Falten

Man hat uns eingeredet, in Gesichtsfalten ein Problem zu sehen. Wir können uns davon einschüchtern lassen und uns unters Messer legen – oder wir ändern unsere Einstellung zu den Falten: Das große Knittern findet nämlich nicht nur in unserer Haut statt, sondern überall in der Natur. Vom Himalaja bis zur DNA – alles gefaltet. Forscher wollen dieses universale Bauprinzip jetzt enträtseln: Wer die Falte versteht, hat den Schlüssel zu bahnbrechenden Innovationen in Händen.

Einige graben sich tief in die Haut ein, andere wirken wie fein aufgetragene Bleistiftstriche. Einige sind wie mit dem Lineal gezogen, andere legen sich kühn in die Kurve. Wenn ich vor dem Spiegel Grimassen schneide, scheine ich diese Topografie, die mein Gesicht ist, vollkommen zu beherrschen. Schaue ich wieder normal, wird mir klar, dass ich in Wahrheit die Herrschaft über mein Gesicht gar nicht mehr habe: Das Leben hat darin seine Spuren hinterlassen. Und das heißt vor allem: Falten. Da ich nicht unters Messer will, werde ich sie als ständige Begleiter akzeptieren müssen.

Das kommt aber nicht von allein – die Falten im eigenen Antlitz zu akzeptieren will gelernt sein. Da hat jeder so seine Methode. Ich zum Beispiel sage meinem Spiegel bei jedem Kontrollgang ins Gesicht: Ich bin ja nicht allein mit meinen Hautfurchen – irgendwann beginnt der Faltenwurf bei jedem. Und wenn mein Spiegel gut drauf ist, gibt er mir zurück: »Stimmt, davon können wir Spiegel ein Lied singen. Und außerdem: Weißt du denn nicht, dass es Falten nicht nur in eurer Haut gibt, sondern praktisch überall auf der Welt? Fast nichts ist ohne Falte – wenn du genau hinschaust!«

Macht er geschickt, mein Spiegel. Will mich trösten, indem er runterbetet, was auf diesem Globus noch so alles in Falten liegt außer meinem Gesicht. Röcke und Servietten zum Beispiel: Hat man denen je Vorwürfe gemacht wegen ihrer Falten? Die Flügel der Heuschrecken oder unsere Großhirnrinde: Auch hier herrscht das Prinzip Falte. Ganz zu schweigen von den Gebirgen: Sie sind der erhabenste Ausdruck des allumfassenden Knitterns. Ob die gigantischen tektonischen Platten des Erdmantels beim Aufeinanderkrachen den San-Andreas-Graben in Kalifornien formen oder den majestätischen Himalaja in Asien: Stets wird hier mit Urgewalt gefaltet. Mit mehr Zartgefühl, aber derselben Methode geht die Natur im Mikrokomos vor. Der DNA-Strang im Kern jeder Körperzelle – gefaltet. Die Eiweißmoleküle in unserem Körper – gefaltet. Falten, wohin man guckt.

Fragt sich nur: warum? Was ist so toll an der Falte, dass die Natur immer wieder auf dieses Bauprinzip zurückgreift? Antwort: Die Falte ermöglicht es der Natur, wann immer es nützlich erscheint, von der zweidimensionalen zur dreidimensionalen Konstruktion überzugehen. Klingt abstrakt, ist es aber nicht: Der DNA-Strang zum Beispiel wäre zweieinhalb Meter lang – nur weil er dreidimensional gefaltet ist, passt er in den Zellkern. Astrophysiker entdecken die Falte sogar im Universum. Albert Einstein hat bereits vor fast 100 Jahren in seiner Allgemeinen Relativitätstheorie formuliert: Der Raum selbst ist nicht »glatt«, sondern wird durch die Massen von Himmelskörpern gekrümmt. Je größer die Masse, desto stärker die Krümmung, desto mehr wird sie zur Falte. So könnte man sich letztlich sogar den Kosmos gefaltet vorstellen.

