss.
Aber um in die Tiefe vorzudringen, braucht man Konzentration,
um sich voll auf eine Aufgabe
einzulassen. Wenn man nicht
abgelenkt ist, ist es einfacher, an
die Spitze zu kommen. Außerdem werden so die Promotionszeiten kürzer. Ich denke heute
mit etwas Wehmut an diese Zeitzurück, in der ein Arbeitstag nochein ganzer Forschungstag war.

? Das hört sich ja fast nachklösterlicher Stille an.
! Keineswegs. Alle Kollegiaten
kamen in Saarbrücken einmal
wöchentlich in einem Seminarzusammen, und dort konnten wir
uns austauschen. Reihum wurden Vorträge gehalten, und man
lernte die Arbeitsvorhaben und
Ergebnisse der anderen kennen.
In diesem Seminar habe ich Denkanstöße für meine eigene Doktorarbeit bekommen, wenn auch die
Themen durchaus unterschiedlichwaren. Aber man bekommt immer
etwas mit. Wie packt da jemandeine Sache an? Wäre das auch ein
Weg in meiner Arbeit? In der Diskussion sprangen die Funken über.

? Ist das der Grund, warum Sie
sich auch heute für die Graduiertenkollegs engagieren?

! Natürlich, das Ganze ist ein

Prozess, den die DFG 1990
anstieß, und der sich seither
fortentwickelt hat. Ich finde esspannend, am Anfang dabei
gewesen zu sein und diesen
Prozess nun weiterhin begleiten
und eigene Beiträge dazu einbringen zu können. Die DFG hat
im Laufe der letzten 15 Jahre das
Programm der Graduiertenkollegs kontinuierlich gepflegt undverbessert. Man muss ihr dafürRespekt zollen, denn so haben
wir hier in Deutschland etwas,
was sehr erfolgreich ist und was
es woanders so nicht gibt.
Darum sind die Graduiertenkollegs ja auch so attraktiv. Inzwischen kommen die Bewerber aus
aller Herren Länder. Und viele
Kollegs haben sich internationalisiert, haben Kooperationen
mit Universitäten in anderen
Ländern geschlossen und sorgen dafür, dass die Kollegiaten
zu Forschungsaufenthalten undTagungen ins Ausland fahren,denn schon eine kurze Zeit vonwenigen Wochen an einer Universität in einem anderen Land ist
eine für die Karriere wichtige undpersönlich bereichernde Erfahrung. Die Wissenschaft ist international, und nach meiner Beobachtung sind die Graduiertenkollegs
genau die richtige Struktur, um iminternationalen Wissenschaftsbetrieb schnell voran kommen undauf Dauer bestehen zu können.
Mit Susanne Albers sprachen­Marion Kälke und Dieter Beste23

Graduiertenkollegs

Daten und FaktenInternationale Graduiertenkol­
legs bieten die Möglichkeit einer
gemeinsamen Doktorandenausbildung zwischen einer Gruppe aneiner deutschen Hochschule undeiner Partnergruppe im Ausland.

➜ Die DFG fördert zurzeit rund
270 Graduiertenkollegs, da­runter mehr als 40 internationale.
➜ In den Graduiertenkollegs ar­beiten rund 6000 Doktoranden
an ihren Dissertationen.
➜ Der Anteil der Doktoranden
aus dem Ausland nähert sichder 30-Prozent-Marke.
➜ 41 Prozent der Doktoranden
sind Frauen.

www.dfg.de/gk

24

31

Biologie

59

Medizin16
Agrar-. Forstwissenschaften, Gartenbau und Tiermedizin
9
Chemie24
Physik30

Mathematik

20
Geowissenschaften (einschl. Geographie)
10
Maschinenbau und Produktionstechnik
9
Elektrotechnik, Informatik und Systemtechnik
17
Bauwesen und Architektur
1

33

Verteilung der Graduiertenkollegs (GK) nach Fachgebieten.
33,0 –
GK-finanziert
nur anderweitig finanziert
bundesweit

30,0 –

31,1
30,4

30,1

30,5 –

30,1

30,7

31,0 –

30,9

31,5 –

31,6

32,0 –

30,0

32,5 –

32,3

Ein Studienprogramm ergänzt
und verbreitert in der Regel die
individuellen Spezialisierungender Kollegiaten und Kollegiatinnen
und strukturiert deren Kooperation. Eine interdisziplinäre Ausrichtung des Forschungs- und Studienprogramms ist erwünscht.

44

Sozial- und Verhaltenswissenschaften

31,5

Doktoranden und Doktorandin­
nen erhalten in Graduiertenkollegs die Möglichkeit, ihre Arbeit
im Rahmen eines koordinierten,von mehreren Hochschullehrern
getragenen Forschungsprogramms
durchzuführen.

Geisteswissenschaften

Durchschnittsalter

Graduiertenkollegs sind befristete Einrichtungen der Hochschulen zur Förderung des graduierten
wissenschaftlichen Nachwuchses
und werden von der Deutschen
Forschungsgemeinschaft (DFG)
unterstützt.

29,5 –
29,0 –
28,5 –

Geistes&
Sozialwiss.

Biologie&
MedizinNaturwiss.
&
Mathematik

Ingenieurwiss. &Informatik

GesamtMittleres Alter von Doktoranden bei Abschluss derDissertation zwischen April 2003 und März 2004.

Interessenten an einer Doktorarbeit finden unter der Internetadresse www.dfg.de/gk eine Liste aller aktuellen
Graduiertenkollegs, die ihre Stipendien auf ihren Homepages annoncieren. Hochschulen, die ein Graduiertenkolleg beantragen
wollen, sollten
sich vorab von der
DFG-Geschäftsstelle beraten
lassen, da aufgrund des großen
Interesses nur
die allerbesten
und geeignetsten
Anträge gefördert
werden können.

Impressum: Herausgegeben von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Bonn ❙ Verantwortlich: Dr. Jörg Schneider, Leiter der
Gruppe Graduiertenkollegs & Nachwuchsförderung ❙ Konzept und Redaktion: Mediakonzept (www.mediakonzept.com),Düsseldorf ❙ Text: Dieter Beste (db), Marion Kälke (mk) ❙ Titelbild: Andreas Rzadkowsky ❙ Gestaltung: Lutz Stolz