Weltrekord: Winzigstes Ei der Welt

Durchbruch in der Reproduktionsbiologie: Mit Methoden der Nanotechnologie und Genetik stellte ein interdisziplinäres Forschungsteam am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) das winzigste Ei der Welt her. Das Resultat der Pionierleistung misst weniger als einen Mikrometer und beantwortet ungeklärte Fragen der Embryologie. Kurz vor der Publikation in Fachjournalen ging das Nano-Ei jedoch verlustig.

Die Teams um Anna Kicheva und Carl-Philipp Heisenberg erforschen seit Jahren das embryonale Frühstadium von Zebrafischen. Die Fische messen kaum vier Zentimeter, ihre Eier sind nur 0,7 mm klein. „Es war der interdisziplinäre Austausch am Institut, der eine schlichte, aber fundamentale Frage aufwarf“, so Professorin Sylvia Cremer, die aus ihrer Arbeit mit Ameisen ebenfalls von Eiern mit weniger als einem Millimeter Größe berichten kann. „Was ist eigentlich ein Ei – und wie klein kann es sein?“ Die Frage entschälte sich als nahezu unbeantwortbar und behielt ihre bald als Heisenberg’sche Unschärfe bekannte Ungewissheit.

„Darum beschlossen wir gemeinsam mit den internen Nanofabrikations– und Elektronenmikroskopie-Einrichtungen das winzigste Ei zu erschaffen, das es je gegeben hat!“, erläutert Zellbiologe Calin Guet den biosynthetischen Ansatz. Nach jahrelanger Laborarbeit und 72 PhD-Studierenden im Burnout standen die Forscher:innen kurz vor einer eineiigen Zwillingspublikation in  beiden Fachjournalen Nature und Science: Das kleinste Ei der Geschichte ist oval und sein Volumen ist ein fünf Billiardstel eines Hühnereis. „Für eine Norm-Eierspeis würde es 5 000 000 000 000 000 solcher Nano-Eier benötigen“, rechnet Martin Rinder von der ISTA Cafeteria vor. Mit 314 Nanometer Länge und 271 Breite ist es kleiner als die Wellenlänge des sichtbaren Lichts und nur mit speziellen Mikroskopen und hochauflösenden Bildgebungsverfahren der Danzl Gruppe sichtbar.

Der Präsident des Instituts Martin Hetzer betont die großartige Teamarbeit hinter diesem „nicht Quantensprung, sondern Eisprung in der Geschichte der Reproduktionsforschung!“ Das revolutionäre Ei wurde sofort als Triumph der Nano- und Gentechnologie gefeiert und löste in der Wissenschaft helle Osterfreude aus. Doch inmitten der Feierlichkeiten kam es zu einer unerwarteten Wendung – das winzige Ei war plötzlich verschwunden.

Ein kleines Ei für ein Hühnchen – ein großer Verlust für die Menschheit

„Trotz der hochsicheren Verwahrung ist ein Diebstahl nicht ausgeschlossen“, sagt Georgios Katsaros, Nanoelektronik-Professor und Vizepräsident für Wissenschaftliche Ressourcen. Die Polizei ermittelt und überwacht auch alle Pferdekoppeln im Einzugsgebiet, denn „wer ein Ei stiehlt, wird auch ein Pferd stehlen.“ In der Zwischenzeit geht die Campus-Gemeinschaft wie auf Eierschalen, um den Durchbruch nicht mit einem unbedachten Schritt zu einem Zerbruch zu machen.

Da man am Institut bereits 2021 mit einem Suchtrupp aus Spezialist:innen Erfolge erzielte, wurde auch in dieser Causa einer einberufen. Fakultätsmitglied und Biologe Nick Barton teilte im Briefing mit: „Das Ei als Ruhestadium des Organismus besitzt weder äußere Gliedmaßen oder Flossen, noch Mundwerkzeuge oder Sinnesorgane. Darum lässt sich eine eigenständige Flucht ausschließen.“ Dann ging die Suche – im ersten campusweiten ISTA Egg Hunt – los, wobei unterschiedlichste Zugänge verfolgt wurden, um „nicht alle Eier in einen Korb zu legen“.

