125 Jahre Licht und der Nobelpreis

Am 5. Oktober 2026 kündigte die Karolinska-Institut in Stockholm an, den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin 2026 an die drei Wissenschaftler Karl Deisseroth, Peter Hegemann und Georg Nagel zu vergeben, um ihre Entdeckungen im Bereich lichtgesteuerter Ionenkanäle sowie ihrer Beiträge zur Optogenetik zu würdigen.

Blickt man auf die Geschichte zurück, so haben Licht und der Nobelpreis über 125 Jahre hinweg eine beeindruckende Spur der menschlichen Forschung nach Natur und Leben gezeichnet. Von Röntgens Entdeckung der Röntgenstrahlen im Jahr 1901 über Einsteins Erklärung des photoelektrischen Effekts im Jahr 1921 bis hin zur Erfindung der hochhellen blauen LED durch Shuji Nakamura und Kollegen im Jahr 2014 hat das Licht in der Physik den Sprung von grundlegenden Entdeckungen bis hin zur industriellen Anwendung vollzogen. Anschließend drang die Lichtforschung weiter in die Lebenswissenschaften vor: Im Jahr 2017 wurde der molekulare Mechanismus des Zirkadianen Rhythmus, entdeckt von Jeffrey Hall und anderen, mit dem Nobelpreis ausgezeichnet – ein Beweis dafür, wie Licht als Zeitgeber die biologischen Rhythmen steuert. Und die diesjährigen Nobelpreisträger wurden für ihre bahnbrechenden Arbeiten in der Optogenetik geehrt, die es ermöglicht, Licht in mikroskopische Lebenssysteme einzubringen und damit präzise Eingriffe in zelluläre und neuronale Aktivitäten vorzunehmen – eine weitere wichtige Grundlage für die wissenschaftliche Verbindung zwischen Licht und Gesundheit.

Einstein

Röntgen

Shuji Nakamura

Jeffrey Hall

In den Gehirnen von Säugetieren existieren unzählige miteinander verflochtene Neuronen; herkömmliche elektrische Stimulation verursacht nicht nur erhebliche physische Schäden, sondern führt auch leicht zu Signalverunreinigungen, sodass es schwierig ist, die kausalen Zusammenhänge zwischen bestimmten Neuronen und komplexen Verhaltensweisen präzise zu untersuchen. Um dieses Problem zu lösen, entstand die Technologie der Optogenetik. Ihre Entwicklung verdankt sich den Bemühungen zahlreicher Wissenschaftler: 1971 entdeckte Osterhout in Halobacterium einen lichtempfindlichen Ionenpumpen, der bei Lichteinwirkung Protonen ausstößt; später arbeiteten Hegemann und Nagel gemeinsam an lichtempfindlichen Proteinen in Grünalgen und identifizierten nacheinander die extrem schnell reagierenden Rhodopsine ChR1 und ChR2. Im Jahr 2003 gelang es ihnen schließlich, deren Gene in menschliche Zellen einzufügen und so erstmals eine lichtgesteuerte Kontrolle von Zellen zu erreichen. 2005 baute Deisseroth auf dieser Grundlage erfolgreich lichtempfindliche Proteine in neurale Zellen von Säugetieren ein und führte diese Technologie offiziell in die Hirnforschung ein.

Die Chlamydomonas‑Alge nutzt ihren „Augenpunkt“, um Licht wahrzunehmen. Bei ausreichender Lichtintensität schwimmt sie zur Lichtquelle hin. © Nobelkomitee für Physiologie oder Medizin.

Die Vorteile dieser Methode sind offensichtlich: Erstens können Wissenschaftler sicherstellen, dass ausschließlich bestimmte Neuronen aktiviert werden, wodurch Signalverunreinigungen vermieden werden. Zweitens lassen sich spezifische Neuronen ohne Beeinträchtigung des normalen Verhaltens der Säugetiere aktivieren, um die kausalen Zusammenhänge zwischen Neuronen und tierischem Verhalten zu untersuchen. Drittens kann die verbesserte Optogenetik sogar gezielt bestimmte Neuronen hemmen, was die Flexibilität von Tierversuchen weiter erhöht.

Forscher injizieren spezifische Gene in das Gehirn lebender Mäuse. Anschließend implantieren sie eine dünne Glasfaser ins Gehirn. Wenn Licht durch die Faser auf die Nervenzellen trifft, löst dies ein neuronales Signal aus, das die Bewegung der Schnurrhaare der Maus auslöst. © Nobelkomitee für Physiologie oder Medizin.

