1
00:00:00,000 --> 00:00:02,000
Ich möchte Ihnen die erstaunlichen

2
00:00:02,000 --> 00:00:06,000
molekularen Maschinen zeigen,

3
00:00:06,000 --> 00:00:09,000
die jede lebende Faser Ihres Körpers ausmachen.

4
00:00:09,000 --> 00:00:12,000
Moleküle sind wirklich sehr, sehr klein.

5
00:00:12,000 --> 00:00:14,000
Und mit klein,

6
00:00:14,000 --> 00:00:16,000
da meine ich,

7
00:00:16,000 --> 00:00:18,000
dass sie kleiner als die Wellenlänge des Lichts sind,

8
00:00:18,000 --> 00:00:21,000
so dass wir sie nicht direkt beobachten können.

9
00:00:21,000 --> 00:00:23,000
Die Wissenschaft gibt uns eine ziemlich gute Vorstellung,

10
00:00:23,000 --> 00:00:26,000
was auf molekularer Ebene passiert.

11
00:00:26,000 --> 00:00:29,000
Wir können Ihnen also von den Molekülen erzählen,

12
00:00:29,000 --> 00:00:32,000
aber wir haben keine Möglichkeiten, Ihnen diese direkt zu zeigen.

13
00:00:32,000 --> 00:00:35,000
Eine Herangehensweise wäre, ein Bild zu zeichnen.

14
00:00:35,000 --> 00:00:37,000
Und diese Idee ist in Wirklichkeit nichts neues.

15
00:00:37,000 --> 00:00:39,000
Wissenschaftler haben immer Bilder eingesetzt,

16
00:00:39,000 --> 00:00:42,000
um ihren Denk- und Entdeckungsprozess zu unterstützen.

17
00:00:42,000 --> 00:00:45,000
Sie haben Bilder davon gemacht, was sie mit Ihren Augen

18
00:00:45,000 --> 00:00:47,000
durch Apparate wie Teleskope und Mikroskope beobachteten,

19
00:00:47,000 --> 00:00:50,000
und außerdem über die Dinge, über die sie nachdachten.

20
00:00:50,000 --> 00:00:52,000
Ich habe zwei bekannte Beispiele herausgesucht,

21
00:00:52,000 --> 00:00:55,000
weil diese für den Ausdruck von Wissenschaft mithilfe der Kunst bekannt sind.

22
00:00:55,000 --> 00:00:57,000
Und ich möchte mit Galileo beginnen,

23
00:00:57,000 --> 00:00:59,000
der das erste Teleskop der Welt benutzte,

24
00:00:59,000 --> 00:01:01,000
um den Mond anzusehen.

25
00:01:01,000 --> 00:01:03,000
Und er hat unser Verständnis des Mondes verändert.

26
00:01:03,000 --> 00:01:05,000
Die Wahrnehmung im 17. Jahrhundert

27
00:01:05,000 --> 00:01:07,000
war, dass der Mond eine perfekte Himmelssphäre darstellte.

28
00:01:07,000 --> 00:01:10,000
Aber Galileo sah eine steinige, kahle Welt,

29
00:01:10,000 --> 00:01:13,000
welche er durch ein Aquarellgemälde abbildete.

30
00:01:13,000 --> 00:01:15,000
Ein anderer Wissenschaftler mit bahnbrechenden Ideen,

31
00:01:15,000 --> 00:01:18,000
der Superstar der Biologie, war Charles Darwin.

32
00:01:18,000 --> 00:01:20,000
Und mit diesem berühmten Eintrag in sein Notizbuch

33
00:01:20,000 --> 00:01:23,000
beginnt er in der linken oberen Ecke mit, "Ich denke"

34
00:01:23,000 --> 00:01:26,000
und skizziert dann den ersten Lebensbaum,

35
00:01:26,000 --> 00:01:28,000
der seine Wahrnehmung ist

36
00:01:28,000 --> 00:01:30,000
wie alle Spezies, alle lebenden Dinge auf der Erde

37
00:01:30,000 --> 00:01:33,000
durch die Evolution miteinander verbunden –

38
00:01:33,000 --> 00:01:35,000
die Entstehung der Spezies durch natürliche Auslese

39
00:01:35,000 --> 00:01:38,000
und Divergenz zu der Ahnenpopulation.

