Bakterienstamm Pseudomonas aeruginosa unterm Elektronenmikroskop

Biophysik

Für Physiker kommt ein völlig neuer und ungewohnter Aspekt dadurch ins Spiel, dass biologische Systeme wie Zellen aus modularen Untersystemen mit spezifischen Funktionen aufgebaut sind – wie zum Beispiel den Chromosomen als Informationsspeicher. Die Systeme sind über biochemische Signalwege untereinander vernetzt. Sie befinden sich weit außerhalb des thermodynamischen Gleichgewichts und verhalten sich meist nichtlinear. Eine kleine Störung der Zusammensetzung einer Zelle, wie die Änderung einer Aminosäure eines Proteins durch Mutation, kann fatale Folgen haben.

Außerdem ist die aktuelle Umgebung zu beachten. So kann eine aus einem Organ isolierte Zelle oder ein aus der Zelle entnommenes Organell unter physiologischen Bedingungen im Labor völlig andere physikalische Eigenschaften besitzen als in seiner natürlichen Umgebung. Mit anderen Worten: Biologische Materialien verhalten sich wie komplexe Maschinen, in denen jeder Bestandteil mit allen anderen in Wechselwirkung treten kann. Deshalb ist es notwendig, dass Physiker, die auf einem Gebiet der Lebenswissenschaften arbeiten, etwas von der Denkweise der Ingenieure übernehmen, die gelernt haben, dass man bei der Untersuchung einer Maschine das Zusammenwirken aller Bauteile im Auge behalten muss.

Es gibt dabei auch einen gesellschaftlichen Grund, die fundamentalen Gesetzmäßigkeiten der Selbstorganisation und Funktion biologischer Systeme systematisch aufzuklären. Der Mensch lernt, wie Tausende von Molekülsorten auf engstem Raum zu Funktionssystemen zusammenfinden und wie ihre Wechselwirkung untereinander organisiert sein muss, damit kein chaotisches Verhalten auftritt. Die Ausbildung auf dem Gebiet der Biophysik schafft eine neue Generation von Physikern, die mit komplexen Systemen umgehen können und denen die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit Biologen, Mathematikern, Chemikern und Ingenieuren Freude macht.

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