Durch die Fortschritte in der Optogenetik und der angrenzenden Lichtbiologie kommt es in vielen Disziplinen und praktischen Anwendungen zu tiefgreifenden Veränderungen. In der klinischen medizinischen Forschung hat die Optogenetik bereits konkrete Schritte unternommen: Durch die Injektion spezifischer lichtempfindlicher Proteinträger in das Auge, kombiniert mit maßgeschneiderten Brillen, die gepulstes Licht abgeben, gelang es Forschern, blinden Patienten teilweise die Wahrnehmung, Lokalisierung und Berührungsfähigkeit von Objekten zurückzugeben – ein völlig neuer Ansatz zur Behandlung von Netzhauterkrankungen, neurodegenerativen Erkrankungen, Epilepsie und Depressionen. Im Schnittfeld von Hirnforschung und Künstlicher Intelligenz zeigt sich das menschliche Gehirn als hochentwickeltes Superhirn mit außergewöhnlich hoher Energieeffizienz, selbstständigem Lernen und nahtloser Kooperation mit dem Körper. Die Optogenetik bietet hier millisekundengenaue Werkzeuge zur mikroskopischen Steuerung komplexer neuronalen Netzwerke – eine Inspiration für KI-Forscher, die daraus neue neuronale Mechanismen ableiten und die Entwicklung allgemeiner KI vorantreiben können.

Die Diskussion über Licht und Gesundheit verlagert sich zunehmend von Farbtemperatur, Leuchtdichte und Spektrum an der Lichtquelle hin zu konkreten Expositionsmodellen am menschlichen Empfänger – einschließlich Wellenlängenverteilung, Zielbereichsbestrahlungsstärke, zeitlicher Pulssequenz und räumlicher Expositionsmenge. Dies fordert die Branche dazu auf, die Grenzen zwischen physikalischer Beleuchtung, rhythmischer Steuerung und medizinischer Phototherapie noch sorgfältiger zu klären und auf der Grundlage klarer Mechanismen sowie verifizierbarer Daten eine gesunde Lichtumgebung zu gestalten.

Wissenschaftler träumen seit Langem davon, Neuronen mit einem Schalter auszustatten. © Nobelkomitee für Physiologie oder Medizin.

Von der frühen physikalischen Beleuchtung bis hin zur späteren Lebenswissenschaften dokumentiert der Nobelpreis die stetige Vertiefung unseres Verständnisses von Licht. Die Einführung der blauen LED im Jahr 2014 trieb die weltweite Entwicklung der Halbleiterbeleuchtung (SSL) voran, während die Enthüllung des Mechanismus des Zirkadianen Rhythmus im Jahr 2017 die Branche dazu anregte, die Auswirkungen von Licht auf die physiologischen Rhythmen des Menschen genauer zu untersuchen. Diese wissenschaftlichen Errungenschaften haben die Anwendungsbereiche der Beleuchtungstechnologie schrittweise verändert.

In den letzten Jahren haben zahlreiche Hochschulen und Unternehmen – darunter Tongji-Universität, Fudan-Universität, Shanghai University of Applied Technology, Xuyu Optoelectronics und Dalian Lumina – Forschung und Exploration rund um Licht‑Gesundheitstechnologien betrieben. Einige dieser Ergebnisse wurden auf Empfehlung des Chinesischen Verbands für Beleuchtungselektronik mit provinziellen und ministeriellen Auszeichnungen für wissenschaftlich‑technische Errungenschaften gewürdigt. Auf dieser Grundlage wurden einige innovative Produkte in die „Kataloge für innovativ verbesserte Konsumgüter“ sowie in den „Katalog für altersgerechte Produkte“ des chinesischen Industrieministeriums aufgenommen. Seit vergangenem Jahr haben Branchenführer wie NVC Lighting, Sanxiong Aurora und Opple Lighting auf Basis ihrer jeweiligen technischen Stärken und spezifischen Anwendungsszenarien Positionen, neue Produkte, neue Technologien sowie Fallbeispiele für neue Anwendungsbereiche veröffentlicht und den Marktausbau aktiv vorangetrieben. Der Verband wird zudem durch die Erstellung und Überarbeitung des „Leitfadens zur Entwicklung der chinesischen Beleuchtungstechnologie“ sowie des „Weißbuchs zur Entwicklung der chinesischen Gesunden Beleuchtung“ die Zusammenfassung relevanter Erkenntnisse und die Orientierung in diesem Bereich kontinuierlich vertiefen. Getrieben von fortlaufenden Innovationen entwickelt die Beleuchtungsindustrie ständig neue Produktionskräfte und stützt die industrielle Modernisierung mit soliden Forschungsergebnissen. Durch die Entwicklung von Licht und Gesundheit entfaltet sich ein neuer Wert der Beleuchtungsbranche und liefert einen starken Impuls für eine qualitativ hochwertige Branchenentwicklung.

Quelle: Chinesischer Verband für Beleuchtung, zusammengestellt aus Nachrichtenagenturen wie Xinhua und dem Magazin „Sanlian Life Weekly“.