Forschen zwischen den Disziplinen

Die „School of Analytical Sciences Adlershof“ bietet seit fünf Jahren beste Bedingungen für Doktorandinnen und Doktoranden, die an den Schnittstellen zwischen Chemie, Physik und den Biowissenschaften forschen.

03.01.2018

Victor Rodriguez promoviert an der „School of Analytical Sciences Adlershof“. Hier beschäftigt er sich mit der Entstehung von Phytolithen („Pflanzensteinen“), die aus Siliziumdioxid in Pflanzenzellen entstehen.

Victor Rodriguez promoviert an der „School of Analytical Sciences Adlershof“. Hier beschäftigt er sich mit der Entstehung von Phytolithen („Pflanzensteinen“), die aus Siliziumdioxid in Pflanzenzellen entstehen.
Bildquelle: Matthias Heyde

Es ist das Herzstück der Graduiertenschule: Das Photonics Application Lab auf dem Campus Adlershof der Humboldt-Universität zu Berlin, ausgestattet mit modernen Messgeräten. Hier untersuchen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Lösungen, Kristalle oder Gewebeproben mit verschiedensten optischen Verfahren auf ihre Zusammensetzung, bis zur molekularen Ebene. In dem Labor arbeiten auch Freeda Yesudas und Victor Rodriguez.

Beide promovieren seit Oktober 2016 an der „School of Analytical Sciences Adlershof“ der Humboldt-Universität, kurz SALSA. Die Graduiertenschule wurde 2012 gegründet und wird im Rahmen der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern gefördert. Sie ist eine Kooperation der Humboldt-Universität zu Berlin, mit der Technischen Universität Berlin und der Universität Potsdam sowie mit vielen außeruniversitären Forschungseinrichtungen wie der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) und dem Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie (HZB). Auch internationale Partner, wie der ETH Zürich in der Schweiz, die Universidad de Oviedo in Spanien und die Hebrew University of Jerusalem in Israel sind beteiligt.

Die hochmoderne Ausstattung in Adlershof war nicht allein der Grund für Freeda Yesudas und Victor Rodriguez, sich für die Berliner Graduiertenschule zu bewerben. Freeda Yesudas war beeindruckt von der Vielfalt der Projekte in SALSA, die immer zwischen den Disziplinen angesiedelt sind. Mit ihrer Bewerbung verknüpfte sie die Hoffnung, an der Graduiertenschule neue Ansätze und Methoden kennenzulernen, die ihr in ihrer weiteren Karriere als Wissenschaftlerin nützlich sein könnten.

Mit den Wechselwirkungen von Zellmembranmolekülen unter sich ändernden Bedingungen beschäftigt sich Freeda Yesudas im Rahmen ihrer Promotion an der "School of Analytical Sciences Adlershof".

Mit den Wechselwirkungen von Zellmembranmolekülen unter sich ändernden Bedingungen beschäftigt sich Freeda Yesudas im Rahmen ihrer Promotion an der "School of Analytical Sciences Adlershof".
Bildquelle: Matthias Heyde

Mit einem Masterabschluss in Photonik war sie die ideale Kandidatin für Forschungsarbeiten am Summenfrequenz-Spektrometer. An diesem neuartigen optischen Aufbau wird die Überlagerung von zwei Laserstrahlen, einem konstanten und einem gepulsten, gemessen. Das Besondere an der Apparatur, die von der Leiterin des Photonics Application Lab, der Physikerin Zsuzsanna Heiner, entwickelt und gebaut wurde, ist der extrem kurz gepulste Laser, mit dem sich die Oberfläche von flüssigen oder festen Proben räumlich und zeitlich besonders hochauflösend untersuchen lässt. „Das Summenfrequenz-Spektrometer kann man sich wie eine Filmkamera vorstellen, die in sehr, sehr schneller Bilderfolge die Bewegung der Moleküle aufnimmt“, erklärt Yesudas. Die Daten des Spektrometers zeigten sich aber nicht wie bei der Kamera als Bilder, sondern als sehr lange Zahlenfolge.

„Für junge Wissenschaftler ist Deutschland derzeit das beste Ziel, vor allem die Chemie hat einen sehr guten Ruf.“ Doktorand Victor Rodriguez

Im Rahmen ihrer Doktorarbeit möchte Freeda Yesudas die Wechselwirkungen von Molekülen der Zellmembran unter sich ändernden Bedingungen wie pH-Wert oder Salzkonzentrationen untersuchen. Darauf aufbauend werden Experimente folgen, mit denen Wechselwirkungen mit Wirkstoffen oder Nanopartikeln untersucht werden sollen. In Vorbereitung dazu beschäftigt sich die Physikerin nun viel mit chemischen Lösungen und der Biologie von Zellmembranen. Letztlich möchten Zsuzsanna Heiner und ihre Doktorandin mit ihren Erkenntnissen auch das Summenfrequenz-Spektrometer weiterentwickeln und für die Untersuchungen an biologischen Systemen optimieren.