40
00:01:38,000 --> 00:01:40,000
Selbst als Wissenschaftler

41
00:01:40,000 --> 00:01:42,000
ging ich zu Vorlesungen von Molekularbiologen

42
00:01:42,000 --> 00:01:45,000
und fand diese absolut unverständlich,

43
00:01:45,000 --> 00:01:47,000
mit der ganzen technischen Sprache und dem Jargon,

44
00:01:47,000 --> 00:01:49,000
mit dem sie ihre Arbeit beschreiben,

45
00:01:49,000 --> 00:01:52,000
jedenfalls, bis ich die Kunst von David Goodsell entdeckte,

46
00:01:52,000 --> 00:01:55,000
der ein Molekularbiologe am Scripps-Institut ist.

47
00:01:55,000 --> 00:01:57,000
In seinen Bildern

48
00:01:57,000 --> 00:01:59,000
ist alles akkurat und alles maßstabsgerecht

49
00:01:59,000 --> 00:02:02,000
und seine Arbeit machte mir klar,

50
00:02:02,000 --> 00:02:04,000
wie die molekulare Welt in uns aussieht.

51
00:02:04,000 --> 00:02:07,000
Dies ist ein Schnitt durch unser Blut.

52
00:02:07,000 --> 00:02:09,000
In der oberen linken Ecke sehen Sie ein gelb-grünes Areal.

53
00:02:09,000 --> 00:02:12,000
Das sind Flüssigkeiten im Blut, zum Großteil ist das Wasser,

54
00:02:12,000 --> 00:02:14,000
aber da sind auch Antikörper, Zucker,

55
00:02:14,000 --> 00:02:16,000
Hormone und so weiter.

56
00:02:16,000 --> 00:02:18,000
Die rote Region ist ein Schnitt durch eine Blutzelle.

57
00:02:18,000 --> 00:02:20,000
Und diese roten Moleküle sind das Hämoglobin.

58
00:02:20,000 --> 00:02:22,000
Sie sind wirklich rot; sie geben dem Blut seine Farbe.

59
00:02:22,000 --> 00:02:24,000
Hämoglobin ist wie ein molekularer Schwamm,

60
00:02:24,000 --> 00:02:26,000
der den Sauerstoff in Ihren Lungen aufsaugt

61
00:02:26,000 --> 00:02:28,000
und dann in die verschiedenen Teile Ihres Körpers trägt.

62
00:02:28,000 --> 00:02:31,000
Ich wurde vor einigen Jahren stark durch dieses Bild inspiriert

63
00:02:31,000 --> 00:02:33,000
und fragte mich, ob wir Computergrafiken nutzen könnten

64
00:02:33,000 --> 00:02:35,000
um die molekulare Welt abzubilden.

65
00:02:35,000 --> 00:02:37,000
Wie würde das aussehen?

66
00:02:37,000 --> 00:02:40,000
Und so fing es an. Also lassen Sie uns beginnen.

67
00:02:40,000 --> 00:02:42,000
Dies ist DNA in ihrer klassischen Doppelhelixform.

68
00:02:42,000 --> 00:02:44,000
Das Bild stammt von einer Röntgenkristallographie,

69
00:02:44,000 --> 00:02:46,000
es ist also ein akkurates Modell der DNA.

70
00:02:46,000 --> 00:02:48,000
Wenn wir die Doppelhelix in ihre zwei Stränge auflösen,

71
00:02:48,000 --> 00:02:50,000
sehen Sie, dass diese Dinge wie Zähne aussehen.

