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Spinnen profitieren von scheinbar einförmigen Wäldern

Mon, 29 Jun 2026 12:13:25 +0200

Eine neue Untersuchung von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) offenbart eine scheinbar markante Ausnahme: Für Spinnen ist der vermeintlich monotone, geschlossene Wald das wahre Refugium. Diese Erkenntnis ist ökologisch brisant. Als bedeutende Raubtiere regulieren Spinnen die Insektenbestände und leisten einen wesentlichen Beitrag zur natürlichen Schädlingskontrolle. Dass sie als einzige der bisher untersuchten Tiergruppen negativ auf Waldveränderungen reagieren, zeigt, dass für ein vollständiges Bild ein Blick über Artgrenzen hinweg notwendig ist.

Verantwortlich für diese Studie war ein Team um Julia Rothacher und Jean-Léonard Stör, Erstautoren der Publikation, die im Rahmen des bundesweiten Forschungsprojektes BETA-FOR unter der Leitung von JMU-Professor Jörg Müller die Untersuchungen durchführten. Auch Forschende aus Kanada, Japan und Taiwan waren an der Studie beteiligt, die jetzt in der Fachzeitschrift Journal of Animal Ecology veröffentlicht wurde.

18.500 Spinnen unter der Lupe

Für seine Studie hat das Forschungsteam elf Standorte in ganz Deutschland untersucht. Dabei diente der Würzburger Universitätswald als ein zentraler Pfeiler der Untersuchung, ergänzt durch Flächen in den Nationalparken Bayerischer Wald und Hunsrück-Hochwald, im Saarland und in der Nähe von Lübeck. In den untersuchten Waldbeständen hatten die Forschenden zuvor für deutliche Unterschiede gesorgt: Während die eine Hälfte des Waldes so einfältig dicht und dunkel bleiben durfte, wie sie ursprünglich war, schufen sie in der anderen Hälfte teilweise Lücken im Blätterdach und legten unterschiedliche Totholzstrukturen an.

Das zentrale Ergebnis: „Überraschenderweise stellte sich heraus, dass Spinnen, anders als viele andere Artengruppen in heimischen Wäldern, nicht von dieser Strukturvielfalt profitieren“, erklärt Jean-Léonard Stör, der die Bestimmung der Tiere im Rahmen seiner Masterarbeit durchführte. „Dort, wo gezielt Lücken geschlagen wurden und Totholz liegen blieb, sank die Zahl der Spinnenarten um durchschnittlich fünf Arten pro Untersuchungsfläche“, ergänzt Doktorandin Julia Rothacher.

Konkret bedeutet dies:

Individuen: 18.540 erwachsene Spinnen haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit 1404 Bodenfallen an den elf Standorten gesammelt.

Artenreichtum: 206 Arten wurden nachgewiesen, was etwa 20 Prozent der deutschen Spinnenfauna entspricht. Darunter waren auch regional seltene Arten wie der Heide-Sichelspringer (Evarcha laetabunda) im Bayerischen Wald.

Der Wald: ein ökologisches Hochhaus

Zwar führten die Maßnahmen des Würzburger Forschungsteams dazu, dass sich die Zusammensetzung der Spinnengemeinschaft zwischen den einzelnen Untersuchungsflächen deutlich unterschied. Dies reichte jedoch nicht aus, um die Verluste auf lokaler Ebene auszugleichen, was insgesamt zu einer geringeren Spinnenvielfalt auf Landschaftsebene führte. Das auf den ersten Blick überraschende Ergebnishinter diesen Effekten, lässt sich aber recht einfach erklären: „Ein geschlossener Wald mit intaktem Blätterdach gleicht einem ökologischen Hochhaus“, beschreibt Stör den Effekt. „Werden Lücken in den Wald geschlagen, profitieren zwar Arten wie die Veränderliche Krabbenspinne (Misumena vatia), die im Erdgeschoss auf lichte Strukturen angewiesen sind, das oberste Stockwerk dieses vielfältigen, dreidimensionalen Jagdreviers wird jedoch buchstäblich abgerissen.“

Gleiches zeigt sich den Daten der Forschenden: In die neuen Lichtungen wandern schnell mobile Wolfsspinnen ein. Dabei handelt es sich jedoch um häufige Generalisten. Die leidtragenden Verlierer sind sesshafte, teils hochspezialisierte Baum- und Stammbewohner wie die Gehörnte Kreuzspinne (Araneus angulatus) oder die Glänzende Sackspinne (Clubiona caerulescens). Sie werden durch den Filter der Waldöffnung lokal aussortiert und die gesamte Spinnengesellschaft verliert so an Variabilität.

