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In den Tiefen des Pazifiks lebt ein Wurm bei Arsenkonzentrationen, die für jedes andere Lebewesen tödlich wären. Um zu überleben, macht er sich ein Grundprinzip der Chemie zunutze: Er bekämpft Gift mit Gift.Es <link href="#nadc20264154306-fig-0001">ist die erste Tiefseeexpedition für Hao Wang von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften. 2016 sind er und sein Team an Bord des chinesischen Forschungsschiffs RV Kexue vor den japanischen Ryūkyū-Inseln unterwegs. Ihr Ziel: Auf dem Grund des Ozeans wollen sie unerforschte Lebewesen finden.<figure xml:id="nadc20264154306-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cml0fgnqh76d007uqc6ejmmon"><figcaption><label>Abb.1: </label>Der Tiefseewurm Paralvinella hessleri lagert Arsensulfid in seinen Körper ein: So kommt er zu seiner typischen gelben Farbe. Foto: Science</figcaption></figure></figure>Hier am Okinawa-Graben im Ostchinesischen Meer gibt es besonders viele Hydrothermalquellen – und in ihnen hochangepasstes Leben. Das liegt an der geologischen Struktur des Grabens: Er ist ein Backarc-Becken, eine Vertiefung am Meeresgrund, das an der Innenseite einer bogenförmigen Inselkette liegt. Hier spreizt sich die Erdkruste, und es gibt besonders viel vulkanische Aktivität (<link href="#nadc20264154306-fig-0002">Abbildung rechts). Auf der abgewandten Seite des Inselbogens liegt die eigentliche Tiefseerinne, der Ryūkyū-Graben.<figure xml:id="nadc20264154306-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cml0fgp2j707107uk74zwbggd"><figcaption><label>Abb.2: </label>Östlich von China nahmen die Forschenden im Jahr 2016 Proben des Wurms P. hessleri. Er ist im Westpazifik verbreitet, besonders in Backarc-Becken (rot), in dem es viele Hydrothermalquellen gibt. Karte: Datawrapper / OpenStreetMap</figcaption></figure></figure>Den Roboter, den die Forschenden vom Schiff aus in die Tiefe hinablassen, haben sie Faxian getauft – nach einem chinesischen Wandermönch, der im fünften Jahrhundert bis dahin unbekannte Länder erkundete. Als Faxian rund 1500 Meter tief in die Dunkelheit abtaucht, zeigen seine Kameras etwas, mit dem sie nicht gerechnet hatten.Leuchtend gelbe Würmer heben sich deutlich von der dunklen Landschaft ab. Sie waren „anders als alles, was ich je gesehen hatte“, sagt Wang, Erstautor der Studie, einer Pressemitteilung seines Instituts zufolge.<h2 type="main">Leben trotzt Extremen</h2>Der Wurm, der rund 30 Jahre zuvor im Backarc-Becken der Marianen entdeckt worden war, trägt den Namen Paralvinella hessleri und lebt an Orten chemischer Extreme: Er besiedelt die Wände von Hydrothermalquellen auf dem Meeresgrund. Das Wasser, das dort aus dem Gestein austritt, wurde im Erdinneren mit vulkanischen Gasen und allerlei giftigen Mineralien angereichert. So enthält es etwa hohe Schwefelwasserstoff- und Arsen-Konzentrationen.Für fast alle Lebewesen ist Arsen giftig, auch für Menschen. Wie die Tiefseeforscher von der Chinesischen Akademie der Wissenschaften herausfanden, haben die Tiefseewürmer jedoch einen Mechanismus entwickelt, der Arsen unschädlich macht.Dies ermöglicht es ihnen, direkt im austretenden Fluid der Thermalquellen zu leben. Für den Wurm ist das vorteilhaft: Dort gibt es besonders viele sonst in der Tiefsee rare Nährstoffe wie Methan, Wasserstoff oder CO2 als Kohlenstoffquelle, und er ist sicher vor Fressfeinden. Seine Umgebung ist viel zu giftig für jeden potenziellen Jäger.