Luca Turin und die Wissenschaft vom Duft

Ihr werdet den Geruch, den ihr riecht, nicht mehr auf diese Art und Weise wahrnehmen. Es ist ein Duft genannt „Beyond Paradise“, den ihr in jedem Laden dieses Landes finden könnt. Hier wurde er allerdings in seine Teile aufgespalten von Estée Lauder und dem Parfümeur, der das gemacht hat, Calice Becker, und ich bin beiden zu großem Dank verpflichtet. Und er wurde aufgespalten in aufeinanderfolgende Stückchen und einen Akkord.

Was ihr jetzt riecht ist die Kopfnote. Und dann kommt etwas was die Herznote, eine üppige Herznote, genannt wird. Ich werde sie euch zeigen. Die Eden-Kopfnote ist nach dem Eden Projekt in Großbritannien benannt.

Die üppige Herznote, Rindenduft von Myrtengewächse -- die aber überhaupt keine Rinde enthält weil das absolut verboten ist.

Und danach, der ganze Duftstoff. Nun was ihr riecht ist eine Kombination aus -- Ich habe gefragt wie viele Moleküle dort drinnen seien und niemand konnte es mir sagen. Deswegen habe ich ihn durch einen GC, einen Gaschromatographen, geschickt, der in meinem Büro steht und es sind ungefähr 400. Also was ihr riecht sind mehrere hundert Moleküle die durch die Luft schweben und auf die Nase treffen.

Und kriegt nicht den Eindruck dies sei sehr subjektiv. Ihr riecht alle mehr oder weniger genau das gleiche, OK? Geruch hat den Ruf für jeden irgendwie anders zu sein. Das stimmt nicht wirklich. Und eine Parfümerie beweist, dass das nicht wahr sein kann, weil wenn es so wäre, wäre es keine Kunst mehr.

Jetzt während der Duft über euch schwebt, möchte ich euch die Geschichte einer Idee erzählen. Alles was ihr hier riecht besteht aus Atomen die von etwas kommen was ich die „Upper East Side“ (Anm.: nordöstlicher Stadtteil von New York) des Periodensystems nenne -- ein nettes und sicheres Viertel. (Lachen) Für eine Karriere in der Parfümindustrie sollte man es nicht wirklich verlassen. Manche Leute haben es in den 20ern des 19. Jh. ausprobiert Teile von den schlechten Gegenden hinzuzufügen, aber es hat nicht wirklich funktioniert.

Das sind die fünf Atome, aus denen quasi alles was man im richtigen Leben riecht, von Kaffee zu Parfüms, besteht. Die Kopfnote, die ihr zu Beginn gerochen habt, das frische Grün, wie wir es nennen -- es sind komische Ausdrücke -- und das würde man als eine grüne Note bezeichnen, weil es wie etwas Grünes riecht, zum Beispiel gemähtes Gras.

Das ist cis-3-Hexanol. Und ich habe Chemie im Schnellverfahren lernen müssen in den letzten drei Jahren. Eine sehr teure Hochschul-Chemieausbildung. Es hat sechs Kohlenstoffatome, deswegen „hexa“: Hexanol. Es hat eine Doppelbindung, ein Alkoholatom am Ende, deswegen ist es ein „ol“ und deswegen wird es cis-3-Hexanol genannt. Sobald man das verstanden hat, ist es einfach Leute auf Partys zu beeindrucken.

Es riecht wie gemähtes Gras. Nun das hier ist das Skelett des Moleküls. Wenn man es mit Atomen, Wasserstoffatomen, dekoriert, so sieht es in dem Computer aus, aber eigentlich ist es eher wie so etwas, im Sinne, dass Atome eine gewisse Kugel um sich herum haben, in die man nicht eindringen kann -- sie stoßen ab.

OK, nun. Warum riecht dieses Ding wie gemähtes Gras? Warum riecht es nicht wie Kartoffel oder Veilchen? Also es gibt zwei Theorien. Aber die erste Theorie ist: Es muss die Form sein. Und das ist eine perfekte Theorie in dem Sinne, dass fast alles in der Biologie sich nach der Form richtet. Enzyme, die Zeug zersetzen, Antikörper, es ist alles, eine Frage wie ein Protein und das, was es erfasst, zusammenpasst, in diesem Fall ein Geruch. Und ich werde versuchen zu erklären was falsch mit dieser Vorstellung ist.

Und die andere Theorie besagt, dass wir molekulare Schwingungen riechen. Nun ist das eine total verrückte Idee. Und als ich ihr das erste Mal in den 90ern begegnete, dachte ich dass meine Vorgänger Malcolm Dyson und Bob Wright komplett von Sinnen sind und ich versuche zu erklären warum das der Fall war. Wie auch immer, mir hat langsam eingeleuchtet, dass sie Recht haben -- und ich muss noch meine ganzen Kollegen davon überzeugen, aber ich arbeite daran.

