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Manche chemischen Reaktionen laufen so schnell ab, dass sie lange als unmessbar galten. Wenn sich in Wasser etwa eine Säure und eine Base begegnen, ist die Reaktion in einem winzigen Bruchteil einer Sekunde vorbei. Der deutsche Physikochemiker Manfred Eigen hat Methoden entwickelt, mit denen sich solche blitzschnellen Vorgänge erstmals verfolgen ließen. 1967 erhielt er dafür die Hälfte des Nobelpreises für Chemie; die andere Hälfte teilten sich die Briten Ronald G. W. Norrish und George Porter. Später wandte sich Eigen einer der größten Fragen überhaupt zu: Wie konnte aus unbelebter Materie Leben entstehen?

Jugend in Bochum und im Krieg

Manfred Eigen wurde am 9. Mai 1927 in Bochum geboren. Sein Vater Ernst Eigen war Musiker, und die Musik begleitete auch den Sohn sein Leben lang. Manfred Eigen spielte hervorragend Klavier und trat noch als erwachsener Wissenschaftler gelegentlich als Pianist auf, unter anderem gemeinsam mit Orchestern.

Seine Schulzeit wurde jäh durch den Zweiten Weltkrieg unterbrochen. Mit 15 Jahren wurde er als Luftwaffenhelfer zur Flugabwehr eingezogen. Gegen Kriegsende geriet er in Gefangenschaft, konnte aber fliehen und schlug sich nach eigenen Erzählungen zu Fuß quer durch Deutschland bis nach Göttingen durch, wo er studieren wollte.

Studium und Forschung in Göttingen

An der Universität Göttingen studierte Eigen Physik und Chemie. Bereits 1951 wurde er dort bei dem Physikochemiker Arnold Eucken promoviert. In seiner Doktorarbeit beschäftigte er sich mit der Frage, wie sich Wasser und Lösungen verhalten, in denen Salze gelöst sind, insbesondere mit der Messung von Schall in solchen Flüssigkeiten.

1953 ging Eigen an das Max-Planck-Institut für physikalische Chemie in Göttingen. Dort machte er rasch Karriere und wurde 1964 Direktor. Göttingen blieb sein Leben lang seine wissenschaftliche Heimat. 1971 war er maßgeblich an der Gründung des Max-Planck-Instituts für biophysikalische Chemie beteiligt, das aus seinem bisherigen Institut hervorging und Physik, Chemie und Biologie unter einem Dach zusammenführte. Es trägt heute nach einer Fusion den Namen Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften.

Das Problem der schnellen Reaktionen

Wer eine chemische Reaktion beobachten will, mischt üblicherweise zwei Stoffe und verfolgt, wie sich das Gemisch verändert. Für langsame Reaktionen ist das kein Problem. Doch viele Reaktionen sind schneller, als man zwei Flüssigkeiten überhaupt vermischen kann. Bevor das Mischen abgeschlossen ist, ist alles schon vorbei. Chemiker sprachen deshalb lange von unmessbar schnellen Reaktionen.

Gerade diese Reaktionen sind aber besonders wichtig. Dazu gehören die Übertragung von Wasserstoffionen zwischen Molekülen, die für alle sauren und basischen Vorgänge entscheidend ist, die Bindung von Metallionen an andere Moleküle und viele Schritte in den Enzymen unserer Zellen.

Die Relaxationsmethoden

Eigen hatte eine bestechend einfache Idee. Statt Stoffe zu mischen, nahm er eine Lösung, in der die Reaktion bereits in einem Gleichgewicht ist. In einem solchen Gleichgewicht laufen Hin- und Rückreaktion gleich schnell ab, sodass sich von außen nichts mehr verändert. Dann störte er dieses Gleichgewicht schlagartig, zum Beispiel durch einen kurzen, starken Temperatursprung, einen plötzlichen Drucksprung oder ein elektrisches Feld.

Nach der Störung muss sich das System auf die neuen Bedingungen einstellen. Es strebt einem neuen Gleichgewicht zu. Diesen Vorgang nennt man Relaxation, was so viel wie Entspannung bedeutet. Aus der Zeit, die das System dafür braucht, lässt sich berechnen, wie schnell die zugrunde liegenden Reaktionen ablaufen. Weil sich Temperatur oder Druck sehr viel schneller verändern lassen, als man Flüssigkeiten mischen kann, konnte Eigen damit Vorgänge erfassen, die nur millionstel oder sogar milliardstel Sekunden dauern.

Man kann sich das vorstellen wie einen vollen Saal, in dem ständig Menschen ein- und ausgehen, sodass die Zahl der Anwesenden gleich bleibt. Öffnet man plötzlich eine weitere Tür, ändert sich das Verhältnis, und aus der Geschwindigkeit, mit der sich ein neuer Zustand einpendelt, lässt sich ablesen, wie flink die Menschen unterwegs sind.

