Lebenslauf

Alfred Gierer

Ich wurde am 15. April 1929 in Berlin geboren. Von 1934 bis zum Ausbruch des japanisch-chinesischen Krieges 1937 lebte die Familie in Schanghai, wo der Vater für die AEG und deren Tochtergesellschaft, die China Electric Company, an Projekten von Elektrizitätswerken arbeitete. Ich besuchte Schulen in Shanghai, Berlin und Schwabach in Bayern und studierte von 1946 bis 1953 Physik in Göttingen. Von 1948 bis 1953 arbeitete ich am von Werner Heisenberg neu gegründeten Max-Planck-Institut für Physik als Diplomand und Doktorand bei Karl Wirtz als Doktorvater über Protonentransfer über Wasserstoffbrücken und Physik der Flüssigkeiten. Nicht selten wird nach 50 Jahren eine Arbeit zitiert: A.Gierer und K.Wirtz, "Molekulare Theorie der Mikroreibung" (1953), Z. Naturforsch. 8a, 532-538, mit Berechnungen von Reibungskoeffizienten für Moleküle, deren Größe mit Wasser vergleichbar ist.

Wirtz, obwohl Kernphysiker, sah in der Molekularphysik eine große Zukunft für das Verständnis grundlegender Probleme der Biologie und weckte mein Interesse in dieser Richtung. Paulings Buch über "Die Natur der chemischen Bindung" und noch mehr ein Vortrag, den er 1952 in Tübingen über die neu entdeckte Alpha-Helix hielt, waren dann für mich ausschlaggebend, das Fachgebiet zu wechseln.

Als Fulbright-Stipendiat 1953 - das erste Jahr nach dem Zweiten Weltkrieg, in dem deutsche Postdocs die Möglichkeit hatten, in die USA zu gehen - arbeitete ich mit Sizer am MIT über Enzymkinetik. Zurück in Deutschland, wurde ich 1954 wissenschaftlicher Mitarbeiter von Hans Friedrich-Freksa am neu gegründeten Max-Planck-Institut für Virusforschung in Tübingen.

Der Ort war ideal für einen jungen Physiker, der in die Biologie wechselte, die Zeit war ideal, weil die Doppelhelix gerade entdeckt worden war und damit das Goldene Jahrzehnt der Molekularbiologie begann, Freksa war ein höchst inspirierender und zugleich sehr liberaler Mentor und Institutsleiter, Schramm legte mit seiner Arbeit den Grundstein für TMV als Modellsystem für grundlegende Probleme der Molekularbiologie, und seine Offenheit für Kooperationen war höchst bemerkenswert.

Hier sind die Originalversionen von drei kurzen Artikeln in "Nature", einer mit Schramm, der zeigt, dass die isolierte virale Nukleinsäure infektiös ist und somit das genetische Material des Virus darstellt, ein weiterer, der zeigt, dass der RNA-Anteil des Virus einen einzigen Strang bildet, und dass die Integrität des Moleküls für die Infektiosität notwendig ist, und eine dritte Arbeit, zusammen mit Mundry, der am Melchers`Max-Planck-Institut für Biologie arbeitet, zeigt, dass eine einzige Nukleotidsubstitution in der viralen RNA durch Behandlung mit salpetriger Säure in vitro eine Mutation des Virus verursachen kann.

Gierer, A., Schramm, G. (1956)
Infectivity of ribonucleic acid from Tobacco Mosaic Virus
Nature 177, 702-703
Gierer, A. (1957)
Structure and biological function of ribonucleic acid from Tobacco Mosaic Virus
Nature 179, 1297-1299
Gierer, A., Mundry, K.W. (1958)
Production of mutants of Tobacco Mosaic Virus by chemical alteration of its ribonucleic acid in vitro
Nature 182, 1457-1458

1958/59 verbrachte ich auf Einladung von Max Delbrück ein halbes Jahr am CalTech und lernte dort im Labor von Hildegard Lamfrom die zellfreie Proteinsynthese im Retikulozytensystem kennen.