Hier sieht man wie Form in normalen Rezeptoren funktioniert. Ein Molekül kommt herein, es gelangt in das Protein, das hier schematisch dargestellt ist, und es verursacht das Ding umzuschalten, es auf irgendeine Art zu bewegen in dem es gewisse Teile bindet. Und die Anziehungskraft zwischen dem Molekül und dem Protein verursacht die Bewegung. Das ist die Form-Idee.

Jetzt was damit nicht stimmt ist auf dieser Folie zusammengefasst. Die Weise -- Ich erwarte von jedem, dass er diese Verbindungen auswendig kann. Das ist eine Seite aus dem Notizbuch eines Chemikers, OK? Der für eine Duftfirma arbeitet. Er macht 45 Moleküle und versucht Sandelholz zu finden irgendwas, das wie Sandelholz riecht. Weil Sandelholz bedeutet jede Menge Geld. Und von diesen 45 Molekülen nur 4629 tatsächlich wie Sandelholz. Und er markiert sie mit einem Ausrufezeichen, OK? Das ist eine Menge Arbeit. Das ist ungefähr, in Arbeitsstunden, 200.000 Dollar im Jahr. wenn man ein niedriges Gehalt und keine Zusatzleistungen annimmt. Das ist also ein hochgradig ineffizienter Prozess. Und meine Definition einer Theorie ist, es ist nicht nur etwas das man Leuten lehrt; es erspart Arbeit. Und eine Theorie erlaubt einem weniger zu arbeiten. Mir gefällt die Idee weniger zu arbeiten. Lasst mich erklären warum -- ein einfacher Grund warum diese Form-Theorie nicht wirklich gut funktioniert.

Das ist cis-3-Hexanol. Es riecht wie gemähtes Gras. Das ist cis-3-Hexanethiol und es riecht nach verfaulten Eiern, OK? Nun, ihr werdet festgestellt haben, dass Wodka nie nach verfaulten Eiern riecht. Wenn das so wäre, würde man das Glas abstellen und in eine andere Bar gehen. Das heißt -- mit anderen Worten, wir bekommen nie O-H -- wir verwechseln es nie mit einer S-H-Verbindung, OK? Und zwar in keiner Konzentration, nicht einmal pur, wenn man an purem Ethanol riecht, es riecht nicht nach verfaulten Eiern. Umgekehrt gibt es keine Konzentration in der Schwefel wie Wodka riecht. Es ist sehr schwierig dies mit molekularer Erkennung zu erklären. Jetzt habe ich einem Freund, einem Physiker, gezeigt, der eine tiefe Abneigung gegenüber Biologie hat und er meint: „Das ist einfach! Die Dinger haben verschiedene Farben!“ (Lachen)

Wir müssen ein bisschen weiter als das gehen. Jetzt lasst mich erklären warum die Schwingungstheorie interessant ist. Diese Moleküle, die ihr zu Beginn gesehen habt, haben Bausteine, die mit Federn verbunden sind. Tatsächlich sind diese Moleküle in der Lage auf verschiedenen Frequenzen zu vibrieren die sehr speziell für jedes Molekül und die Verbindungen sind.

Das hier ist also der Ton einer O-H-Verbindung in ein hörbares Spektrum übersetzt. S-H -- eine ganz andere Frequenz. Nun das ist irgendwie interessant, weil es einem sagt dass man für eine gewisse Eigenschaft Ausschau halten soll, die heißt: Nichts auf der Welt riecht wie verfaulte Eier außer S-H, OK?

Jetzt, Fakt B: Nichts auf der Welt hat diese Frequenz außer S-H. Wenn ihr das betrachtet, stellt euch Klaviertasten vor. Die S-H-Verbindung ist der mittlere Teil der Tastatur welcher, sozusagen, beschädigt wurde und da sind keine benachbarten Noten, nichts ist in der Nähe. Man erhält einen einzigartigen Geruch, eine einzigartige Schwingung.

Deswegen bin ich auf die Suche gegangen als ich dieses Spiel begonnen hatte um mich zu überzeugen, dass ein Minimum an Plausibilität an der ganzen verrückten Geschichte dran ist. Ich habe nach einer Art Molekül gesucht, irgendein Molekül, das die gleiche Schwingung besitzt und -- die offensichtliche Vorhersage war, dass es exakt wie Schwefel riechen sollte. Falls es das nicht tut, wäre die ganze Idee erledigt und ich hätte mich genau so gut mit anderen Dingen beschäftigen können.