<h2 type="main">Gift mit Gift bekämpfen</h2>Wie trotzt der Wurm dem Gift? Die Antwort verbirgt sich in seiner Farbe. Normalerweise sind Tiefseelebewesen gräulich-weiß. In die Tiefen, die sie bevölkern, dringt kein Licht. Deshalb gibt es keinerlei evolutionären Anreiz, ein farbiges Äußeres hervorzubringen, mit dem sich Tiere an der Erdoberfläche etwa tarnen oder die Chancen auf Fortpflanzung verbessern.P. hessleris leuchtend gelbes Äußeres dient keinem solchen Zweck. Es ist ein Nebenprodukt seines Entgiftungsmechanismus. Die gelbe Farbe kommt von Arsen(III)-sulfid, das sich in allen Körperzellen des Wurms findet. Arsensulfid ist zwar auch giftig, verglichen mit gelösten Arsenionen und Schwefelwasserstoff jedoch harmlos. Denn wie oft in der Chemie reagieren zwei besonders aggressive Substanzen zu einem weit weniger reaktiven Produkt.Die Biomineralisation von Arsensulfid in den Zellen des Wurms ist ein kontrollierter Prozess: Transmembranproteine schleusen die Arsenionen in die Zellen. Der Schwefelwasserstoff diffundiert durch die Zellmembran, ein intrazelluläres Hämoglobinmolekül fängt ihn ab und transportiert ihn zu den Vakuolen. Diese Zellorganellen sind von Membranen umschlossene Hohlräume. In ihnen trifft Schwefelwasserstoff auf Arsen, welches als Arsensulfid ausfällt und in den Vakuolen gespeichert wird (<link href="#nadc20264154306-fig-0003">Abbildung links).<figure xml:id="nadc20264154306-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cml0fhbcr62zu08rvx1jt4thh"><figcaption><label>Abb.3: </label>So entsteht Auripigment im Wurm: Um Arsen und Schwefelwasserstoff unschädlich zu machen, bringt der Wurm beide Stoffe in seinen Zellen zur Reaktion. Dabei fällt Arsen(III)-sulfid aus, das er in Vakuolen einlagert. Das Abfallprodukt der Entgiftung färbt den Wurm leuchtend gelb.</figcaption></figure></figure>Die Wissenschaftler fanden Tiere, deren Körper zu etwa einem Gewichtsprozent aus Arsen bestand. Damit hält P. hessleri unter den arsenresistenten Lebewesen den Rekord: Die Arsenkonzentrationen sind etwa eine Zehnerpotenz höher als die Höchstwerte anderer Arsen-Hyperakkumulatoren.<h2 type="main">Falsches Gold</h2>Das gelbe Pigment, das der Wurm produziert, findet sich auch als Mineral in Gesteinen und wurde über Jahrhunderte in der Malerei geschätzt.Schon die Maler der Antike nutzten Auripigment, wie Arsen(III)-sulfid auch genannt wird: Es findet sich nicht nur auf Wandgemälden in Pompeji oder in altägyptischen Grabmalereien, sondern sorgt auch für das kräftige Gelb im Stirnband der Büste der Nofretete auf der Berliner Museumsinsel (<link href="#nadc20264154306-fig-0004">Abbildung rechts).<figure xml:id="nadc20264154306-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cml0fhcuy630k08rvlikp508k"><figcaption><label>Abb.4: </label>Über Jahrhunderte war Auripigment ein seltenes und begehrtes Pigment in der Malerei. Auripigment: Rob Lavinsky / <a href="https://iRocks.com" target="_blank">iRocks.com</a> CC-BY-SA-3.0; Büste: Staatliche Museen zu Berlin, Ägyptisches Museum und Papyrussammlung / Sandra Steiß</figcaption></figure></figure>Eine der ältesten erhaltenen Schriften, die sich mit Farbstoffen und Pigmenten befassen, der Leidener Papyrus X aus dem dritten Jahrhundert, empfiehlt eine Mischung aus Auripigment, Ziegengalle und einigen weiteren Zutaten, um „ohne Gold in goldenen Lettern zu schreiben“.Um das Jahr 1400 schrieb der Florentiner Maler Cennino Cennini in seinem kunsttechnischen Traktat Libro dell‘arte, das Gelb des Auripigment sei „dem Gold ähnlich wie keine andere Farbe“. Doch er warnt auch: „Hüte dich, den Mund damit zu beschmutzen, weil dir nur Schaden daraus erwachsen könnte.“ So arsenresistent wie die Tiefseewürmer sind Menschen eben nicht.