Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme

In Dresden entsteht ein neuer Forschungsbereich, der künstliche Intelligenz und Biomedizin verknüpft

Der sächsische Ministerpräsident Michael Kretschmer (CDU) und Max-Planck-Präsident Patrick Cramer haben am 4. September zu einem Festakt im Kulturpalast in Dresden eingeladen. Anlass war die 30-jährige Erfolgsgeschichte der Max-Planck-Instiitute in Leipzig und Dresden

Ein Forscherteam entdeckt, wie der Zellkern aktive und inaktive DNA strukturiert

Unterschiede zwischen Individuen senkt die Anzahl der erforderlichen Infektionen für Herdenimmunität

Forschende veröffentlichen die ersten sechs hochqualitativen Referenzgenome von Fledermäusen

Stürme, Dürren, aber auch extreme Niederschläge könnten durch die Erderwärmung zunehmen – diese Möglichkeit diskutieren Klimaforscher zumindest. Ob diese Entwicklung schon zu beobachten ist, zeigen Analysen von Messdaten. Holger Kantz und seine Mitarbeiter am Dresdner Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme entwickeln dafür die statistischen Werkzeuge. 

Was haben Fußball und Quantenmechanik gemeinsam? Es gibt bei beiden überraschende Wendungen, die sich schwer vorhersagen lassen. Immerhin folgt der Sport den Gesetzen des Alltags. Als Stürmer beherrscht Jens Hjörleifur Bárðarson den Ball, als Physiker die Regeln des Quantenuniversums. Der 35-jährige Forscher am Max-Planck-Institut für Physik komplexer Systeme in Dresden beschäftigt sich mit atomaren Teilchen, die so manch verzwickte Spielzüge zeigen.

Wird ein Festkörper supraleitend, schließen sich jeweils zwei Elektronen zu sogenanneten Cooperpaaren zusammen welche im Einklang dieselbe koordinierte Bewegung ausführen. Moderne Computersimulationen von Hochtemperatursupraleitern geben uns neue Erkenntnisse wie genau sich Cooperpaare fortbewegen. Wir entdecken einen neuen Materiezustand, bei dem sich solche Paare nicht nur in der Ebene um sich selbst drehen, sondern auch besonders akrobatisch Drehungen in der dritten Dimension, ähnlich zu Saltos im Tanz, bilden.

Die Fortbewegung durch Schwimmen und die Fähigkeit die Schwimmrichtung zufällig zu ändern sind wichtig für das Überleben vieler Mikroorganismen in ihren oft dicht gepackten Lebensräumen. Mittels Computersimulationen und Modellierung entschlüsselten wir ein geometrisches Kriterium, welches vorhersagt, dass sich Mikroschwimmer am effizientesten ausbreiten, wenn die zurückgelegte Strecke, bevor sie sich neu orientieren, in etwa der längsten Pore des porösen Mediums entspricht. Diese Erkenntnis könnte für das Design neuer Wirkstoffträger wichtig sein, die in komplexen Umgebungen operieren sollen. 

Der einfachste mathematische Mechanismus für Musterbildung ist der sogenannte Turing-Mechanismus. Ob solche Turing-Muster zu realen biochemischen Mustern und Strukturen beitragen, ist aber immer noch unklar, da der Mechanismus in einfachen Systemen unrealistische Werte chemischer Parameter benötigt. Mittels einer statistischen Analyse konnten wir jedoch zeigen, dass dies in komplexeren Systemen mit mehr chemischen Substanzen nicht der Fall ist. Dies hebt die Rolle des Wechselspiels zwischen einfachen und komplexen Modellen für unser Verständnis der uns umgebenden Welt hervor.

Die Physik der Phasentrennung und die Bildung von proteinreichen, dynamischen Tropfen spielt eine wichtige Rolle für biochemische Prozesse in lebenden Zellen. Die Form, Größe und Zusammensetzung solcher Tropfen können sich dynamisch ändern, wodurch biochemische Reaktionen beeinflusst werden. Chemische Reaktionen verändern aber auch die Dynamik von Tropfen. Ein besseres Verständnis dieses Wechselspiels ermöglicht daher tiefere Einblicke in die raum-zeitliche Organisation biologischer Zellen.

Die Entstehung von komplexen Organen im sich entwickelnden Embryo beruht auf einer präzise regulierten Zusammenarbeit zwischen vielen Zellen. Die Anzahl der Nachfahren solcher Zellen, sogenannte Zellklone, ist eine wichtige experimentelle Messgröße ihres Verhaltens. Am MPI für Physik komplexer Systeme fanden heraus, dass die Größen dieser Zellklone universellen Gesetzmäßigkeiten folgen. Mit dem Wissen um den Ursprung solch universellen Verhaltens können wir spezifische Informationen über das Verhalten von Stammzellen aus Experimenten herausfinden.