72
00:02:50,000 --> 00:02:52,000
Dies sind die Buchstaben des genetischen Codes,

73
00:02:52,000 --> 00:02:55,000
der 25.000 Gene, die in Ihre DNA geschrieben sind.

74
00:02:55,000 --> 00:02:57,000
Das meint man also, wenn man über

75
00:02:57,000 --> 00:02:59,000
den genetischen Code spricht – darüber wird dann gesprochen.

76
00:02:59,000 --> 00:03:01,000
Aber ich möchte über einen Aspekt der DNA-Forschung sprechen,

77
00:03:01,000 --> 00:03:04,000
und das ist die physische Erscheinung der DNA.

78
00:03:04,000 --> 00:03:07,000
Es sind diese beiden Stränge, die entgegengesetzt verlaufen,

79
00:03:07,000 --> 00:03:09,000
aus Gründen, auf die ich jetzt nicht eingehen kann.

80
00:03:09,000 --> 00:03:11,000
Sie verlaufen physisch in entgegengesetzte Richtungen,

81
00:03:11,000 --> 00:03:14,000
was einiges an Problemen für Ihre Zellen mit sich bringt,

82
00:03:14,000 --> 00:03:16,000
wie Sie gleich sehen werden,

83
00:03:16,000 --> 00:03:19,000
vor allem, wenn es um das Kopieren von DNA geht.

84
00:03:19,000 --> 00:03:21,000
Was ich Ihnen jetzt zeigen werde,

85
00:03:21,000 --> 00:03:23,000
ist eine genaue Darstellung

86
00:03:23,000 --> 00:03:26,000
der DNA-Kopiermaschine und davon, was genau jetzt in Ihrem Körper passiert,

87
00:03:26,000 --> 00:03:29,000
zumindest nach Erkenntnissen der Biologie aus dem Jahr 2002.

88
00:03:29,000 --> 00:03:32,000
Die DNA betritt die Produktionsstraße von der linken Seite

89
00:03:32,000 --> 00:03:35,000
und trifft auf diese Struktur, biomechanische Mini-Maschinen,

90
00:03:35,000 --> 00:03:38,000
die den DNA-Strang auseinandernehmen und eine exakte Kopie anfertigen.

91
00:03:38,000 --> 00:03:40,000
Also die DNA kommt hinein

92
00:03:40,000 --> 00:03:42,000
und trifft auf diese blaue, gekringelte Struktur.

93
00:03:42,000 --> 00:03:44,000
Sie wird dort in zwei Stränge gerissen.

94
00:03:44,000 --> 00:03:46,000
Ein Strang kann direkt kopiert werden

95
00:03:46,000 --> 00:03:49,000
und Sie können sehen, dass hier etwas nach unten abgewickelt wird.

96
00:03:49,000 --> 00:03:51,000
Aber für den anderen Strang ist das nicht so einfach,

97
00:03:51,000 --> 00:03:53,000
weil er rückwärts kopiert werden muss.

98
00:03:53,000 --> 00:03:55,000
Also wird er wiederholt in Schleifen gelegt

99
00:03:55,000 --> 00:03:57,000
und ein Abschnitt nach dem anderen wird kopiert,

100
00:03:57,000 --> 00:04:00,000
um so zwei neue DNA-Moleküle zu schaffen.

101
00:04:00,000 --> 00:04:03,000
Es gibt Milliarden dieser Maschinen,

102
00:04:03,000 --> 00:04:05,000
die gerade in Ihnen arbeiten,

103
00:04:05,000 --> 00:04:07,000
die Ihre DNA mit einer unglaublichen Genauigkeit kopieren.

104
00:04:07,000 --> 00:04:09,000
Das ist eine genaue Darstellung

105
00:04:09,000 --> 00:04:12,000
und hat das ungefähre Tempo des Originalvorgangs in Ihrem Körper.

106
00:04:12,000 --> 00:04:15,000
Ich habe die Fehlerkorrektur und einige anderen Dinge ausgelassen.