<h2 type="main">Auf den Punkt</h2>Der Tiefseewurm Paralvinella hessleri lebt an Hydrothermalquellen, deren Arsen- und Schwefelkonzentrationen für andere Lebewesen tödlich sind.Sein Entgiftungsmechanismus färbt den Wurm: Er kombiniert Schwefel- und Arsenverbindungen zu Arsensulfid und baut die gelbe Verbindung in seinen Körper ein – bis zu 1 Prozent seines Körpers besteht daraus.Unter anderem in Renaissance und Antike diente Arsensulfid, genannt Auripigment, in der Malerei dazu, Gelb, Gold und Grün herzustellen.<h2 type="main">Extremophilie: Leben am Limit</h2>Die Evolution zeigt überall auf der Erde die Fähigkeit, sich an Widrigkeiten anzupassen. Die Tiefsee mit Drücken von mehreren hundert Bar, Finsternis, Extremtemperaturen und giftigen Hydrothermalquellen ist dafür nur ein Beispiel.Lebewesen, die sich – aus menschlicher Sicht – besonders extremen ökologischen Nischen angepasst haben, heißen Extremophile. Sie leben in Salzseen, vulkanischen Schwefelsäurebecken oder Wüsten, in denen manchmal jahrelang kein Tropfen Regen fällt. Meist sind es Einzeller, doch auch Mehrzeller haben im Laufe der Evolution besondere Resistenzen entwickelt.So gedeiht etwa der Pilz Exophiala dermatitidis besonders gut in radioaktiver Strahlung. Vermutet wird, dass er ionisierende Photonen als Energiequelle nutzt, um Kohlenhydrate aufzubauen – er betreibt also keine Photo-, sondern Radiosynthese. Inzwischen bedecken große Kolonien dieser und ähnlicher Pilze die Wände in den Reaktorblöcken von Tschernobyl.Ähnlich wie für den Tiefseewurm P. hessleri ist es für einige Tiere ein Evolutionsvorteil, Resistenzen gegen bestimmte chemische Elemente aufzubauen. Zum Beispiel können manche Schnecken besonders gut mit Cadmium umgehen. Da sie kriechen, nehmen sie viel des giftigen Schwermetalls aus dem Boden auf. Durch modifizierte Metallothionein-Proteine komplexieren sie das Cadmium und machen es so unschädlich.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der Chemiker und Historiker Jan Krüßmann arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist in München.

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Der Giftwurm

In den Tiefen des Pazifiks lebt ein Wurm bei Arsenkonzentrationen, die für jedes andere Lebewesen tödlich wären. Um zu überleben, macht er sich ein Grundprinzip der Chemie zunutze: Er bekämpft Gift mit Gift.Es ist die erste Tiefseeexpedition für Hao Wang von der Chinesischen Akademie der Wissensc...

Anfang M&auml;rz laufen wieder die Hirne hei&szlig; &ndash; bei der Compound Challenge von Merck knobeln Chemiker:innen und ganze Forschungsgruppen 48 Stunden lang an einer Syntheseroute. Jedes Jahr geht es um einen Naturstoff, der noch nie im Labor hergestellt wurde. Das Siegerteam des Jahres 2025 von der VU Amsterdam berichtet.
Nachrichten aus der Chemie: Was f&uuml;hlen oder denken Sie als erstes, wenn Sie einen Naturstoff sehen?
Eelco Ruijter: Ich suche jedes Jahr etwa 20 Naturstoffe f&uuml;r einen Retrosynthesekurs bei uns an der VU Amsterdam heraus &ndash; die &Auml;sthetik kann sehr interessant sein, und darauf folgt immer schnell der Gedanke: Wie kann ich den Stoff herstellen?
Thomas Hansen: Ich bin fasziniert und neidisch zugleich, wie elegant und effizient die Natur diese Molek&uuml;le herstellen kann. Und wir brauchen Jahre daf&uuml;r.
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<figcaption><label>Abb.1: </label>F&uuml;nf von neun Mitgliedern des Siegerteams von 2025. Von links oben im Uhrzeigersinn: Gruppenleiter Eelco Ruijter, Masterand Ivo Kruisheer, Assistenzprofessor Thomas Hansen sowie die Doktoranden Aleksandar Mandic und Marco van Wijk. Foto: Aleksandar Mandic</figcaption>
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Die Natur hat ja teils Millionen Jahre lang ge&uuml;bt. Nun haben Sie den Naturstoffsynthese-Wettbewerb mit gewonnen, indem Sie sich die beste Ischnocybine-A-Synthese ausgedacht haben. Wie lief das ab?