Erkenntnisse aus der Welt der Nanosekunden

Mit seinen Methoden bestimmte Eigen unter anderem, wie schnell sich ein Wasserstoffion und ein Hydroxidion in Wasser zu einem Wassermolekül verbinden. Die Reaktion erwies sich als eine der schnellsten überhaupt: Sie läuft praktisch so schnell ab, wie die beiden Teilchen sich in der Flüssigkeit überhaupt begegnen können. Solche Reaktionen nennt man diffusionskontrolliert.

Eigen untersuchte außerdem, wie Metallionen ihre Hülle aus Wassermolekülen austauschen, und lieferte wichtige Daten zum Verhalten von Enzymen. Seine Messverfahren wurden in vielen Labors übernommen und weiterentwickelt. Die schnelle Reaktionskinetik, also die Lehre von den Geschwindigkeiten chemischer Reaktionen, wurde dadurch zu einem eigenen großen Forschungsfeld.

Der Nobelpreis 1967

Die Königlich Schwedische Akademie der Wissenschaften verlieh den Nobelpreis für Chemie 1967 für Untersuchungen extrem schneller chemischer Reaktionen, die durch Störung des Gleichgewichts mit sehr kurzen Energieimpulsen ausgelöst werden. Eigen erhielt eine Hälfte. Norrish und Porter, die mit kurzen, intensiven Lichtblitzen arbeiteten, teilten sich die andere. Eigen war damals erst 40 Jahre alt.

Wie entsteht Leben?

Nach dem Nobelpreis wandte sich Eigen zunehmend biologischen Fragen zu. Ihn beschäftigte, wie sich aus einfachen Molekülen Systeme entwickeln konnten, die sich selbst vermehren, Informationen speichern und sich durch Auslese verbessern. 1971 veröffentlichte er eine viel beachtete Arbeit zur Selbstorganisation der Materie und zur Evolution biologischer Makromoleküle. Darin übertrug er Darwins Prinzip von Variation und Auslese auf die Ebene der Moleküle.

Gemeinsam mit dem österreichischen Chemiker Peter Schuster entwickelte er in den 1970er-Jahren das Konzept des Hyperzyklus. Darunter versteht man einen Kreislauf mehrerer sich selbst vermehrender Moleküle, die sich gegenseitig bei der Vermehrung helfen. Eigen zeigte damit, wie frühe Informationsträger über ihre eigene begrenzte Größe hinauswachsen könnten. Ein weiterer zentraler Begriff ist die sogenannte Fehlerschwelle: Kopiert sich ein Molekül zu ungenau, geht seine Information über die Generationen verloren. Dieser Gedanke wurde später auch für das Verständnis von Viren wichtig, die mit hoher Fehlerrate kopiert werden.

Eigen trieb diese Ideen auch experimentell voran. In seinem Institut wurden Verfahren entwickelt, mit denen sich Moleküle im Reagenzglas einer gezielten Evolution unterwerfen lassen. Diese evolutive Biotechnologie war ein Vorläufer heutiger Methoden, mit denen Forscher Enzyme und Wirkstoffe durch Auslese optimieren. Eigen war in den 1990er-Jahren auch Mitgründer eines Biotechnologieunternehmens in Hamburg, das solche Ansätze nutzte.

Wissenschaft und Öffentlichkeit

Eigen wollte seine Ideen auch einem breiten Publikum zugänglich machen. Gemeinsam mit Ruthild Winkler, seiner späteren zweiten Ehefrau, schrieb er das Buch „Das Spiel“, das 1975 erschien. Darin beschreiben die beiden, wie Naturgesetze den Zufall steuern, und veranschaulichen dies mit Spielen, die Leserinnen und Leser selbst nachspielen können. Das Buch wurde in viele Sprachen übersetzt.

Eigen erhielt zahlreiche Ehrungen, darunter den Orden Pour le Mérite für Wissenschaften und Künste und das Große Bundesverdienstkreuz. Er war Mitglied vieler Akademien, darunter der Royal Society in London und der National Academy of Sciences der Vereinigten Staaten. Er engagierte sich zudem in der Studienstiftung des deutschen Volkes, deren Präsident er zeitweise war.

Tod und Vermächtnis

Manfred Eigen starb am 6. Februar 2019 in Göttingen im Alter von 91 Jahren. Er hinterließ ein Werk, das zwei sehr verschiedene Bereiche umspannt: die präzise Messung der schnellsten chemischen Vorgänge und die weitreichende Frage nach dem Ursprung des Lebens. Beides verbindet ein gemeinsamer Gedanke, der sich durch sein gesamtes Schaffen zieht: Komplexe Phänomene lassen sich verstehen, wenn man die zugrunde liegenden Vorgänge in ihren zeitlichen Abläufen genau betrachtet.

Stand: 29.10.2026