107
00:04:17,000 --> 00:04:19,000
Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren.

108
00:04:19,000 --> 00:04:21,000
Danke.

109
00:04:21,000 --> 00:04:24,000
Dies ist die Arbeit von vor einigen Jahren,

110
00:04:24,000 --> 00:04:27,000
aber als nächstes zeige ich Ihnen aktuelle Forschung und Technologie.

111
00:04:27,000 --> 00:04:29,000
Also beginnen wir wieder mit der DNA.

112
00:04:29,000 --> 00:04:32,000
Und es wackelt dort aufgrund der Suppe von Molekülen,

113
00:04:32,000 --> 00:04:34,000
die ich weggelassen habe, damit Sie etwas sehen können.

114
00:04:34,000 --> 00:04:36,000
DNA ist ungefähr zwei Nanometer breit,

115
00:04:36,000 --> 00:04:38,000
was ziemlich winzig ist.

116
00:04:38,000 --> 00:04:40,000
Aber in jeder unserer Zellen

117
00:04:40,000 --> 00:04:44,000
ist jeder DNA-Strang um die 30 bis 40 Millionen Nanometer lang.

118
00:04:44,000 --> 00:04:47,000
Um die DNA geordnet und den Zugang zum Gencode reguliert zu halten,

119
00:04:47,000 --> 00:04:49,000
ist es um diese lila Proteine gewickelt –

120
00:04:49,000 --> 00:04:51,000
bzw. ich habe diese lila markiert.

121
00:04:51,000 --> 00:04:53,000
Es ist verpackt und aufgewickelt.

122
00:04:53,000 --> 00:04:56,000
Dieser komplette Ausschnitt ist ein einzelner DNA-Strang.

123
00:04:56,000 --> 00:04:59,000
Dieses riesige DNA-Paket nennt man ein Chromosom.

124
00:04:59,000 --> 00:05:02,000
Wir kommen gleich auf Chromosome zurück.

125
00:05:02,000 --> 00:05:04,000
Wir vergrößern das Blickfeld, wir zoomen raus,

126
00:05:04,000 --> 00:05:06,000
durch eine nukleare Pore,

127
00:05:06,000 --> 00:05:09,000
welche der Zugang zu dem Teil, der die DNA beherbergt, ist

128
00:05:09,000 --> 00:05:11,000
und Nukleus genannt wird.

129
00:05:11,000 --> 00:05:13,000
Dieser gesamte Anblick

130
00:05:13,000 --> 00:05:16,000
ist ungefähr ein Semester Biologiestudium wert, ich habe sieben Minuten.

131
00:05:16,000 --> 00:05:19,000
Wir werden dies also nicht alles heute durchnehmen können?

132
00:05:19,000 --> 00:05:22,000
Nein, sagt man mir, "Nein".

133
00:05:22,000 --> 00:05:25,000
So sieht eine lebende Zelle durch ein Lichtmikroskop aus.

134
00:05:25,000 --> 00:05:28,000
Und es ist im Zeitraffer gefilmt, daher können wir sehen, wie es sich bewegt.

135
00:05:28,000 --> 00:05:30,000
Die nukleare Hülle reißt auf.

136
00:05:30,000 --> 00:05:33,000
Wir konzentrieren uns auf diese wurstförmigen Dinger, die Chromosomen.

137
00:05:33,000 --> 00:05:35,000
Sie durchlaufen dieses sehr auffällige Bewegungsmuster,

138
00:05:35,000 --> 00:05:38,000
das sich auf die roten Punkte konzentriert.

139
00:05:38,000 --> 00:05:41,000
Wenn die Zelle bereit ist loszulegen,

140
00:05:41,000 --> 00:05:43,000
reißt es die Chromosome auseinander.

141
00:05:43,000 --> 00:05:45,000
Ein Teil der DNA geht auf die eine Seite,

142
00:05:45,000 --> 00:05:47,000
die andere Seite bekommt das DNA-Gegenstück –

143
00:05:47,000 --> 00:05:49,000
beides sind identische Kopien.

