Theodor Svedberg: Der Chemiker, der Moleküle zum Stillstand brachte

Bei 42 000 Umdrehungen pro Minute, wobei Kräfte erzeugt wurden, die hunderttausendmal so groß sind wie die Erdschwerkraft, konnte die Ultrazentrifuge von Theodor Svedberg etwas, das kein Mikroskop seiner Zeit konnte: Moleküle nach Gewicht sortieren. Er beobachtete, wie sie in einer Lösung in Echtzeit sedimentierten, und enthüllte erstmals, dass Proteine keine losen chemischen Aggregate waren, wie viele Wissenschaftler annahmen, sondern präzise, einheitliche Moleküle mit bestimmten Molekulargewichten.

Ein schneller Start in Uppsala

Theodor Svedberg wurde am 30. August 1884 in Valbo, Schweden, geboren. Er immatrikulierte sich 1904 an der Universität Uppsala, und sein Aufstieg dort war auffallend schnell: Er erwarb 1905 einen Bachelor-Abschluss, 1907 einen Master und 1908 einen Doktortitel – er schloss seine Promotion innerhalb von etwa drei Jahren nach Beginn ab – bevor er Dozent und dann, 1912, Leiter der Abteilung für physikalische Chemie wurde. Er erreichte eine ordentliche Professur im Alter von achtundzwanzig Jahren, einem für diese Position ungewöhnlich jungen Alter, und blieb bis 1949 Lehrstuhlinhaber für physikalische Chemie in Uppsala.

Kolloide, Brownsche Bewegung und eine neue Art von Maschine

Svedbergs früher wissenschaftlicher Ruf beruhte auf der Kolloidchemie – dem Studium fein verteilter Partikel, die in einer anderen Substanz suspendiert sind, wie Rauch in der Luft oder Proteine im Wasser –, einem Feld, das Anfang des zwanzigsten Jahrhunderts noch kaum verstanden wurde. Seine experimentellen Arbeiten zu kolloidalen Systemen trugen dazu bei, unterstützende Belege für die Theorien der Brownschen Bewegung zu liefern, die Albert Einstein und Marian Smoluchowski wenige Jahre zuvor mathematisch ausgearbeitet hatten, und verbanden den unregelmäßigen Tanz mikroskopischer Teilchen mit der Realität von Molekülen und Atomen zu einer Zeit, als deren Existenz noch empirisch bestätigt wurde. Diese Grundlage in der Kolloidwissenschaft führte direkt zu seiner charakteristischen Erfindung. Während einer Professur an der University of Wisconsin–Madison ab 1923 entwickelte Svedberg die analytische Ultrazentrifuge, eine Maschine, die Proben mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit drehte, um Teilchen danach zu trennen und zu messen, wie schnell sie unter enormer Zentrifugalkraft sedimentierten. Das Instrument operierte mit bis zu 42 000 Umdrehungen pro Minute und erzeugte etwa die 100 000-fache Schwerkraft der Erde; es ermöglichte Svedberg, Molekulargewicht und -form mit einer Präzision zu messen, die keine frühere Technik erreicht hatte, und er nutzte es, um zu demonstrieren, dass reine Proteine durch ihr unterschiedliches Sedimentationsverhalten voneinander unterschieden werden konnten – ein Beweis dafür, dass Proteine diskrete, wohldefinierte Moleküle waren und keine variablen kolloidalen Aggregate, wie einige Chemiker vermutet hatten.

Ein Nobelpreis für ein gesamtes Lebenswerk

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften verlieh Svedberg 1926 den Nobelpreis für Chemie für seine Arbeiten über disperse Systeme – umfassend Kolloid- und Proteinchemie. Svedberg selbst reflektierte später mit einer gewissen Ambivalenz über die Breite der Begründung und merkte an, dass der Preis nicht eine einzelne Entdeckung würdigte, sondern, wie er es ausdrückte, „mehr oder weniger mein gesamtes Werk“. Diese Breite ist selbst ein Indikator dafür, wie zentral seine experimentellen Methoden für die physikalische Chemie innerhalb von weniger als zwei Jahrzehnten nach seiner Promotion geworden waren. Die später eingeführte Einheit zur Messung der Sedimentationsgeschwindigkeit von Teilchen in einer Zentrifuge – das Svedberg, abgekürzt S, gleich zehn hoch minus dreizehn Sekunden – wurde zu seinen Ehren benannt und bleibt heute Standard in der Biochemie, am bekanntesten bei der Benennung von ribosomalen RNA-Untereinheiten, wie den 30S- und 50S-Untereinheiten bakterieller Ribosomen.

