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Das internationale Forschungskonsortium ALIVE unter Beteiligung von LMU-Physiker Erwin Frey hat eine Förderung von 10 Millionen Euro eingeworben.
Ein internationales Konsortium unter Beteiligung des LMU-Physikers Erwin Frey hat von der Novo Nordisk Foundation eine Förderung in Höhe von 10 Millionen Euro erhalten, um die physikalischen Grundlagen zu erarbeiten, mit denen sich vorhersagen – und steuern – lässt, wie sich lebendes Gewebe bildet und funktionsfähig bleibt. Rund ein Viertel der Fördersumme — etwa 2,5 Millionen Euro — entfällt dabei auf die LMU.
„Diese Förderung zeigt, dass hier zukunftsweisende Forschung geschieht, die echte Innovation ermöglicht. Sie vereint, was die LMU ausmacht: Internationalität, Interdisziplinarität, Exzellenz, indem bahnbrechende Experimente – Langzeit-Live-Bildgebung, Messungen der Kräfte, die Zellen aufeinander ausüben, sowie optische und genetische Werkzeuge, um Zellen sanft zu beeinflussen – mit neuen physikalischen Theorien kombiniert werden“, sagt Prof. Dr. Benedikt Grothe, Neurobiologe und Vizepräsident der LMU.
Lebendes Gewebe gehört zu den bemerkenswertesten Systemen der Natur. Tausende von Zellen koordinieren sich – ohne zentrale Steuerung und ohne festen Bauplan. So schafft es der menschliche Körper, einen Embryo zu bilden, die Darmschleimhaut Tag für Tag zu erneuern oder, wenn diese Koordination zusammenbricht, Krankheiten wie Krebs zu entwickeln. Wie Zellen diese kollektive Meisterleistung vollbringen und warum sie dabei manchmal scheitern, bleibt eine der großen offenen Fragen an der Schnittstelle von Physik und Biologie.
Das Forschungskonsortium, ALIVE – Center for Active Living Matter (Information, Vitality, and Emergence) – will diese Frage mit der Förderung der Novo Nordisk Foundation beantworten. Zu den vier leitenden Forschenden gehört Professor Erwin Frey, theoretischer Physiker am Arnold-Sommerfeld-Zentrum für Theoretische Physik der LMU München.
In den nächsten sechs Jahren wird das Team daran arbeiten, die physikalischen Gesetze hinter der Selbstorganisation von Gewebe aufzudecken und sie in praktische Werkzeuge umzuwandeln, um vorherzusagen – und letztendlich zu steuern –, wie sich ein Gewebe entwickelt: ob es wächst, heilt oder abstirbt.
„Die klassische Physik beschreibt Systeme über ihre Gleichgewichtszustände — lebendes Gewebe funktioniert aber gerade deshalb, weil es fern vom Gleichgewicht bleibt“, sagt Erwin Frey. „Deshalb entwickeln wir dafür einen eigenen theoretischen Rahmen: mathematische Werkzeuge, die die Zeitrichtung des Lebens aus experimentellen Daten quantifizieren und beschreiben, entlang welcher weniger Größen sich ein Gewebe tatsächlich organisiert."
Das Leben verläuft in eine Richtung
Der Ausgangspunkt ist eine einfache, aber kraftvolle Idee: Lebende Systeme befinden sich niemals wirklich in Ruhe. Sie verbrauchen ständig Energie, und das verleiht ihnen eine inhärente zeitliche Richtung. Ein gesundes Gewebe, das sich entwickelt oder selbst repariert, sieht unverkennbar anders aus als eines, das in umgekehrter Richtung arbeitet, genauso wie ein Film von zerbrechendem Glas offensichtlich falsch wirkt, wenn er rückwärts abgespielt wird. ALIVE geht davon aus, dass diese Zeitrichtung kein bloßer Nebeneffekt ist, sondern ein messbarer Fingerabdruck der Organisation lebender Materie – und, was entscheidend ist, ein Ansatzpunkt, der zu ihrer Steuerung genutzt werden kann.
