Terra X: Wunderwelt Chemie

Folge 1: Die Bausteine der Natur Woraus besteht die Welt? Diese Frage fasziniert Menschen seit jeher. Dr. Mai Thi Nguyen-Kim nimmt die Zuschauer mit auf eine Reise durch die Geschichte der Wissenschaft. In der Antike ging man von vier Elementen aus: Feuer, Wasser, Erde und Luft. Nach Jahrhunderten der Forschung sind heute 118 Elemente bekannt – und die Suche geht weiter. Entdeckt wurden sie von visionären Männern und Frauen, die Wissenschaftsgeschichte schrieben. Dass Festes flüssig und Flüssiges zu Gas werden konnte, inspirierte die frühen Alchemisten, eine solche Verwandlungskunst selbst anzuwenden. Meist auf der Suche nach dem "Stein der Weisen", der unedle Metalle in Gold umwandeln sollte. Auch wenn alle Versuche ins Leere liefen, erbrachte doch mancher Irrweg wichtige Erkenntnisse. So der von Hennig Brand, der im Jahr 1669 versuchte, den Stein der Weisen aus Urin zu gewinnen, und dabei den Phosphor entdeckte. Viele Elemente wurden erst nach einer Kette von Irrtümern gefunden. Wie die Entdeckung des Sauerstoffs durch den Franzosen Antoine de Lavoisier, der damit die abenteuerliche Theorie des "Phlogistons" widerlegte, eines ominösen Stoffes, von dem man angenommen hatte, er entweiche bei Verbrennungen. 118 Elemente führt das Periodensystem heute auf.
Es ist nicht weniger als die Ordnung der Welt, die in Spalten und Gruppen nach der Kernladung und den chemischen Eigenschaften der Elemente aufgegliedert ist. Dieses Grundverständnis verdankt die Wissenschaft dem Russen Dimitri Mendelejew, dem das Periodensystem der Legende nach im Traum erschien. Seine Leistung besteht nicht nur aus der Ordnung der bekannten Elemente, die er erstmals 1869 der Öffentlichkeit präsentierte, sondern auch in der Definition der Leerstellen im Periodensystem. Er prophezeite, dass es dort noch Elemente geben müsse, auch wenn man sie zu seiner Zeit noch nicht kannte. Mendelejew sollte recht behalten. Ende des 19. Jahrhunderts begann erstmals eine Frau, die Lücken des Periodensystems zu füllen: Marie Curie. Sie entdeckte die Elemente Radium und Polonium. Bis zuletzt war sie vom Nutzen der radioaktiven Strahlung überzeugt, die von ihnen ausging - etwa für die Behandlung von Tumoren. Den Abwurf der erste Atombombe hat Curie nicht mehr erlebt. In dieser Folge der Reihe erklärt Mai Thi Nguyen-Kim die Grundlagen einer faszinierenden Wissenschaft, der viele Menschen skeptisch gegenüberstehen. "Für viele ist Chemie nur ein verhasstes Schulfach, das man nicht schnell genug abwählen konnte, dabei erklärt sie uns diese verrückte faszinierende Welt, in der wir leben", sagt die Wissenschaftsjournalistin.

