Spermium © MPG / Science Photo Library

Es sind wahrscheinlich die kleinsten Filmschauspieler der Welt: Im obersten Stockwerk des Max- Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik, hoch über den Dächern von Dresden, drehen Forscher Filme mit molekularen Motoren. Über den Monitor wandern leuchtende Punkte und Stäbchen, manchmal kreuz und quer, manchmal gleichmäßig schräg übers Bild, mitunter auch auf farbigen Bahnen im Kreis oder auf komplizierten Kurven.

Natürlich drehen Jonathon Howard, einer der Institutsdirektoren, und seine Mitarbeiter diese Filme nicht zum Vergnügen. Der australische Biophysiker will gemeinsam mit seinem Team herausfinden, welche Kräfte die kleinen Maschinen ausüben und wie man sie praktisch nutzen kann. Dazu haben die Forscher fluoreszierende Etiketten an den Motoren angebracht und können sie nun als leuchtende Punkte unter dem Mikroskop bei der Arbeit beobachten. Und die ist schwer – im wahrsten Sinne des Wortes. „Molekulare Motoren sind wie Ameisen“, sagt Howard. „Sie können ein Vielfaches ihres Eigengewichts transportieren. Ein Kinesinmotor ist vielleicht nur einen Nanometer (millionstel Millimeter) groß, aber er transportiert Dinge, die ein oder gar zehn Mikrometer groß sind, also tausendmal größer als das Molekül selbst.“

So befestigten die Wissenschaftler beispielsweise an einzelnen Motoren kleine Glasperlen, die sie dann mithilfe von Laserstrahlen in einer optischen Falle festhielten. Auf diese Weise konnten sie beobachten, wie die ausgeübte Kraft die Bewegung der Motoren beeinflusste – einer der Bausteine zu ihrem Verständnis. Heute weiß man immerhin, dass ein einzelner Motor etwa ein Pikonewton (ein billionstel Newton) an Kraft erzeugt.

Bewegung und Kraft sind in der Natur allgegenwärtig, im Großen wie im Kleinen, im Bewussten wie im Unbewussten. Trotzdem lagen ihre Ursprünge bis vor kurzem noch weitgehend im Dunkeln. Man hatte lediglich untersucht, wie die Muskeln funktionieren, der Rest war noch unbekannt. Erst seit wenigen Jahren gehen Forscher der Frage nach, wie winzigste Moleküle im Nanomaßstab es schaffen, makroskopische Bewegungen hervorzurufen. Wie erzeugt ein Spermium die kraftvollen Schläge seiner Geißel, mit denen es in der Lage ist, die Eizelle zu erreichen? Warum können Pantoffeltierchen mit hoher Geschwindigkeit durchs Wasser schwimmen? Wie schafft es eine Fliege, ihre Flügel hundertfach pro Sekunde auf und ab zu bewegen, damit sie sich in der Luft halten kann? Wie spannt der Sportler seine Muskeln?