Um dies wissenschaftlich fundiert zu untermauern, wird das Konsortium die „Informationsflüsse“ verfolgen, die Zellen über Kräfte, chemische Signale und Genaktivität austauschen, und nachverfolgen, wie sich diese Flüsse über verschiedene Skalen hinweg ausbreiten – von einzelnen Molekülen innerhalb einer Zelle bis hin zur Mechanik eines gesamten Gewebes.
Von den Ursprüngen mehrzelliger Lebewesen bis zu Krebs
Das Team wird seine Ideen an vier sich ergänzenden biologischen Systemen testen, die zusammen die gesamte Geschichte der Mehrzelligkeit abdecken: Seeschwämme, die zu den ältesten mehrzelligen Tieren zählen; menschliche Embryoide, im Labor gezüchtete Modelle der frühen Entwicklung; Darmorganoide, sich selbst erneuernde „Miniaturdärme“; und Organoide von Darmkrebs, Modelle von Krankheiten.
Die Rolle der LMU
Freys Gruppe liefert das theoretische Rückgrat. Aufbauend auf den Stärken der LMU in der statistischen Nichtgleichgewichtsphysik entwickelt das Münchner Team die Mathematik, die zur Quantifizierung der Zeitrichtung des Lebens erforderlich ist, sowie ein neues Organisationskonzept, das das Konsortium als „funktionale Mannigfaltigkeiten“ bezeichnet: Modelle, die beschreiben, wie sich ein Gewebe zwischen stabilen Zuständen fernab des Gleichgewichts bewegt, und damit die auf dem Gleichgewicht basierenden Vorstellungen ersetzen, auf die sich die Physik traditionell stützt.
„Unsere Gruppe verfolgt seit Langem die Vision, eine Theorie für Systeme fern vom Gleichgewicht zu entwickeln", sagt Erwin Frey. „Begonnen haben wir damit, die Musterbildung in biologischen Systemen besser zu verstehen und dafür eine Theorie zu entwickeln, die über Turings klassischen Ansatz hinausgeht — das ist uns inzwischen weitgehend gelungen und wird durch meinen ERC Advanced Grant gefördert. Jetzt geht es um den nächsten Schritt: zu verstehen, wie sich darauf aufbauend auch lebendes Gewebe begreifen lässt. Neben neuen theoretischen Methoden setzen wir dafür auch Computersimulationen und maschinelles Lernen ein."
Konkret entwickelt das Team die Verfahren, um diese Zeitrichtung direkt aus Messdaten abzulesen — etwa aus sogenannten Wahrscheinlichkeitsströmen und gerichteten Informationsflüssen, wie sie sich aus Langzeit-Bildgebung sowie aus Kraft- und Genaktivitätsmessungen gewinnen lassen. Aus solchen hochdimensionalen Daten leiten die Forschenden die „funktionalen Mannigfaltigkeiten" ab: reduzierte Beschreibungen, die trotz starker Vereinfachung genau jene Nichtgleichgewichtsstruktur bewahren, die ein Gewebe funktionsfähig hält. Weil lebendes Gewebe dauerhaft fernab des Gleichgewichts arbeitet, gehen solche Modelle über die gleichgewichtsbasierten Bilder hinaus, auf die sich die Physik traditionell stützt.
Prof. Dr. Erwin Frey
Fakultät für Physik
Ludwig-Maximilians-Universität München
E-Mail: frey@lmu.de
Tel.: +49 89 2180-4538
LMU Newsroom, 10.07.2026, Die Zeitrichtung in lebendem Gewebe entschlüsseln
https://www.lmu.de/de/newsroom/newsuebersicht/news/die-zeitrichtung-in-lebendem-...
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Chemie, Mathematik, Medizin, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte, Wettbewerbe / Auszeichnungen
Deutsch
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