Spätere Karriere und Hinwendung zur Nuklearchemie

Nachdem er 1949 von seinem Lehrstuhl für Chemie in Uppsala zurückgetreten war, ging Svedberg nicht in den Ruhestand, sondern lenkte seine Energien auf die Kernwissenschaft und leitete das Gustaf-Werner-Institut – ein Forschungszentrum, das um einen der frühen Teilchenbeschleuniger Schwedens herum gebaut wurde – bis 1967, weit in seinen Achtzigern. Auf diesem Weg sammelte er weitere internationale Anerkennung, darunter die Wahl zum ausländischen Mitglied der Royal Society im Jahr 1944, die Mitgliedschaft in der United States National Academy of Sciences im Jahr 1945 und die Franklin-Medaille im Jahr 1949, zusätzlich zum schwedischen Björkénska-Preis, den er im Laufe seiner Karriere dreimal erhielt. Kollegen, die mit ihm arbeiteten, beschrieben ihn als methodischen, technisch erfinderischen Wissenschaftler, der mehr an experimenteller Präzision und Reproduzierbarkeit als an abstrakter Theorie interessiert war, mit einer internationalen Ausrichtung, die dazu beitrug, dass sich seine Methoden schnell über Schweden hinaus verbreiteten.

Ein Leben außerhalb des Labors

Svedbergs Privatleben war so unkonventionell, wie seine Karriere ausgezeichnet war: Er war viermal verheiratet und hatte insgesamt zwölf Kinder. Außerhalb der Chemie verfolgte er Malerei, Botanik und Fotografie als ernsthafte Hobbys, stellte Landschaftsaquarelle und Naturstudien aus, die aus seinen Reisen durch Schweden und Südamerika stammten – Interessen, die ein beobachtendes Temperament nahelegen, das vom Labor in die natürliche Welt übertragen wurde.

Warum Theodor als Genie bezeichnet wird

Svedbergs Fall für Genialität beruht eindeutig auf dem Instrumentenbau statt auf reiner Theorie: Er leitete kein neues Naturgesetz ab, sondern erfand eine Maschine, die präzise genug war, um der Natur zu ermöglichen, Chemikern etwas zu zeigen, das sie sonst nicht sehen konnten. Eine Probe schnell genug zu drehen und ihr Verhalten fein genug zu messen, um Moleküle nach Gewicht zu sortieren, erforderte sowohl ein ungewöhnliches Verständnis der physikalischen Chemie als auch echte ingenieurtechnische Beharrlichkeit – die Ultrazentrifuge durchlief jahrelange mechanische Verfeinerungen, bevor sie ein zuverlässiges wissenschaftliches Instrument wurde. Das ist ein Genie der Methode und Präzision statt eines einzelnen konzeptionellen Sprungs, und es ist bezeichnend, dass selbst die Begründung des Nobelkomitees sein gesamtes Forschungsprogramm abdeckte und nicht eine isolierte Entdeckung, eine Breite, die Svedberg selbst leicht unangenehm zu akzeptieren fand. Die ehrliche Komplikation ist, dass Svedberg auf bestehenden theoretischen Fundamenten aufbaute, die von Einstein und Smoluchowski zur Brownschen Bewegung gelegt wurden, anstatt die zugrunde liegende Physik selbst zu begründen; sein singulärer Beitrag war die Übersetzung dieser Theorie in eine funktionierende, wiederholbare experimentelle Technik, die die Proteinchemie in eine quantitative Wissenschaft verwandelte. Es ist Handwerk und Strenge auf höchstem Niveau, mehr als ein einzelner Geistesblitz.

Vermächtnis

Svedberg starb am 25. Februar 1971 in Kopparberg, Schweden, nachdem er seine letzten zwei Jahrzehnte damit verbracht hatte, Kernforschung zu leiten, nachdem er vier Jahrzehnte die physikalische Chemie umgestaltet hatte. Das Svedberg-Labor an der Universität Uppsala trägt heute seinen Namen, und die Svedberg-Einheit, die er der Biochemie gab, bleibt in Laboren weltweit im täglichen Gebrauch, eine kleine, aber dauerhafte Spur der Maschine, die es Wissenschaftlern erstmals ermöglichte, Moleküle dabei zu beobachten, wie sie sich nach Gewicht sortieren.