Konsequenzen für den Wald der Zukunft

Die Ergebnisse der JMU-Forschenden zeigen, dass ein einseitiger Fokus auf die Maximierung von Waldlücken die Gemeinschaft der Achtbeiner deutlich verändern kann. Gleichzeitig zeichnen sich mitteleuropäische Wälder über weite Bereiche jedoch durch geschlossene Kronendächer aus, wodurch insbesondere licht- und lückenabhängige Arten vieler anderer Organismengruppen in heimischen Wäldern selten und gefährdet sind. Zusammengenommen bedeutet dies für den Naturschutz, dass es keine pauschalen Lösungen geben kann, sondern dass die unterschiedlichen Ansprüche aller Artengruppen gezielt berücksichtigt werden müssen, um die Artenvielfalt in Wäldern zu erhalten.

Universität Würzburg

Originalpublikation:

Jean-Léonard Stör, Julia Rothacher, Marc Cadotte, Anne Chao, Maike Huszarik, Michael Junginger, Lisa Köstler-Albert, Oliver Mitesser, Akira S. Mori, Clara Wild, Jörg Müller: Temperate forest heterogeneity decreases local and landscape-scale spider diversity through habitat filtering despite increasing species turnover, Journal of Animal Ecology, https://doi.org/10.1111/1365-2656.70297

Wie Hautzellen Stress erkennen: Aktivierungsort eines wichtigen Immunrezeptors entdeckt

Mon, 29 Jun 2026 11:47:36 +0200

Die Haut bildet die erste Schutzbarriere des Körpers gegen Krankheitserreger und Umwelteinflüsse. Damit sie auf Schäden oder Stress reagieren kann, verfügen ihre Zellen über spezialisierte Sensoren des angeborenen Immunsystems. Einer davon ist das Protein NLRP10, das die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Thomas Kufer am Fachgebiet Immunologie der Universität Hohenheim seit mehr als zehn Jahren untersucht. Bereits frühere Arbeiten der Forschenden hatten gezeigt, dass NLRP10 in Keratinozyten – den wichtigsten Zellen der Oberhaut – als Stresssensor fungiert und Immunreaktionen auslösen kann. Bislang war jedoch unklar, wie und an welchem Ort in der Zelle dieser Rezeptor aktiviert wird.

Fetttröpfchen übernehmen Aufgaben bei der Immunabwehr

Die nun veröffentlichte Studie liefert darauf eine Antwort. In Kooperation mit dem Team um den Strukturbiologen Prof. Dr. Matthias Geyer von der Universität Bonn gelang es den Hohenheimer Forschenden nachzuweisen, dass sich NLRP10 bei Zellstress an sogenannten Lipid Droplets ansammelt. Diese Fetttröpfchen dienen nicht nur als Energiespeicher, sondern übernehmen offenbar auch wichtige Aufgaben bei der Regulation von Immunprozessen.

„Wir konnten zeigen, dass NLRP10 gezielt an Lipid Droplets lokalisiert wird und dort größere Proteinkomplexe bildet – ein entscheidender Schritt für seine Aktivierung“, erklärt Erstautor Dr. Timo-Daniel Voß, Postdoc an der Universität Hohenheim. „Dieser Mechanismus wurde bislang für keinen anderen vergleichbaren Immunrezeptor beschrieben.“

Für die Studie kombinierten die Forschenden verschiedene zell- und molekularbiologische Methoden. In menschlichen Epithelzellen und Keratinozyten lösten sie gezielt Zellstress aus und verfolgten mithilfe fluoreszenzmarkierter Proteinvarianten sowie mikroskopischer Verfahren, wie sich NLRP10 innerhalb der Zelle verändert. Durch gezielte Veränderungen einzelner Proteinabschnitte und den Vergleich unterschiedlicher NLRP10-Varianten konnten sie nachweisen, dass ein evolutionär konservierter Bereich am Ende des Proteins die Anlagerung an Lipidtröpfchen und die Bildung größerer Proteinkomplexe steuert – ein zentraler Schritt bei der Aktivierung des Rezeptors.