Professor Onur Hosten brütet an seinen Quantensensoren. Aufbauend auf der Ei’chfeldtheorie der Hausel Gruppe beschreibt er das Objekt als Quanten-Ei, das mit seinem Anti-Ei – ein Teilchen, das wie ein Ei dem anderen gleicht, aber entgegengesetztes Vorzeichen hat – zu freier Energie annihiliert sein könnte. Die Sensor-Prototypen sind leider nicht gerade das Gelbe vom Ei.

Die drei Astro-Superstars Bugnet, Götberg und Matthee verfolgen einen makroskopischen Ansatz. „Wurde ein Ei gelegt, so gackert irgendwo eine Henne“, zitiert Bugnet ein französisches Sprichwort. Sie konsultieren darum den Running Chicken-Nebel. Die preisgekrönte Algorithmikerin Monika Henzinger entwickelt computergestützte Verfahren, um die nichtlineare Rollbewegung des Nano-Eierns durch Simulationen besser vorhersagen zu können. Und sogar die ISTA Library hat sich dem Suchtrupp angeschlossen. Bibliotheksleiter Patrick Danowski: „Wir heben derzeit frühe Almanache aus dem Stiftsfundus Klosterneuburg aus, um verschollene Eier in der niederösterreichischen Folklore zu studieren.“

Das Ei des Kolumbus

Nach einer aufgeschlagenen Woche erfolgloser Suche, ermittelte Stochastiker Jan Maas, dass die Wahrscheinlichkeit das Ei jetzt noch zu finden drastisch gegen Null gesunken sei, und kommentiert: „Ist das Ei faul, hilft alles Brüten nichts.“ Er ist Experte für Zufallsprozesse und zitiert daher gerne Random Facts. „Die Eier von Schwämmen und Nesseltieren sind nur 50 Mikrometer groß“, gibt er bekannt und setzt fort, „Das größte Ei der Geschichte stammt nicht von Dinosauriern, sondern vom ausgestorbenen Elefantenvogel (Aepyornis maximus) und hat eine Länge von 34 cm. Sein Fassungsvermögen beträgt neun Liter.“

Die Lösung entpuppte sich schließlich als Ei des Kolumbus: Völlig unerwartet und zum großen Schreck der Evolutionsbiologin Lora Sweeney hüpfte ihr ein Nano-Küken unters Mikroskop. Noch in derselben Nacht erhielt sie einen ERC Egg-celerator Grant zur Erforschung der Frage „Was war zuerst da: das winzigste Ei der Welt oder die winzigste Henne der Welt?“

„Seither überraschen uns etwa zwei Nano-Küken pro Woche beim Mikroskopieren“, erklärt Senior Staff Scientist Robert Hauschild von der Imaging & Optics Facility. „Es muss sich mangels besserer Erklärungen wohl um eine Art Selbstorganisation von Proteinsystemen handeln“, so Martin Loose schulterzuckend, stellvertretend für eine ahnungslose Wissenschaftsgemeinde. Chemiker Rafal Klajn hat, im Einvernehmen mit dem Sustainability Manager Jeroen Dobbelaere, geräumige nano confinements bereitgestellt, um die Nano-Küken artgerecht zu isolieren.

Das Wissenschaftsvermittlungs-Programm des Instituts, die VISTA Science Experiences, haben nun beim Land Niederösterreich um eine Erweiterung im Ausbauplan 2036 angesucht. Ein Nano-Streichelzoo soll entstehen. Constructions & Maintenance stellte den Irrtum richtig, es werde kein zusätzlicher Platz benötigt: Der Streichelzoo passe in jede Brieftasche.

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