Ruijter: An einem Samstagmorgen ging es los: Acht Mitglieder unserer Gruppe, vom Masterstudent bis zum Professor, sa&szlig;en zusammen f&uuml;r eine Brainstorm-Session. Ich war online zugeschaltet.
Hansen: Alle haben sich auf ihre eigene Weise beteiligt. Vor allem die Doktoranden und Professoren haben die Synthese erarbeitet, und die Masterstudierenden haben in den 48 Stunden viel Flei&szlig;arbeit &uuml;bernommen: das Dokument erstellt mit den Synthesevorschl&auml;gen und -prozeduren, was viel Arbeit war. Irgendwann hat sich Merck gemeldet, dass ein externes Auftragssyntheselabor unsere Syntheseroute ausprobieren wird.
Gab es in der Syntheseplanung einen Heureka-Moment oder glich Ihr Brainstorming methodischem Abarbeiten?
Aleksandar Mandic: In der ersten halben Stunde haben wir uns f&uuml;r den letzten Schritt der Synthese entschieden: eine organokatalysierte asymmetrische Aza-Diels-Alder-Reaktion. Wir wussten schon, dass dieser Schritt einer der h&auml;rtesten sein w&uuml;rde. Hansens Gruppe forscht vor allem an Organokatalyse, und deswegen war das der Fokus unserer &Uuml;berlegungen. Die Merck-Challenge ist eine gute Plattform, um die Arbeit der eigenen Gruppe zu zeigen &ndash; wie ein Fingerabdruck.
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<figcaption><label>Abb.2: </label>Die siegreiche Syntheseroute: In den ersten vier Schritten wurde das erste Stereozentrum eingebaut, und dieses gibt alle weiteren Stereozentren im Produkt vor. Mit einem Rutheniumkatalysator schlossen die Forschenden den Ring (orangefarben). An der letzten Stufe zu Ischnocybine A scheiterten bislang sowohl die Gruppe als auch das Auftragsforschungsinstitut.</figcaption>
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Ruijter: Ein Thema, f&uuml;r das ja auch Ben List den Nobelpreis erhalten halt.
Hansen: Den Katalysator f&uuml;r unsere Reaktion, eine chirale Phosphors&auml;ure, gibt es in vielen unterschiedlichen Formen. Unterschiedliche Substituenten ver&auml;ndern dessen S&auml;urest&auml;rke und sogar den Reaktionsmechanismus. F&uuml;r den Rest der Synthese hatten wir viele Ideen.
Sie haben Sich gegen etwa 300 Teams durchgesetzt. Dachten Sie nach der Abgabe, dass Sie gewinnen w&uuml;rden?
Mandic: Thomas und ich waren schon unabh&auml;ngig voneinander bei dem Wettbewerb dabei. Ich hatte es bei meinem zweiten Versuch 2023 in die Top 50 geschafft, und deswegen hatte ich schon das Gef&uuml;hl, dass diese Synthese sehr erfolgreich sein w&uuml;rde &ndash; wir haben uns schwer vorstellen k&ouml;nnen, wie es noch effizienter gehen k&ouml;nnte. In den letzten Jahren haben starke Gruppen mitgemacht, und deren siegreiche Syntheserouten trafen im Labor meist fr&uuml;h auf ein Hindernis. Wir wussten aber schon vor dem Auftragslabor, dass unsere Reaktion recht erfolgreich sein w&uuml;rde.
Ruijter: Aleksandar und unsere Masterstudierenden Ivo Kruisheer und Roan Spiertz haben n&auml;mlich die Synthese in ihrer Freizeit ausprobiert und es bis zum letzten Intermediat geschafft.
Herr Ruijter, Sie haben einige Naturstoffsynthesen publiziert. Wenn nicht Merck den Naturstoff vorgibt, wie suchen Sie sich einen zum Synthetisieren aus?
Ruijter: Ich forsche vor allem an Kaskadenreaktionen f&uuml;r Naturstoffe und Pharmazeutika. F&uuml;r mich kommt zuerst das Problem, etwa Verbindungen mit zwei benachbarten quart&auml;ren C-Atomen nebeneinander zu generieren. Wir zeigen dann beispielsweise beim Synthetisieren nat&uuml;rlicher Alkaloide etwas, das m&ouml;glicherweise eine L&ouml;sung f&uuml;r ein viel gr&ouml;&szlig;eres Problem ist.
Sie forschen seit den 2000er Jahren an Naturstoffen. Synthetisiert man diese heute noch wie damals?