Die Allgegenwart der Falte in der belebten und unbelebten Natur ist dem Menschen offenbar schon lange bewusst, denn sie beflügelt seine Fantasie von jeher. Künstler haben mithilfe der Falte die Einstellung ihrer Epoche zum menschlichen Körper zum Ausdruck gebracht: Man vergleiche die zarten Schleierfalten, welche die Nackheit der hellenischen Aphrodite von Melos eher betonen als verhüllen, mit den Knitterfalten der schweren Mäntel, in die mittelalterliche Holzschnitzer ihre sakralen Figuren »versteckt« haben. Christo, ein Künstler unserer Tage, setzt die Falte ein, um die Gedanken des Betrachters auf die vorbildhafte griechische und römische Kultur der Antike zu lenken: Die Falten seiner Verpackung des Berliner Reichstags 1995 erinnerten an die Säulen der Tempel in Athen und Rom.

Das Faible für die Falte ist ebenfalls sehr früh auch in außereuropäischen Kulturkreisen erwacht. Bereits um das Jahr 110 haben die Chinesen das Papierfalten erfunden: Origami (jap. ori = falten, kami = Papier) – ein Name, der allerdings erst seit 1880 gebräuchlich ist. Er bezeichnet eine Kunst, die einen spirituellen Hintergrund hat: Gefaltet wurden ursprünglich Papierhäuschen – man legte sie den Verstorbenen ins Grab, damit sie im Jenseits ein Dach über dem Kopf hätten. Später löste sich Origami vom Ahnenkult, und man begann, auch menschliche Figuren, Tiere und Blumen zu falten – Schere und Kleber sind dabei verpönt.

Die Kunst besteht darin, mit einem einzigen Blatt Papier auszukommen – und damit nichts anderes zu tun als zu falten. Dafür haben sich im Lauf der Zeit bestimmte Regeln herausgebildet, die es überhaupt erst möglich machen, von einem zweidimensionalen Blatt zu den unterschiedlichsten dreidimensionalen Figuren zu kommen. Je nachdem, ob ich beispielsweise eine Blüte oder einen Affen gestalte, beginne ich mit einem anderen Grundmuster – etwa mit einem Viereck oder einer anderen geometrischen Form.

Konstruktionen nach definierbaren Regeln: klar, dass sich irgendwann die Mathematiker für Origami zu interessieren begannen. Sie erforschten die allgemeinen Muster und Gesetzmäßigkeiten, die Origamis zugrunde liegen. Man formalisierte deren mathematische Grundlagen und entwickelte Algorithmen für Computerprogramme, mit denen sich möglichst effiziente Lösungen für Faltprobleme berechnen lassen. Die Sache hat sich gelohnt, findet der amerikanische Origami-Künstler, Physiker und Ingenieur Robert Lang: »Moderne Forscher haben Aspekte von Origami entdeckt, die einen praktischen Nutzen haben.«

Immer mehr Entwürfe von Designern und Architekten in aller Welt beruhen auf der alten japanischen Faltkunst: von den 400 Meter langen Pier-Anlagen im Hafen von Yokohama bis zum Sportschuh »City Knife« von Nike, den man einfach zusammenknüllen und in die Tasche stecken kann. Noch in Arbeit sind beispielsweise auffaltbare Displays für künftige Handys oder DVD-Player.

Auch NASA-Ingenieure lassen sich von Origami inspirieren. Sie arbeiten zurzeit an einer gigantischen optischen Linse für ein neues Weltraum-Teleskop: »Eyeglass« soll einen Durchmesser von 100 Metern haben. »Das Problem ist, diese Plastikfläche ins Weltall zu kriegen«, erklärt Origami-Experte Lang. »Denn Raketen für den Transport ins All haben nur vier Meter Durchmesser. Das heißt, wir müssen diese riesige Linse zu einem viel kleineren Paket zusammenfalten.« Langs genial einfache Lösung: Eyeglass kann man ähnlich wie einen Taschenregenschirm zusammenstauchen. Ein erster Faltlinsen-Prototyp mit einem Durchmesser von fünf Metern lässt sich auf diese Weise bereits auf nur noch einen Meter bringen.