Nun nach einigen Monaten des Suchens, habe ich entdeckt, dass es eine Art von Molekül gibt, die man Borane nennt, und das genau die gleiche Schwingung hat. Die gut Nachricht ist jetzt, dass man Borane leicht erhält. Die schlechte Nachricht ist, dass es Raketentreibstoff ist. Die meisten davon explodieren spontan, wenn sie mit Luft in Berührung kommen und wenn man die Unternehmen anruft, kriegt man nur ein Minimum von zehn Tonnen, OK? (Lachen) Also das ist nicht das, was man ein Experiment in Laborgröße nennt und das hätte denen an meiner Hochschule nicht gefallen.

Wie auch immer, ich habe es geschafft ein wenig Boran in die Hände zu kriegen und hier ist das Biest. Und es hat tatsächlich die gleiche -- wenn man berechnet, wenn man die Schwingungsfrequenz misst, es sind die gleichen wie bei S-H.

Nun riecht es wie Schwefel? Also, wenn man weit in der Literatur zurückgeht gibt es einen Mann, der mehr über Borane wusste, denn irgendwer sonst tot oder lebendig, Alfred Stock, er hat alle davon künstlich hergestellt. Und in einem enormen 40-seitigen deutschen Papier sagt er an einer Stelle -- meine Frau ist deutsch und sie hat es für mich übersetzt -- und an einem Punkt sagt er „ganz widerlicher Geruch“ ein „ganz widerlicher Geruch“, was gut ist. Erinnert an Schwefelwasserstoffe. Also dieses Faktum, dass Boran wie Schwefel riecht, war bekannt seit 1910 und komplett vergessen bis 1997, 1998.

Jetzt das Haar in der Suppe ist folgendes: Um molekulare Schwingungen zu riechen müssten wir ein Spektroskop in der Nase haben. Nun das hier ist ein Spektroskop, OK, in meinem Labor. Und man ist auf der sicheren Seite zu sagen, dass wenn man jemanden in die Nase schaut es unwahrscheinlich ist irgendetwas Ähnliches zu finden. Und das ist das Hauptargument gegen diese Theorie.

OK, toll, wir riechen Schwingungen. Wie? Alles klar? Nun wenn Leute diese Fragen stellen, vernachlässigen sie etwas, nämlich das Physiker, anders als Biologen, wirklich schlau sind. (Lachen) Das ist ein Witz. Ich bin Biologe, OK? Deswegen ist es ein Witz auf meine Kosten.

Bob Jacklovich und John Lamb von der Ford Motor Company, damals als Ford noch Unmengen an Geldern für Grundlagenforschung ausgegeben hat, haben ein Weg gefunden um ein Spektroskop im Nanomaßstab zu bauen. Mit anderen Worten, keine Spiegel, Laser, Prismen, Sinnloses, nur ein winziger Apparat und er hat diesen Apparat gebaut. Und es nutzt den Elektronen-Tunneleffekt. Ich könnte jetzt den Elektronen-Tunnel-Tanz aufführen, aber stattdessen hab ich ein Video gemacht, das viel interessanter ist. Hier sieht man wie es funktioniert.

Elektronen sind unscharfe Wesen und sie können über Lücken springen, aber nur auf demselben Energieniveau. Wenn die Energieniveaus unterschiedlich ist, können sie nicht springen. Im Gegensatz zu uns fallen sie nicht von der Klippe. OK. Nun, wenn irgendwas die Energie absorbiert, dann kann das Elektron nicht mehr wandern. Also hier hat man ein System, irgendetwas -- und es gibt genug von dem Zeug in der Biologie -- irgendeine Substanz gibt ein Elektron ab und das Elektron versucht zu springen und nur wenn ein Molekül mit der richtigen Schwingung eintrifft kommt es zu einer Reaktion, OK? Das ist die Grundlage für den Apparat, den diese zwei Leute von Ford gebaut haben.

Und jeder einzelne Schritt dieses Mechanismus ist tatsächlich vorstellbar in der Biologie. Mit anderen Worten, ich habe Teile von der Stange gekauft und ein Spektroskop gebastelt. Was nett an dieser Idee ist, für den Fall dass man eine philosophische Ader hat, ist die Vorstellung, dass die Nase, das Ohr und das Auge schwingungsempfindliche Sinne sind. Natürlich spielt das keine Rolle, weil es könnte auch sein, dass sie es nicht sind. Aber es hat ein gewisses -- (Lachen) -- es hat ein gewisses Extra, das manche Leute anziehend finden die zu viel deutsche Literatur des 19. Jh. lesen.