Neue Ansätze für die Erforschung von Hauterkrankungen

Die Ergebnisse liefern wichtige Hinweise darauf, wie Immunreaktionen in der Haut reguliert werden. NLRP10 wird seit Längerem mit entzündlichen Hauterkrankungen wie der atopischen Dermatitis in Verbindung gebracht. „Durch die Identifizierung des Aktivierungsortes verstehen wir nun deutlich besser, wie NLRP10 funktioniert“, sagt der Immunologe Prof. Dr. Kufer. „Die Erkenntnisse eröffnen neue Möglichkeiten, gezielt nach den Signalen zu suchen, die diesen Rezeptor aktivieren. Langfristig könnte dies dazu beitragen neue therapeutische Ansätze für entzündliche Hauterkrankungen zu entwickeln.“

Die Studie unterstreicht zugleich die wachsende Bedeutung von Lipid Droplets in der Immunforschung. Lange Zeit galten sie vor allem als zelluläre Fettspeicher. Zunehmend zeigt sich jedoch, dass sie eine wichtige Rolle bei der Steuerung von Immun- und Entzündungsprozessen spielen.

Universität Hohenheim

Originalpublikation:

Voß C. et al. (2026): C-terminal lysine residues localise NLRP10 at lipid compartments and govern NLRP10 oligomer formation. EMBO Reports. doi: https://doi.org/10.1038/s44319-026-00839-9

Pflanzenvielfalt in Europa: Warum mehr Pflanzenarten kein Grund zur Entwarnung sind

Mon, 29 Jun 2026 10:50:40 +0200

Die neue Studie unter Leitung der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) setzt an einer typischen, scheinbar widersprüchlichen Beobachtung der Biodiversitätsforschung an: „Dass sich die Artenvielfalt global gesehen verändert und dass Arten verdrängt werden oder aussterben, ist bekannt. Wenn man jedoch auf lokaler Ebene schaut, ist dieser Wandel oft nicht so einfach ersichtlich oder die Artenzahl nimmt sogar zunächst zu“, sagt der Ökologe Dr. Stephan Kambach von der MLU. Er leitete die Studie gemeinsam mit Dr. Ute Jandt und Prof. Dr. Helge Bruelheide.

Gemeinsam mit Forschenden aus insgesamt 21 Ländern erstellten die drei erstmals eine europaweite Analyse darüber, wie sich die lokale Pflanzenvielfalt in den vergangenen 100 Jahren im Detail verändert hat. Dafür nutzte das Team mehr als 57.000 sogenannte Vegetations-Zeitreihen, also systematische, über einen längeren Zeitraum wiederholte Erfassungen von Pflanzengemeinschaften am jeweils selben Ort. Zudem wurden die Daten nach Lebensraum und dessen Veränderung im Laufe der Zeit gegliedert; je nachdem, ob ein Habitat stabil geblieben ist, sich auf natürliche Weise verändert hat oder durch menschliche Eingriffe gestört worden ist. „Unsere Analyse ist die bisher größte Studie zur Veränderung der lokalen Pflanzengemeinschaften Europas. Neben den generellen Trends in verschiedenen Aspekten der Pflanzenvielfalt können wir erstmals detaillierte Einsichten zu einem Großteil aller europäischen Lebensraumtypen geben“, sagt Helge Bruelheide.