Folge 2: Die Magie der Verwandlung Chemie ist eine Zaubershow. Ihr Geheimnis ist die Verwandlung, die Verbindung von immer neuen Stoffen. Manches verschwindet, anderes entsteht scheinbar aus dem Nichts. Chemie ist die Kunst, mit den Bausteinen der Welt neue Stoffe zu schaffen. Dank ihr lassen sich auch Moleküle zusammenführen, die ohne Technik nicht zueinanderfinden würden. Ob das, was da entsteht, gut oder schlecht ist, das hat der Mensch selbst in der Hand. Einer der Großen, der die Grundlagen der modernen angewandten Chemie legte, war Justus von Liebig. Er tüftelte an Düngemitteln für die Landwirtschaft, entwickelte Säuglingsnahrung und Würzextrakte. Und er war einer der Ersten, der die Chemie einem großen Publikum verständlich machen wollte. Seine „Show-Vorlesungen“ sind Legende. Es knallte, puffte und rauchte so dramatisch, dass Studenten und Prominente ihrer Zeit aus dem Staunen kaum herauskamen.
Auf der Suche nach neuen Wundermitteln mischten Chemiker im 20. Jahrhundert Hunderte von Stoffen in ihren Laboren zusammen, ließen Alkohole, Lösungsmittel, Eiweiße, Öle und Zellulose miteinander regieren. Synthetische Medikamente entstanden, die den Durchbruch im Kampf gegen unzählige Krankheiten brachten. Und sie entwickelten erste Kunststoffe, mit denen das Zeitalter des Plastiks begann. Viele der in den Laboren entwickelten Stoffe waren in ihrer Zeit Meilensteine, die für Fortschritt und Entwicklung standen. Dass einige von ihnen auf lange Sicht dem Planeten und seinen Bewohnern schaden würden, konnten die Entdecker von damals nicht ahnen. Doch ein prinzipielles Gegeneinander von „guter Natur“ und „böser Chemie“, wie es heute von vielen angenommen wird, gibt es nicht.

Folge 3: Die Elemente des Lebens Der menschliche Körper ist ein lebendes Labor, in dem ununterbrochen chemische Prozesse ablaufen. Sie zu dechiffrieren ist bis heute ein wissenschaftliches Abenteuer. Die Elemente des Lebens finden sich überall im Universum. Alles, was auf der Erde existiert, stammt aus Sternenstaub. Welche Kette von Zufällen aber hat dazu geführt, dass sich ausgerechnet hier aus chemischen Bausteinen Leben entwickeln konnte? In den 1950er-Jahren knackten zwei "Nerds" den Code des Lebens: Francis Crick und James Watson. Ihnen gelang es, die dreidimensionale Struktur der DNA-Doppelhelix und damit den Kopiermechanismus des Lebens zu entschlüsseln. Der entscheidende Hinweis allerdings kam von der heute weniger bekannten Biochemikerin Rosalind Franklin. Wie keine andere beherrschte sie die Röntgenkristallografie, mit der komplexe Moleküle durchleuchtet und ihre Strukturen bestimmt werden können. Bis heute ist die Methode relevant, zum Beispiel um die Struktur von Proteinen zu bestimmen, mit denen Coronaviren an menschliche Zellen andocken. Wichtige Erkenntnisse, um neue maßgeschneiderte Medikamente zu entwickeln.
Wir wissen heute unglaublich viel darüber, wie die molekularen Maschinen im menschlichen Körper funktionieren. Doch wie ist das alles entstanden? Im Jahr 1953 versuchten Wissenschaftler, die Schöpfung im Labor zu simulieren und die chemische Evolution in Gang zu setzen. Das Experiment von Harold Urey und Stanley Miller wurde weltbekannt. Zwar entstanden in ihrer "Ursuppe des Lebens" einfache Aminosäuren, doch die Kernfrage blieb: Wie konnten komplexe Moleküle wie DNA und erste Zellen entstehen? Ein interdisziplinäres Team von Forschenden ist jetzt dabei, den Ursprung des Lebens im Labor zu entschlüsseln – mit erstaunlichen Ergebnissen. "Sollten wir irgendwann verstehen, was genau es braucht, damit aus leblosen Chemie-Bausteinen Leben entsteht, können wir vielleicht auch beantworten, wie verrückt es ist, dass wir auf dieser Erde atmen und leben", sagt Dr. Mai Thi Nguyen-Kim. "Ist es nur eine Frage der richtigen physikalischen Bedingungen? Dann können wir davon ausgehen, dass es irgendwo da draußen noch mehr Leben gibt. Oder ist das, was hier auf der Erde geschah, ein wahnsinniger Zufall? Ein wahnsinniges Glück?" (ZDF)