144
00:05:49,000 --> 00:05:51,000
Und dann zerteilt die Zelle sich in der Mitte.

145
00:05:51,000 --> 00:05:53,000
Und noch einmal, Sie haben Milliarden von Zellen,

146
00:05:53,000 --> 00:05:56,000
die diesen Prozess genau jetzt in Ihnen vollziehen.

147
00:05:56,000 --> 00:05:59,000
Jetzt spulen wir zurück und konzentrieren uns auf die Chromosomen,

148
00:05:59,000 --> 00:06:01,000
schauen uns ihre Architektur an und beschreiben diese.

149
00:06:01,000 --> 00:06:04,000
Hier ist wieder der Moment der Teilung.

150
00:06:04,000 --> 00:06:06,000
Die Chromosomen reihen sich auf.

151
00:06:06,000 --> 00:06:08,000
Und wenn wir nur ein einzelnes Chromosom betrachten,

152
00:06:08,000 --> 00:06:10,000
wir ziehen es heraus und schauen uns seine Struktur an.

153
00:06:10,000 --> 00:06:13,000
Es ist eine der größten molekularen Strukturen, die Sie in sich haben,

154
00:06:13,000 --> 00:06:17,000
jedenfalls soweit wir das bis jetzt entdeckt haben.

155
00:06:17,000 --> 00:06:19,000
Dies ist ein einzelnes Chromosom.

156
00:06:19,000 --> 00:06:22,000
Und Sie haben zwei DNA-Stränge in jedem Chromosom.

157
00:06:22,000 --> 00:06:24,000
Einer ist zu einem Würstchen verwickelt.

158
00:06:24,000 --> 00:06:26,000
Der andere zu dem anderen Würstchen.

159
00:06:26,000 --> 00:06:29,000
Diese Dinger, die so ähnlich wie Schnurrhaare aussehen und aus beiden Seiten ragen,

160
00:06:29,000 --> 00:06:32,000
sind die dynamischen Baugerüste einer Zelle.

161
00:06:32,000 --> 00:06:34,000
Sie heißen Mikrogefäße. Aber das ist unwichtig.

162
00:06:34,000 --> 00:06:37,000
Wir konzentrieren uns auf die rote Region – ich habe sie rot makiert –

163
00:06:37,000 --> 00:06:39,000
und es ist die Schnittstelle

164
00:06:39,000 --> 00:06:42,000
zwischen den dynamischen Baugerüsten und den Chromosomen.

165
00:06:42,000 --> 00:06:45,000
Es ist offensichtlich von zentraler Bedeutung für die Bewegung des Chromosoms.

166
00:06:45,000 --> 00:06:48,000
Wir haben keinen Schimmer, wie es diese Bewegung bewerkstelligt.

167
00:06:48,000 --> 00:06:50,000
Wir haben dieses Ding studiert, es wird Bewegungskern genannt.

168
00:06:50,000 --> 00:06:52,000
Nach einhundert Jahren intensiver Studien

169
00:06:52,000 --> 00:06:55,000
sind wir immer noch ganz am Anfang zu verstehen, worum es überhaupt geht.

170
00:06:55,000 --> 00:06:58,000
Es besteht aus 200 verschiedenen Proteintypen,

171
00:06:58,000 --> 00:07:01,000
das macht Tausende von Proteinen ingesamt.

172
00:07:01,000 --> 00:07:04,000
Es ist ein System zur Signalübertragung.

173
00:07:04,000 --> 00:07:06,000
Es überträgt durch chemische Signale

174
00:07:06,000 --> 00:07:09,000
und sagt so dem Rest der Zelle, wann es bereit ist,

175
00:07:09,000 --> 00:07:12,000
wann es fühlt, dass alles aufgereiht und bereit zur

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00:07:12,000 --> 00:07:14,000
Aufspaltung der Chromosomen ist.