Und dann passierte ein wundervolles Ding: Ich habe die Hochschulwelt verlassen und bin in der freien Wirtschaft eingestiegen und es wurde ein Unternehmen gegründet, basierend auf meiner Idee neue Moleküle mit dieser Methode herzustellen nach dem Motto, man muss den Worten auch Taten folgen lassen. Und eines der erste Dinge, die passiert sind, war wir haben verschiedene Duftunternehmen besucht um sie zu fragen was sie brauchen, weil natürlich wenn man Geruch berechnen kann, braucht man keine Chemiker. Man braucht einen Computer, ein Mac genügt, und wenn man weiß wie man ihn richtig programmiert OK? So man kann entweder tausend Moleküle durchprobieren oder man kann zehntausend Moleküle in einer Woche ausprobieren und dann dem Chemiker sagen, er soll nur das richtige herstellen. Und das ist ein direkter Weg um neue Duftstoffe herzustellen.

Und eines der ersten Dinge, die passierten, wir waren in Frankreich um einige Parfümerien zu besuchen -- und das ist meine Charles-Fleischer-Imitation -- und einer von denen sagt, „Du kannst kein Kumarin herstellen,“ meint er zu mir. „Ich wette, du kannst kein Kumarin machen.“

Nun, Kumarin ist sehr gewöhnliches Zeugs, ein Stoff in der Duftwelt, der von einer Bohne aus Südamerika stammt. Und es ein klassisches künstliches Aroma, OK? Es ist das Molekül das Männerdüfte riechen lässt so wie sie seit 1881 riechen, um genau zu sein.

Aber das Problem ist, es ist krebserregend. Also niemand mag besonders ein -- nun ja, krebserregendes Aftershave. (Lachen) Es gibt ein paar waghalsige Leute, aber das ist es nicht wert, OK?

So, die haben mich gefragt ein neues Kumarin herzustellen. Und deswegen haben wir begonnen zu rechnen. Und das erste, was man macht, ist das Schwingungsspektrum zu berechnen. Von Kumarin, und man glättet es, so dass man ein schönes Bild hat von dieser Art Akkord, sozusagen, für Kumarin. Und dann wirft man den Computer an um ein anderes Molekül zu finden, verwandt oder nicht verwandt, das die gleichen Schwingungen hat.

Und tatsächlich, in diesem Fall, muss ich leider sagen, was passiert ist -- es war eher glücklicher Zufall. Weil ich habe einen Anruf von unserem Chef-Chemiker bekommen und er hat gesagt, schau her, ich hab gerade diese wundervolle Reaktion gefunden, so dass, sogar wenn diese chemische Verbindung nicht nach Kumarin riecht, ich möchte sie herstellen, es ist einfach so elegant, ein Schritt -- ich meine, Chemiker haben seltsame Gedanken -- ein Schritt, 90 Prozent davon, nun ja, und dann erhält man diese kristalline Verbindung. Lass es uns ausprobieren.

Und ich hab gemeint, erst einmal, lass mich die Berechnungen für diese Verbindung durchführen, unten rechts, die mit Kumarin verwandt ist, aber ein extra Fünfeck im Molekül enthält. Die berechneten Schwingungen, das violette Spektrum sind die neuen die weißen sind die alten. Und die Vorhersage ist, dass es nach Kumarin riecht. Sie haben es hergestellt ... und es hat genau wie Kumarin gerochen. Und das ist unser neues Baby, genannt Tonkene. Seht ihr, wenn man ein Wissenschaftler ist, verkauft man ständig Ideen. Und Menschen sind sehr widerspenstig gegenüber Ideen und zu Recht: Warum sollte eine neue Idee akzeptiert werden? Aber wenn man eine kleine 10-Gramm-Phiole den Parfümeuren auf den Tisch legt und es riecht nach Kumarin, aber es ist nicht Kumarin, und man hat es in drei Wochen gefunden, das konzentriert die Aufmerksamkeit von allen auf wundervolle Weise. (Lachen) (Applaus)

Und oft fragen mich Leute, ist deine Theorie akzeptiert? Und ich sage, gut, von wem? Ich meine, die meisten, nun ja -- es gibt drei Haltungen: Du hast recht und ich weiß nicht warum, das ist die Rationalste von allen im Moment. Du hast recht und mir ist egal warum, im Sinne von: Du beschaffst mir die Moleküle und gut. Und: Du liegst komplett falsch und ich weiß, dass du komplett falsch liegst.

OK? Nun, wir beschäftigen uns nur mit Leuten, die Resultate sehen wollen und das ist die Welt der Wirtschaft. Und die sagen uns, sogar wenn wir es mit Astrologie hinkriegen, sind sie zufrieden. Aber wir machen es natürlich nicht mit Astrologie. Aber für die letzten drei Jahre hatte ich etwas, das ich für den besten Job im gesamten Universum halte, nämlich mein Hobby -- also Düfte, wie ihr wisst, und all die wundervollen Dinge -- und ein bisschen Biophysik und ein klein wenig autodidaktische Chemie zu benutzen, um etwas zu machen, das tatsächlich funktioniert.

Vielen Dank! (Applaus)