Im Alltag ist die japanische Faltkunst übrigens viel häufiger zu finden, als wir denken. Autoingenieure beispielsweise setzen Origami-Computerprogramme bereits seit längerem für die Konstruktion von Airbags ein: Die Software zeigt ihnen, wie sich der Luftsack so klein zusammenpacken lässt, dass er Platz im Lenkrad findet – und sich im Falle eines Unfalls in Sekundenbruchteilen zuverlässig aufbläst. Origami steckt auch in der Knautschzone. Beim Zusammenstoß zweier Fahrzeuge sollen sich Karosserieteile vor der Fahrgastzelle wie eine Ziehharmonika zusammenfalten – so wird möglichst viel der Aufprallenergie »zerstört« und die Verletzungsgefahr begrenzt. Damit die Karosserieteile »richtig«, d. h. kontrolliert einknicken, müssen sie so etwas wie »Sollfaltstellen« bekommen – wo die liegen müssen, berechnet in vielen Autowerken das Origami-Programm. Crashtests haben bestätigt, dass die japanische Faltkunst Leben retten kann. Inzwischen gelingt es sogar, die Falttechnik in den molekularen Aufbau moderner Autostähle direkt einzuarbeiten. Diese Materialien verformen sich bei einem Zusammenprall wunschgemäß und sind dennoch fest und stabil.

Auch Chirurgen bauen auf die 2000 Jahre alten Faltregeln. Mediziner der britischen Oxford University und der Tulane University in Alabama (USA) haben das »Origami Stentgraft« entwickelt – ein winziges Metallröhrchen, das vor dem Infarkttod schützt. Das Röhrchen wird zusammengefaltet durch die Blutbahnen zu Herzkranzgefäßen befördert, die etwa durch Arteriosklerose gefährdet sind. Hier entfaltet sich das Stentgraft von selbst zum Fünffachen seiner ursprünglichen Größe und hält die Gefäßwände auf Distanz, um einen Verschluss der Herzarterie zu verhindern.

Je mehr sich die Wissenschaftler mit Theorie und Praxis der alten japanischen Faltkunst auseinander setzten, desto mehr wurde ihnen klar: Origami ist viel älter, als sie dachten – die Natur hat diese Regeln schon immer angewandt. Überall, wo sie Großes auf kleinstem Raum unterbringen muss, geht sie nach dem Prinzip »Falten und Entfalten« vor. Das Beispiel DNA wurde bereits erwähnt – nicht anders ist es mit dem menschlichen Denkapparat: Die Hirnrinde, die sich im Lauf der Evolution entwickelt und immer wieder vergrößert hat, konnte im Schädel nur Platz finden, weil sie vielfach gefaltet ist. Auch die Blütenblätter, die sich im Frühjahr weit öffnen, waren vorher in der Knospe ziehharmonikaähnlich zusammengelegt. Die Flügel des Käfers: Sie liegen gefaltet im Chitinpanzer und entfalten sich in Sekundenbruchteilen zu großen stabilen Tragflächen.

Die Erkenntnis, dass die Natur den Trick mit dem Knick seit Urzeiten äußerst erfolgreich anwendet, war natürlich Wasser auf den Mühlen einer noch jungen Wissenschaft namens Bionik: Ihr Bemühen ist darauf gerichtet, Technologien nach dem Vorbild der Natur zu entwickeln. Auf diesem Gebiet hat sich schon so einiges getan (siehe Seite 55) – und auch natürliche Falttechniken à la Origami werden bereits technisch genutzt. So hat die japanische Weltraumbehörde JAXA es jetzt geschafft, ein Sonnensegel von mehr als zehn Meter Durchmesser zusammengefaltet ins All zu transportieren, wo sich die 7,5 Mikrometer dünne Folie wie eine Blüte entfaltet. Die Forscher wollen solche Sonnensegel in ferner Zukunft als Antrieb für Raumschiffe einsetzen: Photonenwinde von der Sonne – Schauer von unendlichen vielen Lichtteilchen – setzen das Segel in Bewegung, konventioneller Treibstoff ist überflüssig.