Bald nach meiner Rückkehr aus Pasadena, im Jahr 1960, wurde mir auf der Grundlage der TMV-Arbeiten die Stelle als wissenschaftliches Mitglied der Max-Planck-Gesellschaft und Leiter einer neuen, unabhängigen Abteilung für Molekularbiologie am Virusinstitut angeboten. Vermutlich war ich bis dahin und seitdem eines der jüngsten Mitglieder. Die Mitgliedschaft bedeutet Festanstellung, völlige wissenschaftliche Unabhängigkeit und eine recht üppige finanzielle Ausstattung.

1958 habilitierte ich mich für das Lehramt an der Universität Tübingen. Mein erster Kurs 1959 war über Molekularbiologie, einer der ersten Universitätskurse zu diesem neuen und spannenden Thema in Deutschland.

Die nächste Arbeit befasste sich mit der Proteinsynthese in Retikulozyten und zeigte, dass Ribosomen in Aggregaten (später Polysomen genannt) arbeiten, die durch Boten-RNA verbunden sind; dies wiederum deutet auf einen Bandlesemechanismus der Proteinsynthese hin, demzufolge "das Wachstum der Peptidkette von einer Verschiebung der aktiven Stelle des Ribosoms von einer kodierenden Gruppe der Boten-RNA zur nächsten begleitet wird" (Polysomen wurden fast gleichzeitig in zwei anderen Laboratorien entdeckt).

Gierer, A. (1963)
Function of aggregated reticulocyte ribosomes in protein synthesis
J. Mol. Biol. 6, 148-157

In der Folge bereiteten wir einen starken Richtungswechsel hin zur Entwicklungsbiologie vor, einem Gebiet, das damals noch als altmodisch galt, und nutzten die Freiheit der MPG-Mitglieder voll aus. Wir wählten die regenerierende Hydra als Modellsystem und legten den Schwerpunkt auf die Bildung räumlicher Muster, die Dynamik der Stammzellproliferation und die Wege der Zelldifferenzierung. Diese Arbeit wurde mit zwei amerikanischen Postdocs und drei deutschen Doktoranden begonnen. Hier ist die erste Arbeit unserer Hydra-Gruppe zu finden, in der die Fähigkeit von Aggregaten aus zuvor isolierten Zellen zur Regeneration kompletter Tiere gezeigt wurde. Dieses System erwies sich als sehr effektiv für die Untersuchung grundlegender Mechanismen von Zellinteraktionen, Musterbildung und Zelldifferenzierung. Es konnte gezeigt werden, dass die Polarität des Gewebes auf abgestufte Komponenten und nicht auf orientierte polare Zellen zurückzuführen ist.

Gierer, A., Berking, S., Bode, H., David, C.N., Flick, K., Hansmann, G., Schaller, H., Trenkner, E. (1972)
Regeneration of hydra from reaggregated cells
Nature New Biol. 239, 98-101

Im Jahr 1971 begannen mein Kollege Hans Meinhardt und ich mit der Arbeit an der Theorie der biologischen Musterbildung. Sie befasst sich in erster Linie mit der Bildung auffälliger Muster innerhalb eines ursprünglich nahezu homogenen Gewebes, dem für die Embryologie prototypischen Prozess, der in besonders puristischer Form durch Schnittflächen einer Hydra dargestellt wird, die durch interne Reorganisation des bereits vorhandenen Gewebes ein vollständiges Tier mit Kopf und Fuß hervorbringt. Unsere Grundidee war, dass die wesentlichen Voraussetzungen eine autokatalytische, sich selbst verstärkende Aktivierung sind, kombiniert mit hemmenden oder abbauenden Effekten von größerer Reichweite - "laterale Hemmung". Die Theorie liefert ein mathematisches Rezept für die Konstruktion von molekularen Modellen mit Kriterien für die notwendigen nichtlinearen Interaktionen. Sie wurde seither in großem Umfang auf verschiedene Entwicklungsprozesse angewandt. Unser erstes Papier (PDF) war

A Gierer and H Meinhardt, "A theory of biological pattern formation," Kybernetik 12 (1), 30-39 (1972).

