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EXC 2068:  Physik des Lebens: Die dynamische Organisation lebender Materie (PoL)

Fachliche Zuordnung Statistische Physik, Nichtlineare Dynamik, Komplexe Systeme, Weiche und fluide Materie, Biologische Physik
Grundlagen der Biologie und Medizin
Förderung Förderung seit 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 390729961
 
Die Identifizierung der physikalischen Prinzipien, die den Lebensvorgängen zugrunde liegen, gehört zu den größten wissenschaftlichen Herausforderungen. Erwin Schrödinger stellte diese Frage bereits 1945 in seinem Buch Was ist Leben? treffend: "Wie lassen sich die Vorgänge, die innerhalb eines lebenden Organismus in Raum und Zeit stattfinden, durch Physik und Chemie erklären?" Trotz erheblicher Fortschritte in Biologie und Physik in den letzten Jahrzehnten bleibt es unklar, was den Zustand lebender Materie ausmacht und wie die komplexe Organisation lebender Systeme entsteht. Erwin Schrödingers Vision zu verwirklichen ist ein langfristiges Vorhaben. Es erfordert einen interdisziplinären Ansatz, und treibt unseren Exzellenzcluster Physics of Life (PoL) an. Unser zentrales Ziel ist es, die Prinzipien zu entschlüsseln, die der dynamischen Organisation lebender Materie zugrunde liegen. In der ersten Förderphase (PoL1) haben wir das Zusammenspiel von Physik und Biologie auf eine neue Ebene gehoben, indem wir physikalische Prinzipien identifizierten, die für das Verständnis grundlegender biologischer Probleme essentiell sind. Wir haben zum Beispiel kollektive Übergänge identifiziert, die der Gewebeorganisation zugrunde liegen und bei denen sich Zellkerne ähnlich verhalten wie Autos im Stau. Außerdem haben wir Kapillarkräfte entdeckt, die maßgeblich zur räumlichen Struktur von Chromatin im Zellkern beitragen. Diese Erfolge haben zwei wesentliche Merkmale lebender Systeme hervorgehoben: die Funktion und die Robustheit biologischer Prozesse. Schwerpunkt der nächsten Förderphase (PoL2) wird es sein, die physikalischen Prinzipien zu entschlüsseln, die biologischer Funktion und Robustheit zugrunde liegen. Dazu werden wir untersuchen, wie funktionale und robuste biologische Strukturen entstehen und wie Flüsse von Materie, Energie und Information deren Selbstorganisation ermöglichen. Wir betrachten Prozesse auf verschiedenen Ebenen, von Molekülen über Zellen bis hin zu Geweben, und identifizieren skalenübergreifende Rückkopplungsmechanismen. Um bestehende Hindernisse bei der physikalischen Charakterisierung intakter lebender Systeme zu überwinden, werden wir neue Messtechniken entwickeln und anwenden. Darüber hinaus setzen wir topologische Datenanalyse und maschinelles Lernen ein, um komplexe und hochdimensionale Datensätze zu analysieren und neue Gesetzmäßigkeiten der Zell- und Gewebeorganisation zu erkennen. PoL ist ein Leuchtturmprojekt der TUD und wird in der nächsten Phase einen eigenen Neubau im Zentrum des neuen Bereichs "Interdisziplinäre Lebenswissenschaften" beziehen. In diesem Gebäude werden die 13 Professor:innen und Gruppenleiter:innen untergebracht, die in der ersten Förderphase neu für PoL rekrutiert wurden. Unsere interdisziplinären Ansätze, technologischen Fortschritte und strukturellen Innovationen treiben eine Revolution voran, um das Leben als physikalischen Prozess zu verstehen und somit die Physik zum Leben zu erwecken.
DFG-Verfahren Exzellenzcluster (ExStra)
Antragstellende Institution Technische Universität Dresden
 
 

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