Auf eine weitere bionische Anwendung der Falttechnik ist die Kieler Meeresbiologin Valeria Bers gekommen. Sie hat herausgefunden, warum auf den Schalen von Miesmuscheln keine Organismen haften: weil die Schalenoberfläche von winzigen Falten überzogen ist. »Diese wellblechartige Struktur verhindert«, so Bers, »dass sich zum Beispiel Seepockenlarven ansiedeln können. Sie haben einfach nicht genügend Anheftungspunkte.« Mit mikroskopisch feinen Falten ließen sich ihrer Meinung nach auch die Rümpfe von Schiffen frei von jeder Art Seegetier halten – bisher wurden dafür giftige Schutzanstriche eingesetzt.

Auch bei der Entwicklung hochmoderner Motorradbekleidung half eine Falttechnik der Natur. Als sich Modedesign-Studenten der Westsächsischen Hochschule Zwickau das Gürteltier näher anschauten, stellten sie fest, warum sein schwerer Panzer seine Bewegungsfreiheit überhaupt nicht einschränkt: weil die Hornplatten wie Hautfalten gestaltet sind, die sich teilweise überlappen – dadurch bleibt der Körper biegsam. Diese Konstruktion, so die pfiffige Idee der Studenten, lässt sich auf die Motorradkleidung übertragen: Wenn sie im Rücken-, Gesäß- und Kniebereich genauso gefaltet ist wie der Panzer des Gürteltiers, ist hier beides gewährleistet: ein Höchstmaß an Schutz und ein Höchstmaß an Beweglichkeit. Die Lederkluft à la Opossum soll demnächst auf den Markt kommen.

Die aufregendste bionische Anwendung natürlicher Falttechnik aber findet sich am Massachusetts Institute of Technology (MIT) in Boston/USA. Hier untersucht Wissenschaftler Erik Demaine mithilfe von Origami-Computerprogrammen die mikroskopisch kleinen Faltstrukturen von Proteinen (Eiweißen). Die Forscher wollen lernen, diese Faltungen künstlich nachzuahmen – um Mittel gegen bisher unheilbare Krankheiten zu entwickeln.

Wie wichtig die Faltung für die Eigenschaften der Proteine ist, findet erst seit kurzem die angemessene Beachtung. Die Art, wie die langkettigen Moleküle der Eiweiße gefaltet sind, entscheidet nämlich darüber, ob ein Protein ein »gutes« oder ein »böses« Protein ist. Erik Demaine: »Ist das Protein falsch gefaltet, kann es sehr zerstörerisch wirken. Die Ursache für die Creutzfeldt-Jakob-Krankheit, den Rinderwahn, ist ein Protein, das falsch zusammengefaltet ist.« Die »falsche« Faltung bewirkt, dass das Protein nicht richtig funktioniert – die Wirkung ist in etwa vergleichbar mit krankhaften Mutationen der Erbsubstanz. Die »richtige« Faltung dagegen macht aus dem Protein einen gesunden Baustein des Körpers.

Wie es überhaupt zu einer Faltung kommt, ist den Wissenschaftlern immer noch ein großes Rätsel. Auf jeden Fall aber handelt sich um einen Prozess der Selbstorganisation. Zunächst stellt »die Zelle Aminosäure-Ketten von einigen hundert Gliedern Länge ungefaltet her«, sagt der bekannte Proteinforscher Ulrich Hartl vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried. »Dann falten sich die Ketten in einem komplexen Vorgang selbst zu Proteinen.« Ein äußerst komplizierter (von lat. complicare = falten!) Prozess, den die Experten mit modernsten Methoden der Computersimulation und der Laserspektroskopie enträtseln wollen. Mit einem besseren Verständnis der Faltung von Eiweißen könnte ein großer Traum der Medizin verwirklicht werden: »gute« Proteine künstlich herzustellen, die genau so wirken wie die natürlich im Körper produzierten. Als Wirkstoffe eines Medikaments könnten sie zum Beispiel die lang ersehnte Waffe gegen den Rinderwahn oder Alzheimer sein.