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00:07:14,000 --> 00:07:17,000
Es kann sich an wachsende und schrumpfende Mikrogefäße ankoppeln.

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00:07:17,000 --> 00:07:20,000
Es spielt selbst beim Wachstum von Mikrogefäßen eine Rolle

179
00:07:20,000 --> 00:07:23,000
und ist fähig, kurzzeitig an diesen anzukoppeln.

180
00:07:23,000 --> 00:07:25,000
Es ist außerdem in der Lage, Aufmerksamkeit zu spüren.

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00:07:25,000 --> 00:07:27,000
Es spürt, wenn die Zelle bereit ist,

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00:07:27,000 --> 00:07:29,000
wenn die Chromosomen ihre Position eingenommen haben.

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00:07:29,000 --> 00:07:31,000
Hier wird es grün,

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00:07:31,000 --> 00:07:33,000
weil es merkt, dass alles genau richtig ist.

185
00:07:33,000 --> 00:07:35,000
Und Sie sehen, dort ist das letzte kleine Stück,

186
00:07:35,000 --> 00:07:37,000
das noch rot ist.

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00:07:37,000 --> 00:07:40,000
Und es wird durch die Mikrogefäße abgeleitet.

188
00:07:41,000 --> 00:07:44,000
Das ist das Stopsignal des Signalübertragungssystems.

189
00:07:44,000 --> 00:07:47,000
Es wird abgeleitet, und das auf mechanische Weise.

190
00:07:47,000 --> 00:07:49,000
Es ist ein molekulares Uhrwerk.

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00:07:49,000 --> 00:07:52,000
So funktionieren Sie auf molekularer Ebene.

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00:07:52,000 --> 00:07:55,000
Als molekularen Augenschmaus

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00:07:55,000 --> 00:07:58,000
haben wir hier die Kinesine, welche orange sind.

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00:07:58,000 --> 00:08:00,000
Sie sind kleine molekulare Kuriere, die in eine Richtung laufen.

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00:08:00,000 --> 00:08:03,000
Und dies sind die Dynien. Sie tragen das Übertragungssystem.

196
00:08:03,000 --> 00:08:06,000
Sie haben lange Beine, um Hindernisse umgehen zu können und so weiter.

197
00:08:06,000 --> 00:08:08,000
Noch einmal, dies sind alles akkurate,

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00:08:08,000 --> 00:08:10,000
wissenschaftliche Ableitungen.

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00:08:10,000 --> 00:08:13,000
Das Problem ist, dass es keine andere Möglichkeit gibt, dies darzustellen.

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00:08:13,000 --> 00:08:15,000
An neuem wissenschaftlichem Wissen zu arbeiten,

201
00:08:15,000 --> 00:08:17,000
sich an den Grenzen menschlichen Wissens zu bewegen,

202
00:08:17,000 --> 00:08:20,000
es ist überwältigend.

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00:08:20,000 --> 00:08:22,000
Diese Dinge zu entdecken

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00:08:22,000 --> 00:08:25,000
ist sicherlich ein angenehmer Anreiz des wissenschaftlichen Arbeitens.

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00:08:25,000 --> 00:08:28,000
Aber die meisten medizinischen Forscher –

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00:08:28,000 --> 00:08:30,000
die Entdeckung dieser Dinge

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00:08:30,000 --> 00:08:33,000
ist einfach ein Schritt auf dem Weg zu großen Zielen,

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00:08:33,000 --> 00:08:36,000
wie Krankheiten auszumerzen,

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00:08:36,000 --> 00:08:38,000
wie Leiden und Miseren zu beseitigen, die Krankheiten verursachen,

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00:08:38,000 --> 00:08:40,000
wie Menschen aus der Armut zu heben.

211
00:08:40,000 --> 00:08:42,000
Vielen Dank.

212
00:08:42,000 --> 00:08:46,000
(Applaus)