Liebe Freunde des Botanischen Gartens,

der Schnee kommt dieses Jahr in Schüben. Nachdem wir in der letzten Woche noch tiefen Winter hatten, gab es gestern nur noch Reste davon. Schattige Stellen waren weiß, während an den sonnigen Stellen Cyclamen, Schneeglanz, Primeln und Schneeglöckchen blühten, im Frühlingsgarten des Botanischen Gartens ergänzt durch dunkelrote und gelbe Hamamelis. Während meine Frau sich schon auf den Frühling vorbereitet und gestern bereits mit einer neu erstandenen Päonie zurückkam, hoffe ich noch immer auf weitere Schneefälle. Der Schnee schützt die Pflanzen vor großer Kälte ebenso wie vor dem jetzt schon intensiver werdenden Sonnenlicht, gegen dass sie bei Frost besonders empfindlich sind. Er bringt aber auch eine besondere Stimmung in den Garten, die ich immer wieder genieße. Er modelliert das Geäst der Bäume, strukturiert die Beete, und nach Nebelnächten werden feinste Strukturen durch den Raureif deutlich sichtbar.

Durch eine Art Raureif lassen sich auch feinste mikroskopische Strukturen darstellen. Lange Zeit lag die Auflösungsgrenze der Mikroskopie bei etwa einem fünftausendstel Millimeter. Viele Zellen und Gewebe höherer Organismen sind deutlich größer. Sie lassen sich bereits gut mit einfachen Lichtmikroskopen untersuchen, die man für wenige hundert Euro oder sogar darunter erstehen kann. Zellorganellen wie Mitochondrien, in welchen die Zellatmung stattfindet, und Chloroplasten, die Organellen der Photosynthese, sind aber bereits so klein, dass sie durch sichtbares Licht nur noch als unstrukturierte Körnchen wahrgenommen werden können. Das beruht darauf, dass die Wellenlänge des Lichts im Bereich von 400 bis 700 Nanometer liegt (1 Nanometer, abgekürzt nm, ist ein Millionstel Millimeter). Dieses Licht streicht deshalb quasi nur daran vorbei. Aus dem mikroskopischen Bild ist deshalb nur zu entnehmen, dass da etwas ist, aber nicht mehr, ob es ein Teilchen oder mehrere sind, und ob sie irgendwelche Struktur haben. Diese Beugungsgrenze beträgt etwa ein Drittel der Wellenlänge, in einem Lichtmikroskop liegt sie deshalb bei 200 nm. Um noch kleinere Strukturen abzubilden, bräuchte man deshalb noch kürzerwelliges, ultraviolettes Licht. Dieses wird allerdings so stark absorbiert, dass es die Probe nicht mehr durchdringen kann. 1931 zeigten Ernst Ruska und Max Knoll eine Alternative auf: Sie ersetzten das Licht (= elektromagnetische Wellen) durch Materiewellen, und zwar einen Elektronenstrahl, und ersetzen die Glaslinsen durch magnetische Linsen. Bereits 1938 wurde auf dieser Basis bei Siemens das erste kommerzielle Elektronenmikroskop gebaut. Die verwendeten Elektronen haben typischerweise Wellenlängen von weit weniger als 1 Nanometer, so dass man theoretisch einzelne Atome auflösen könnte, obwohl man in der Praxis nicht ganz so weit kommt. Für Mineralien ist dies eine ideale mikroskopische Methode, da die einzelnen Körner häufig verschieden schwere Elemente (Aluminium, Eisen, Silizium, Magnesium, usw.)
enthalten, welche einen hohen Kontrast liefern. Biologische Materialien habe dagegen einen wesentlich geringeren Kontrast, da fast alle Bestandteile der Zelle im Wesentlichen aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff bestehen. Dadurch entsteht ein flaues Bild, das nur sehr schwer zu interpretieren ist. Und jetzt kommen wir wieder zum Raureif: Eine Möglichkeit, den Kontrast zu erhöhen, ist die Bedampfung mit Schwermetallen, die Garnierung mit Goldpartikeln über Immunreaktionen, oder die Einbettung in eine entsprechende Lösung. Ähnlich wie Raureif ein Spinnennetz sichtbar macht, konnten auf diese Weise die Feinstrukturen von Zellen, zum Beispiel photosynthetische Membranen oder Ribosomen, die Maschinen der Proteinsynthese, untersucht werden.

Für lange Zeit waren elektronenmikroskopische Methoden die einzigen, die diese Auflösung erlaubten. Sie sind auch heute aus der biologischen Forschung nicht wegzudenken, und es wurde eine Vielzahl spezieller Techniken dazu entwickelt. In jüngster Zeit gibt es allerdings auch optische Methoden, die ähnlich hohe Auflösungen erzielen. Ihr Vorteil ist, dass sie sind in der Regel für die untersuchten Materialien sehr viel schonender sind. Von diesen superauflösenden Lichtmikroskopen vielleicht ein andermal.

Auch heute wieder einige Bemerkungen in eigener Sache: Beim Aussenden des Jahresbriefes haben wir eine Reihe von Rückläufen durch geänderte Adressen gehabt. Bitte denken Sie daran, dass Sie uns Änderungen von Adresse, Telefon, Email und/oder Konto möglichst umgehend mitteilen. Dieser Brief enthielt auch die Einladung zur Jahreshauptversammlung. Wie die Feiertage ist sie dieses Jahr relativ spät. Vergessen Sie bitte nicht, sich anzumelden, damit wir für das anschließende gesellige Beisammensein planen können.

Nicht zuletzt noch eine Bemerkung in Sachen Umwelt und Biodiversität: Der Botanische Garten ist ein Hort der Biodiversität, nicht nur von Pflanzen, sondern auch von Bienen und anderen Insekten. Der Biologe Richard Dawkins nannte die Erhaltung der Biodiversität einmal das wichtigste Problem für das längerfristige Überleben des Menschen. Am kommenden Mittwoch, 13.2.2019 läuft das Volksbegehren „Rettet die Bienen“ aus, bei dem Sie mit Ihrer Stimme zur Erhaltung der Biodiversität in Bayern durch bessere gesetzliche Regelungen beitragen können. Sie können sich dazu in allen Rathäusern eintragen. Jede Stimme ist wichtig, einen Rathausfinder finden Sie hier. Sie müssen sich persönlich eintragen und mit Ihrem Personalausweis ausweisen. Lassen Sie sich nicht durch lange Schlangen abschrecken: Es gibt überall viele Helfer, und die Wartezeiten betragen nur wenige Minuten.

Herzliche Grüße,

Hugo Scheer     11.2.19