Das größte Problem dabei: Wie will man in den artifiziellen Eiweißen die Schnelligkeit der natürlichen Faltung simulieren? Die geht nämlich im Körper in nur wenigen Augenblicken vor sich – und das, obwohl die Zahl der theoretisch möglichen Faltungen eines Proteins ins Astronomische geht: Ein Molekül aus 100 Aminosäuren kann grob gerechnet 10 hoch 100 unterschiedliche räumliche Strukturen bilden. Würde es eine Faltung nach der anderen vornehmen, so würde es ein Vielfaches der bisherigen Lebenszeit des Universums dafür brauchen! Glücklicherweise hat die Natur diesen Prozess rationalisiert und dadurch zeitlich extrem verkürzt: 60 Prozent einer Aminosäurekette ordnen sich zu lediglich zwei so genannten Sekundärstrukturen – zu einer schraubenförmigen »alpha-Helix« und einem ziehharmonikaförmigen »beta-Faltblatt«. Das spart Zeit – auch wenn diese beiden Faltungsformen sich in der nächsten Stufe zu noch verwickelteren Körpern organisieren.

Deshalb sind die Forscher guter Dinge, dass sie die Proteinfaltung eines Tages nicht nur verstehen – sondern ihr Wissen auch in Therapien umsetzen können. Sie rechnen damit, dass sie die ersten Muster dieses komplexen Vorgangs in unseren Zellen in zwei Jahren entschlüsselt haben werden. »Fehler im Proteinknäuel zu korrigieren«, so der Proteinforscher Dr. Christian Hübner von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, sei zwar »noch Zukunftsmusik«, aber durchaus realistisch. Wenn das gelingt, dürfte ein Nobelpreis fällig werden.

Das wäre auch angemessen, hätte man damit doch eine neue Tür zum Mikrokosmos des Lebens aufgestoßen – eine Tür, zu der die Falte so etwas wie den Schlüssel liefert. Dass die im praktischen Leben so unscheinbare Falte darüber hinaus auch der Schlüssel zum Verständnis des Makrokosmos ist – das behauptet das Team um Abhay Ashtekar, Direktor des Institute for Gravitational Physics and Geometry an der Pennsylvania State University in den USA.

Er präsentiert ein völlig neues Modell des Universums, das – man höre und staune – auf der Falte beruht. Die zurzeit von der Mehrzahl der Wissenschaftler favorisierte Vorstellung von der Entstehung des Kosmos geht von einem Urknall vor rund 14 Milliarden Jahren aus. Raum und Zeit entstanden danach aus dem Nichts – eine Frage nach dem »Davor« ist folglich unsinnig. Nicht so für Abhay Ashtekar, der zu den Begründern der so genannten Schleifen-Quantengravitation (auch bekannt als »Loop Quantum Gravity«) gehört und nach dem die »Ashtekar-Variable« benannt ist. Der Inder glaubt herausgefunden zu haben, dass unser Universum nicht in einem Urknall entstanden ist, sondern aus einem früheren Universum: Dieses wurde am Ende seiner Existenz auf kleinste Ausmaße ziehharmonikaähnlich zusammengeknüllt – bis es sich zu einem neuen Universum auffaltete.

Eine gewagte Spekulation, die zwar faszinierend, aber noch nicht mehrheitsfähig ist: Die gesamte existierende Materie, der komplette Kosmos mit sämtlichen Sternen, Planeten und Monden, mit Mensch und Tier und Pflanzen – alles das soll eine gigantische Falte bilden. Darauf wäre ich nie gekommen – gefällt mir aber ganz gut, die Idee. Weil ich finde, über die Falte kann gar nicht genug geredet, spekuliert, geschrieben und gemutmaßt werden. Alles, was der Falte Bedeutung aus medizinischer, kosmologischer oder sonstwie wissenschaftlicher Sicht verschafft, verringert ihre Bedeutung an meinem Körper. Oder anders gesagt: Wenn die Falte überall ist, warum dann nicht auch in meinem Gesicht? Seit ich so denke, habe ich mit der Falte zu leben gelernt.