Richard Ernst: Der Werkzeugmacher der modernen Chemie

Irgendwo über dem Atlantik im Oktober 1991 wurde ein Schweizer Chemiker in das Cockpit eines Verkehrsflugzeugs gebeten und erhielt eine Funknachricht: Er hatte den Nobelpreis für Chemie gewonnen. Es war eine seltsam passende Übergabe für Richard Ernst, einen Mann, dessen gesamte Karriere daraus bestand, die Instrumente zu bauen, durch die andere Menschen sehen würden. Er beanspruchte nie mehr für sich selbst. Er beschrieb sich selbst entwaffnend als „Werkzeugmacher“ statt als Wissenschaftler – was bei weitem unterschätzte, was seine Werkzeuge möglich machten.

Eine Kindheit in Winterthur und die Chemikalien eines Onkels

Ernst wurde am 14. August 1933 in Winterthur, Schweiz, als Sohn von Robert Ernst und Irma Ernst-Brunner geboren. Er wuchs in einem Haus auf, das sein Großvater, ein Kaufmann, 1898 gebaut hatte – die Art von solider Schweizer Kontinuität, die dazu neigt, entweder Konformisten hervorzubringen oder Menschen, die im Stillen etwas Seltsames auf dem Dachboden tun. Ernst tat Letzteres. Mit dreizehn Jahren entdeckte er eine Chemiesammlung, die ein verstorbener Onkel hinterlassen hatte, und begann, sie mit mehr Begeisterung als Vorsicht zu bearbeiten, was Explosionen verursachte, die seine Eltern alarmierten.

Die andere Leidenschaft kam früher und ging nie. Er spielte Cello und erwog eine Zeit lang eine Karriere als Komponist. Die beiden Interessen waren weniger gegensätzlich, als sie aussehen: Beide sind Übungen darin, komplexe überlagerte Signale in etwas aufzulösen, das das Ohr oder das Auge lesen kann, und Ernst würde sein Berufsleben damit verbringen, genau das mit den Frequenzen zu tun, die von Atomkernen ausgesendet werden.

ETH Zürich

Er machte 1957 sein Diplom in Chemie an der ETH Zürich, qualifizierte sich als Diplomierter Ingenieur Chemiker und blieb für ein Doktorat in physikalischer Chemie, das er 1962 abschloss. Die Dissertation befasste sich mit der kernmagnetischen Resonanz (NMR) – dem Phänomen, bei dem Atomkerne, die in ein Magnetfeld gebracht werden, Radiowellen bei Frequenzen absorbieren und wieder aussenden, die ihre chemische Umgebung verraten. Im Prinzip könnte NMR die Struktur jedes Moleküls enthüllen. In der Praxis war sie 1962 quälend unempfindlich: Proben mussten groß sein, Messungen langsam, und alles Verdünnte oder Komplizierte – also alles Biologische – war außer Reichweite.

Varian Associates und die Fourier-Transformation

1963 trat Ernst als Wissenschaftler bei Varian Associates in Kalifornien ein und produzierte dort die Innovation, die das Feld veränderte. Herkömmliche NMR tastete Frequenzen langsam nacheinander ab. Ernsts Ansatz war es, die Probe mit einem kurzen Impuls zu treffen, der alle Frequenzen gleichzeitig anregte, und dann die Fourier-Transformation zu verwenden, um das resultierende Durcheinander überlappender Signale in ein Spektrum zu entwirren. Der Gewinn an Empfindlichkeit war enorm. Experimente, die unmöglich gewesen waren, wurden zur Routine; Moleküle, die unsichtbar gewesen waren, weil sie nur in Spuren vorhanden waren, wurden lesbar. Bei Varian entwickelte er auch Rauschunterdrückungstechniken, ein weiteres Mittel, um überfüllte Spektren zu bereinigen.

Fourier-Transform-NMR ist der Grund, warum die Chemie heute die Struktur einer unbekannten Verbindung an einem Nachmittag statt in einer Saison bestimmen kann, und es ist der direkte Vorfahre der Magnetresonanztomographie, der Technologie, die dieselbe Physik in eine Möglichkeit verwandelte, in einen lebenden menschlichen Körper zu schauen, ohne ihn aufzuschneiden.

Die zweite Dimension

Ernst kehrte 1968 als Dozent an die ETH Zürich zurück, wurde 1970 Assistenzprofessor, 1972 außerordentlicher Professor und 1976 ordentlicher Professor für Physikalische Chemie. Er leitete das Labor für Physikalische Chemie und entwickelte dort den zweiten großen Fortschritt seiner Karriere: die zweidimensionale NMR, zusammen mit einer Reihe neuartiger Impulstechniken.

Wenn die Fourier-Transform-NMR Spektren schneller machte, machte die zweidimensionale NMR sie verständlich. Indem Ernst die Informationen über zwei Frequenzachsen verteilte, entwirrte er Spektren, die in einer Dimension hoffnungslos überlastet waren, und enthüllte entscheidend, welche Kerne mit welchen gekoppelt waren – das heißt, welche Atome nahe beieinander saßen. Das ist strukturelle Information. Es ist das, was es der NMR ermöglichte, von kleinen Molekülen zu Proteinen und Nukleinsäuren überzugehen, und es ist der Grund, warum die Strukturbiologie heute zwei große Methoden statt einer hat.

Der Nobelpreis und die folgenden Ehrungen

Der Nobelpreis für Chemie 1991 wurde Ernst allein verliehen, „für seine Beiträge zur Entwicklung der Methodik der hochauflösenden kernmagnetischen Resonanzspektroskopie (NMR)“ – eine ungewöhnlich einfache Begründung für ein ungewöhnlich folgenreiches Werk.

Der Rest kam nacheinander: der Marcel-Benoist-Preis 1985, die John Gamble Kirkwood Medal 1989 und im Nobelpreisjahr selbst sowohl der Wolf-Preis für Chemie als auch der Louisa Gross Horwitz Prize. Er erhielt 2000 die Tadeus-Reichstein-Medaille und 2004 den Orden Stern von Rumänien und wurde 1993 zum ausländischen Mitglied der Royal Society gewählt. Er hielt Ehrendoktorwürden von sechs Institutionen und gehörte der US National Academy of Sciences, der Deutschen Akademie der Naturforscher Leopoldina, der Russischen Akademie der Wissenschaften, der Koreanischen Akademie für Wissenschaft und Technologie, der Bangladesh Academy of Sciences und ab 2002 der Estnischen Akademie der Wissenschaften als ausländisches Mitglied an.

Tibetische Rollbilder und Ruhestand

Ernst ging 1998 in den Ruhestand, aber die Gewohnheit des Werkzeugmachers blieb. Er war ein ernsthafter Sammler tibetischer Rollbilder (Thangkas), und anstatt sie passiv zu bewundern, richtete er seine eigenen Instrumente darauf und analysierte die Pigmente, um zu bestimmen, woher die Farben stammten und wie alt die Rollbilder waren. Musik und Kunst blieben sein ganzes Leben lang das Gegengewicht zum Labor.

Er heiratete Magdalena Kielholz, und sie hatten drei Kinder: Anna Magdalena, Katharina Elisabeth und Hans-Martin Walter.

Winterthur, 2021

Richard Ernst starb am 4. Juni 2021 in Winterthur, der Stadt, in der er geboren wurde, im Alter von siebenundachtzig Jahren. Seine Instrumente überlebten ihn in jedem Chemielabor und jeder radiologischen Abteilung der Welt – ein ziemlich großes Vermächtnis für einen Mann, der darauf bestand, dass er nur die Werkzeuge herstellte.