In der ersten Hälfte dieses Jahrhunderts war die Naturwissenschaft ganz eindeutig durch umwälzende Erkenntnisse und die stürmische Entwicklung der Physik gekennzeichnet. Viele Anzeichen sprechen dafür, daß diese beherrschende Rolle in der zweiten Hälfte unseres Jahrhunderts an die Biologie abgegeben wird.“

Mit diesen Worten umriß Professor Gerhard Schmid, einer der Organisatoren der diesjährigen Tagung der Deutschen Bunsengesellschaft für physikalische Chemie in Köln, die Bedeutung des Hauptthemas der Tagung: Stoff transport durch Membranen in Chemie und Biologie. Es ging den über 500 Teilnehmern darum, ihre jüngsten Erkenntnisse über den Ablauf chemischer Reaktionen im lebenden Organismus auszutauschen.

Erst seit kurzer Zeit, mit Einführung neuer Untersuchungsmethoden, gelang es, die ersten Schleier der bisher rätselhaften Vorgänge zu lüften. Dabei erkannte man, daß die Natur sich bei der chemischen Umwandlung einer anderen Methode bedient als etwa die chemische Verfahrenstechnik. Denn während letztere umfangreiche Rohrsysteme zum Zu- und Abfluß der Reaktionspartner benötigt und die Reaktion in einem separaten Raum abläuft, benutzt die Natur ein hochkompliziertes, feinporiges Kapillarsystem – nicht nur an den Oberflächen der lebenden Zellen; oft erstreckt es sich quer durch das Zellinnere hindurch, um dort die Reaktionen zu steuern.

Diese Membransysteme, meist nur einige. Hunderttausendstel eines Millimeters dick und damit von der Größenordnung einzelner Moleküle, können zum Beispiel durch kleine Veränderungen ihrer chemischen Zusammensetzung oder ihrer elektrischen Ladung die Durchlässigkeit für einzelne Moleküle in individueller Weise verändern, ja, sie scheinen sich sogar selbst kurzzeitig an den Reaktionen zu beteiligen, ohne ihren Grundzustand jemals zu verlieren.

Die Bedeutung der Membranen für viele Funktionen des pflanzlichen und tierischen Lebens ist so groß, daß in den letzten Jahrzehnten eine Unzahl von Versuchen zur Aufklärung ihrer Wirkungsweise durchgeführt worden sind. Dabei sind natürlich vor allem Mediziner, Tier- und Pflanzenphysiologen und die Pharmazeuten an den Ergebnissen interessiert. Aufgabe der physikalischen Chemie ist es, durch Experimente an biologischen Membranen und durch Anfertigung künstlicher Membranen mit vorgegebenen Eigenschaften die Grundgesetze und Zusammenhänge ihrer Funktion aufzuklären, sie damit überschaubar und vielleicht nutzbar zu machen.

Die Nervenmembran zum Beispiel weist zu ihren beiden Seiten eine meßbare Ruhespannung von etwa 50 Millivolt auf, die durch eine Ansammlung elektrisch geladener Teilchen, Ionen genannt, erzeugt wird. Reizt man nun den Nerv an einer bestimmten Stelle durch künstliche, kurzzeitige Steigerung des elektrischen Potentials über einen gewissen Schwellenwert hinaus, so steigert sich das Membranpotential hier selbsttätig auf etwa 100 Millivolt. Dieses sogenannte Aktionspotential reicht aus, benachbarte Membranstellen zu erregen, die ihrerseits ein Aktionspotential aufbauen. So setzt sich schließlich die Erregung stufenweise durch den ganzen Nervenstrang hindurch fort.

In den geschilderten groben Umrissen waren diese Tatsachen seit langem bekannt. Aber erst seit kurzer Zeit ist durch oszillographische Analysen, durch Beeinflussung der Aktionspotentiale und zahlreiche andere Experimente größere Klarheit über den physikalisch-chemischen Ursprung der Potentiale geschaffen worden.