Ruijter: Nein, &auml;hnlich wie die Kreuzkupplungen in den 1970er Jahren war ein gro&szlig;er Schritt die Photoredoxkatalyse. Zuvor dachte man in Zwei-Elektronen-Logik, jetzt auch in Ein-Elektronen-Schritten. Der Rest ist Mustererkennung.
Glauben Sie, K&uuml;nstliche Intelligenz (KI) wird sich irgendwann besser Synthesen ausdenken als Forschende?
Ruijter: Es gibt schon KI-gest&uuml;tzte Tools, allerdings ersetzen sie aktuell noch keinen Chemiker. Ich denke, das liegt vor allem am Mangel an ver&ouml;ffentlichten Negativergebnissen. Ver&ouml;ffentlicht wird meist nur, was funktioniert &ndash; das ist ein schlechter Trainingsdatensatz f&uuml;r KI. Meiner Meinung nach ist aber keine Methodenentwicklung vollst&auml;ndig, ohne dass Reaktionsans&auml;tze Null-Prozent-Ergebnisse zutage gef&ouml;rdert haben.
W&uuml;rden Sie negative Ergebnisse ver&ouml;ffentlichen?
Ruijter: Ich sehe, dass mehr Leute Negativergebnisse in ihre Supporting Information schreiben. F&uuml;r die Gruppen ist das Mehrarbeit, und man bekommt im Gegenzug nichts. Es ist eben zum Wohle der Forschung.
Werden Sie dieses Jahr wieder teilnehmen?
Ruijter: Auf jeden Fall, vielleicht nehmen wir mit mehr als einem Team teil, wenn auf einmal alle aus der Gruppe mitmachen wollen. Die einzige andere Naturstoffgruppe in den Niederlanden, die Minnard-Gruppe in Groningen, beneidet uns um den Erfolg und m&ouml;chte dieses Jahr mitmachen &ndash; auch andere niederl&auml;ndische Teams wollen k&uuml;nftig teilnehmen.
Mit dem Team der VU Amsterdam sprach Nachrichten-Redakteur Luca Blicker.
<h2 type="main">Die Compound Challenge 2026</h2>
Bis zum 2. M&auml;rz 2026 k&ouml;nnen sich Gruppen und Einzelpersonen registrieren. Los geht der Wettbewerb am 5. M&auml;rz 2026 &ndash; und dann wird 48 Stunden lang ger&auml;tselt.
<h2 type="main">Wettbewerb: In 48 Stunden eine Synthese erdenken</h2>
Bei der Merck Compound Challenge entwickeln Wissenschaftler:innen weltweit eine Retrosynthese f&uuml;r ein bioaktives Molek&uuml;l, das noch niemand vorher im Labor synthetisiert hat.
Der Ablauf: Die Teams der sechsten Compound Challenge hatten zwei Tage Zeit, einen Vorschlag zu ert&uuml;fteln und online einzureichen. Danach bewertet jedes Team Syntheserouten anderer anonymisierter Gruppen. Ber&uuml;cksichtigt werden etwa Synthesel&auml;nge und Erfolgswahrscheinlichkeit, um das Feld auf die besten zehn Prozent einzugrenzen. Daraus w&auml;hlt eine Jury drei Routen aus, die ein externes Auftragsforschungsinstitut (CRO) im Labor testen wird. Sollten die drei Routen scheitern, d&uuml;rfen sich die Finalist:innen seit 2024 mit dem CRO austauschen und die Synthese &auml;ndern. Im letzten Schritt w&auml;hlt die Jury die Gewinner:innen anhand der Ausbeute, gelungenen Syntheseschritte und der Reinheit. Sie beachten auch, wie realistisch nachfolgende Schritte sind und wie umweltschonend die Route ist. Das Preisgeld betr&auml;gt 10 000 Euro.
Wer mitmacht: Seit 2018 findet die Challenge j&auml;hrlich statt, und die Anmeldung ist f&uuml;r alle frei. Meist sind es 250 bis 300 Teilnehmende, darunter Studierende mit oder ohne Hochschulabschluss, Fachleute aus der Industrie, Chemiker:innen im Ruhestand und Professor:innen. Manche treten allein an, es gibt aber auch Gruppen mit 10 Personen. Vergangenes Jahr kamen etwa 14 Prozent der Teams aus Deutschland. ME

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Der Giftwurm

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