„Für junge Wissenschaftler ist Deutschland derzeit das beste Ziel, vor allem die Chemie hat einen sehr guten Ruf“, sagt Victor Rodriguez. Das Forschungsprojekt des Spaniers bewegt sich an der Schnittstelle zwischen Chemie, Biologie und den Agrarwissenschaften. Er möchte herausfinden, warum und wie Phytolithe, „Pflanzensteine“ aus Siliziumdioxid in Pflanzenzellen entstehen. Während eines dreimonatigen Aufenthalts an der Landwirtschaftlichen Fakultät der Hebrew University in Israel lernte der Chemiker, wie man Pflanzen züchtet und pflegt. Auch mit dem pflanzlichen Stoffwechsel und dem Querschnitt eines Blattes im mikroskopischen Bild kennt sich Rodriguez inzwischen sehr gut aus.

Über die Einlagerung der kristallähnlichen Strukturen in Pflanzenzellen rätsle die Wissenschaft bereits seit 160 Jahren, sagt Rodriguez. Man sei sich einig, dass die Phytolithe vielfältige Funktionen für die Pflanzen haben, beispielsweise helfen sie den Pflanzen mit Stress wie etwa mit Trockenheit umzugehen. Immer wieder hätte es eine forschungsintensive Zeit zu diesem Thema gegeben, meist angestoßen durch methodische Weiter- oder Neuentwicklungen. Doch Grundlegendes sei noch immer ungeklärt: Wie entstehen diese Steine? Und wie verändern sie die Zellen? Auch derzeit sei das Thema wieder hochaktuell, so Rodriguez, vermutlich weil Nutzpflanzen durch Klimaveränderungen immer öfter extremen Wetterbedingungen wie akuter Hitze und Trockenheit ausgesetzt seien. Dank neuer mikroskopischer Verfahren, die es erlauben, bis auf die atomare Ebene vorzudringen, sei man der Erklärung des Phänomens noch nie so nahe gewesen wie jetzt.

Für Freeda Yesudas und Victor Rodriguez waren eine hochmoderne Ausstattung, Interdisziplinarität und eine große Projektvielfallt Gründe, sich für eine Promotion an der „School of Analytical Sciences Adlershof“ zu entscheiden.

Für Freeda Yesudas und Victor Rodriguez waren eine hochmoderne Ausstattung, Interdisziplinarität und eine große Projektvielfallt Gründe, sich für eine Promotion an der „School of Analytical Sciences Adlershof“ zu entscheiden.
Bildquelle: Matthias Heyde

Freeda Yesudas und Victor Rodriguez sind zwei von derzeit etwa 60 jungen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern, die im Rahmen von SALSA promovieren. Sie kommen aus 28 Ländern – etwa aus Ungarn und Venezuela, aus der Türkei und dem Iran ¬ und lassen sich gemeinsam auf das Abenteuer ein, zwischen den Disziplinen zu forschen und auch zwischen ihnen zu vermitteln. „Die Analytischen Wissenschaften sind naturgemäß interdisziplinär“, betont Janina Kneipp, die zusammen mit Ulrich Panne von der BAM die Graduiertenschule leitet. Das Interessante an den Promotionsprojekten in SALSA sei eine Fragestellung aus einer bestimmten Disziplin mit den Methoden eines anderen Faches zu betrachten. Entsprechend habe jeder Doktorand oder Doktorandin zwei oder drei Betreuer – aus unterschiedlichen Fachrichtungen und auch aus unterschiedlichen Institutionen.

Das Klima der Zusammenarbeit und des Gemeinschaftsgefühls ist für Freeda Yesudas und Victor Rodriguez das Besondere an SALSA. Im Laufe ihre Promotion werden sie viele Forschungsansätze und Techniken ausprobieren und Disziplinen kennenlernen. Gerade arbeitet Freeda Yesudas sich ins Programmieren ein, um die Messung und Ausgabe von Daten sowie deren Auswertung zu automatisieren und sich damit viele vergleichbare Messreihen zu ermöglichen. Dafür hat sie Kontakt zu einem Potsdamer Wissenschaftler aufgenommen. Für Victor Rodriguez sind Röntgenbeugung und Kernspinresonanzspektroskopie weitere Methoden, mit denen er seine Proben untersuchen möchte. Auf eines allerdings freut er sich ganz besonders. In wenigen Monaten hat er die Möglichkeit, seine „Pflanzensteine“ an einem besonderen Gerät bis auf Nanometerebene zu untersuchen: Am BESSY II des Helmholtz-Zentrums Berlin für Materialien und Energie. „Ich werde weltweit einer der wenigen Wissenschaftler sein, die an einem Elektronenspeicherring arbeiten dürfen.“