Ein aktueller Überblick mit Schwerpunkt auf dem Hydra-Modell, einschließlich historischer Aspekte, ist (PDF)

Gierer, A.: The Hydra model: a model for what? International Journal of Developmental Biology 56 (6-8), S. 437 - 445 (2012)

Im Laufe der Zeit wandten sich weitere Abteilungen des Virus-Instituts der Entwicklung zu, bis es 1984 in "Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie" umbenannt wurde. In diesem Jahrzehnt begannen wir ein gemeinsames Projekt zur Neuroembryologie, insbesondere zur Richtungssteuerung der wachsenden Axone bei der Bildung des neuronalen Netzes. Hier ist der Titel einer Arbeit über die Theorie einer solchen Führung durch Gradienten.

Gierer, A. (1987)
Directional cues for growing axons forming the retinotectal projection
Development 101, 479-489

Seit meiner Zeit als Diplomand und Doktorand an Heisenbergs Max-Planck-Institut für Physik in Göttingen um 1950 war ich an philosophischen Aspekten der Physik im Allgemeinen und an der Reichweite und den Grenzen einer physikalischen Grundlage der Biologie im Besonderen interessiert; letzteres war in der Tat das dominierende Motiv für meinen Wechsel von der Physik zur Biologie. 1964 hielt ich in der Sommerschule des Österreichischen Kollegs in Alpbach einen Kurs zu diesem Thema. Dort lernte ich den Protagonisten der Analytischen Philosophie, Herbert Feigl, kennen, der mein bis heute andauerndes Interesse am Gehirn-Geist-Problem weckte und inspirierte.

Zu diesem Thema habe ich einen Artikel geschrieben "Die physikalische Grundlage der Biologie und die Probleme der Psychophysik" (Ratio XII, 47-64, 1970) (PDF). Sie verbindet strikten Physikalismus mit epistomologischem Skeptizismus: Hirnprozesse laufen nach physikalischen Gesetzen ab, und dennoch sind physikalische Hirnzustände in Bezug auf entsprechende mentale Zustände durch endliche algorithmische Verfahren möglicherweise nicht vollständig dekodierbar, insbesondere wenn selbstreferentielle Merkmale involviert sind; dies deutet auf prinzipielle Grenzen für wissenschaftliche Theorien der Gehirn-Geist-Beziehung hin. Eine neuere Version, die auf diesen Konzepten beruht, ist (PDF):

A Gierer, "Brain, mind and limitations of a scientific theory of human consciousness," Bioessays 30 (5), 499-505 (2008).

In den siebziger Jahren hielt ich an der Universität Tübingen einen Kurs über die physikalischen Grundlagen der Biologie, in den achtziger Jahren eine Reihe von elf Vorlesungen für ein allgemeines Publikum ("Studium Generale"), und ich schrieb ein Buch über "Physik, Leben und Geist":

Gierer, A. (1985) 
"Die Physik, das Leben und die Seele"
Piper, München

das sich 20 000 Mal verkaufte. Weitere Bücher und Monographien befassten sich mit den historischen Ursprüngen der modernen Wissenschaft und ihren Auswirkungen auf unser Menschenbild sowie mit dem wissenschaftsfreundlichen kulturellen Wandel im Mittelalter und in der Renaissance am Beispiel von Eriugena, al-Kindi und Nicolas de Cusa. Zu den Themen der Artikel gehören die biologischen Grundlagen der menschlichen Kooperationsbereitschaft und Empathie sowie Vergleiche zwischen biologischer Evolution und technologischer Innovation.

Im Bereich der Wissenschaftspolitik nahm ich an dem informellen Treffen von 27 europäischen Molekularbiologen 1963 in Ravello teil, das zur Gründung der Europäischen Organisation für Molekularbiologie (EMBO) führte.  Ich war Mitglied der Senate der Deutschen Forschungsgemeinschaft (1967-1973) und der Max-Planck-Gesellschaft (1972-1984) und war an der Gründung neuer Forschungsinstitute beteiligt, insbesondere der Institute für Wissenschaftsgeschichte und für Evolutionsanthropologie in Ostdeutschland nach dem Fall der Mauer.

Für weitere Informationen und Daten ist hier ein formeller Lebenslauf beigefügt.

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