Musik und Wissenschaft: Wenn Moleküle in Musik verwandelt werden
Die Umwandlung von DNA-Sequenzen und Teilchenschwingungen in Noten ermöglicht es Forschern, ungesehene Muster zu erkennen und daraus Musik zu erschaffen. Mit der sogenannten molekularen Musik werden wissenschaftlich fundierte Methoden entwickelt, die etwa in der Therapeutik bahnbrechende Behandlungsmethoden ermöglichen sollen. Die algorithmischen Ansätze sind inspirierend, die Ergebnisse faszinierend. Offensichtlich hat die Musik der Wissenschaft viel zu bieten. Es sind nur längst noch nicht alle Visionen durchkomponiert.
Sonifikation – die Transformation von Daten in Klänge
In seinem Labor an der Western Sydney University arbeitete der medizinische Molekularbiologe Mark Temple lange Zeit an der Erforschung neuer Medikamente für die Krebstherapie. Dabei extrahierte er DNA aus Zellen und fügte einen Wirkstoff hinzu, um zu erkennen, an welcher Stelle der chemischen Sequenz das Medikament bindet. Zumal die Interpretation der DNA-Kombination visuell reizüberflutet überwältigend war, suchte Temple nach einer simpleren und zugleich aussagekräftigeren Möglichkeit, günstige Strukturen zu identifizieren.
Klicken Sie auf den unteren Button, um den Inhalt von Giphy zu laden.
Seine Lösung: Die Kombination von akustischen Signalen und optischer Anzeige. Er wollte die Daten hören. Daraufhin hat Mark Temple sein eigenes System erschaffen, in dem er DNA-Elementen Noten zuordnet. Die KI-gestützte molekulare Melodie mit lediglich vier Noten erleichtert es ihm, Sequenz-Muster zu erkennen und darauf basierende Entscheidungen zu treffen.
Die DNA-Melodie auf dem Klavier gespielt
Die Umwandlung von wissenschaftlichen Daten in Noten klingt innovativ, ist es aber nur bedingt. Seit mehr als vierzig Jahren experimentieren Wissenschaftler an der Transformation biologischer Daten in Klänge. Bereits in den frühen 1980er-Jahren fiel dem heutigen Biomolekularingenieur David Dreamer auf, dass drei der vier Basen der DNA Buchstaben entsprechen, die ebenso Noten zugeordnet werden können. Er tat exakt das; er ordnete zu und spielte daraufhin die DNA-Akkorde C-Dur6 und A-Moll7 auf dem Klavier. Musikern fällt auf, dass die Akkorde aus denselben Tönen bestehen, lediglich anders geschichtet sind. Bis dahin war es eine Interpretation der DNA.
Die Quantenmusik der Proteine
Etwa zur gleichen Zeit widmete sich der französische Physiker Joël Sternheimer der Musik der Proteine, die letztlich als „Quantenmusik nach Sternheimer“ bezeichnet wurde. Zugleich Komponist, übertrug er die Schwingungsfrequenzen der zwanzig Aminosäuren der Proteine in Musiknoten und daraufhin in eine Partitur. Seither hat es etliche Ansätze der Experten gegeben, beispielsweise genetische Informationen von Personen in personalisierte Melodien zu musifizieren. Auch gibt es die inzwischen erfolgreiche Beschallungstechnik, mit der Herzkrankheiten diagnostiziert werden. Geschulte Herzspezialisten können mit dieser Technologie krankhafte Veränderungen mit 78-prozentiger Treffsicherheit diagnostizieren.
Die Musik des Körpers, die Klänge der Pflanzen
Linda Long, Biochemikerin an der britischen Universität von Exeter, übersetzt per Sonifizierung pflanzliche Proteine als auch menschliche Hormone in Musik. Entstanden sind dabei sogar zwei Musikalben. Abhängig von der jeweiligen Form kristallisiert und röntgt sie Proteine, wodurch sie die Struktur sichtbar macht. Die in diesem Verfahren extrahierten Zahlenreihen stellen die dreidimensionale Struktur der Proteinmoleküle dar. Long schickt die Sequenzen durch ein Computerprogramm, woraufhin die Daten in Musiknoten gewandelt werden. Das Resultat: Man kann die Proteinformen tatsächlich hören. Überzeugt ist die Biochemikerin daran, mit molekularer Musik die Verbindung zwischen Geist und Körper zu stärken. Longs Meinung nach sprechen die Lieder das Unterbewusstsein mit therapeutischem Nutzen an und können somit die Selbstheilungskräfte fördern.
Molekulare Musik als therapeutisches Hilfsmittel
Sie arbeitet etwa an molekularen Musikstücken für den Einsatz in Hypnotherapiesitzungen. Patienten sollen beispielsweise bei der Gewichtsabnahme mit Musik unterstützt werden, die aus dem fettverbrennenden Botenstoff Irisin übersetzt wurde. Und sie geht sogar noch einen mutigen Schritt weiter. Long produziert Musikstücke aus übersetzten menschlichen Antikörpern, die das Corona-Virus neutralisieren. Ihr Ziel ist es, ein widerstandsfähiges Immunsystem zu visualisieren. Als therapeutische Maßnahme eingesetzt wurde ihre DNA-Musik bislang nicht, auch ist es bislang unmöglich zu sagen, ob die Arbeit klinisch relevante Eigenschaften hat. Experten wie die Musiktechnologin Carla Scaletti sind skeptisch.
Vermittlung antiviraler Eigenschaften eher nicht denkbar
Weitestgehend einig hingegen sind sich die Forscher zwar, dass Musik und Klänge tiefgreifende Wirkung haben, Menschen sogar in der Lage sind, sich selbst die für die jeweilige Situation nützliche Musik zurechtzulegen. Vehement bezweifelt wird allerdings die These, Hören einer Übersetzung der dreidimensionalen Proteinstruktur als Tonfolge könne die antiviralen Eigenschaften des ursprünglichen Proteins vermitteln. Dennoch gibt es Experten, die überzeugt sind, die Verbindung von Molekülen und Musik könne über die Effekte der Musiktherapie hinaus für neue Behandlungsmethoden genutzt werden.
Wie eine Flamme zum Musikinstrument wird
So hat Markus Buehler, Werkstoffingenieur am Massachusetts Institute of Technology und Komponist von experimenteller Musik, beispielsweise datengetrieben ein Spinnnetz in eine raschelnde Melodie transformiert oder die Vibrationen einer Flamme in einen meditativen Hall aus Gongs. Seine These: Man könne alles als Instrument nutzen und somit in Klänge übersetzen, zumal alles vibriert. Dabei geht Bühler mit seinem KI-basierten System auch den umgekehrten Weg, wobei er nicht Proteine in Musik, sondern Musik in Proteine umwandelt. Geschaffen hat er Proteine, die in dieser DNA-Sequenz in der Natur nie zuvor gefunden wurden. Laut Buehler ist es möglich, das Protein zu einer optimierten Variante seiner selbst zu machen. Gegenwärtig sucht der Ingenieur nach einem Protein, dass die Haltbarkeit verderblicher Lebensmittel verlängert. Er kann sich noch viel weitreichendere Anwendungen vorstellen.
Wir sind gespannt, was noch alles mit Sonifikation und Molekularmusik möglich sein wird. Habt ihr Ideen? Wir freuen uns darauf!