Im Durchschnitt stieg die Artenzahl auf europäischen Flächen im vergangenen Jahrhundert um 0,2 Prozent pro Jahr. Allerdings gab es je nach Lebensraum große Unterschiede. Die stärksten Veränderungen zeigten sich in Feuchtgebieten und Mooren, und zwar vor allem dort, wo diese Lebensräume gestört oder von Gehölzen überwachsen wurden. In Grünländern waren die Veränderungen dagegen deutlich geringer. „Wir sehen, dass auf kleinen Flächen tatsächlich mehr Pflanzenarten gezählt werden als früher. Aber wenn man genauer hinschaut, sind das vor allem Generalisten und gebietsfremde Arten. Dieser Zuwachs ist daher kein Zeichen für einen intakten Lebensraum, sondern oft das Gegenteil“, sagt Kambach. Vielmehr könnten heimische spezialisierte und seltene Pflanzen von anpassungsfähigen Generalisten langfristig verdrängt werden. Dazu passt ein weiterer Befund: Die Gesamtzahl aller Arten, die man auf allen Flächen eines Lebensraumtyps in Europa gefunden hat, ist trotz der Einwanderung neuer Arten nicht gewachsen. „Artenverdrängung und Aussterben sind langsame Prozesse, die sich nur über sehr lange Zeiträume beobachten und nachweisen lassen“, sagt Kambach weiter. Wenn sich die von den Forschenden beobachteten Trends langfristig fortsetzen, könnte die Artenzahl auch in Gebieten mit heute noch stabilen Zahlen abnehmen.

„Unsere Studie wäre ohne die jahrzehntelangen Erhebungen von Botanikern aus ganz Europa nicht möglich gewesen. Sie zeigt auch, welchen Wert ein kontinuierliches, europaweites Monitoring lokaler Pflanzengemeinschaften hat“, sagt Ute Jandt. Sie koordiniert an der MLU das europaweite Projekt „MOTIVATE“, das im Rahmen der Biodiversa+-Partnerschaft von der Europäischen Kommission und mehreren nationalen Forschungsförderorganisationen finanziert wird. Beteiligt sind Partner aus Rostock, Oulu (Finnland), Brünn (Tschechien), Wien (Österreich), Oviedo (Spanien) sowie Bologna und Rom (Italien).

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Originalpublikation:

Kambach S. et al. Habitat-specific trends in taxonomic, functional, and phylogenetic diversity in European plant communities over a century. Nature Communications (2026). doi: 10.1038/s41467-026-72112-5, https://doi.org/10.1038/s41467-026-72112-5

Neues WBGU-Teilgutachten: "Umwelt prägt Sicherheit"

Mon, 29 Jun 2026 10:32:27 +0200

Globale Umweltveränderungen wie der Klimawandel, der Verlust der Biodiversität und die zunehmende weltweite Verschmutzung sind zentrale Sicherheitsrisiken, sie gefährden Menschen, gesellschaftliche Stabilität, wirtschaftliche Leistungskraft und die Handlungsfähigkeit von Staaten. Es ist daher dringend geboten, sie in nationalen wie internationalen Sicherheitsstrategien vorrangig zu berücksichtigen.

In seinem aktuellen Teilgutachten „Umwelt prägt Sicherheit“ zeigt der WBGU, dass Umweltschutz der menschlichen Daseinsfürsorge dient und somit einen unverzichtbaren Bestandteil vorausschauender, fachübergreifender Sicherheitspolitik darstellt. Der Beirat empfiehlt, die umweltbedingten Bedrohungen dauerhaft in die Arbeit des Nationalen Sicherheitsrats zu einzubeziehen und sie neben klassischen militärischen und wirtschaftlichen Sicherheitsbedingungen systematisch in Risikoanalysen zu integrieren. „Sicherheit beginnt mit dem Schutz unserer natürlichen Lebensgrundlagen. Wer Klimarisiken, Biodiversitätsverlust und Umweltverschmutzung ignoriert, unterschätzt die sicherheitspolitischen Herausforderungen unserer Zeit“, betont der WBGU.

Drei Handlungsfelder beleuchtet das Teilgutachten dabei näher:

1. Stabilisierung des Klimas als Sicherheitsfaktor
Den Klimawandel zu stoppen und die globale Temperatur langfristig durch Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre wieder zu senken, sind aus Sicht des WBGU zentrale Bausteine einer integrierten Sicherheitsarchitektur. „Wichtigste Voraussetzung dafür ist, die Verbrennung fossiler Energieträger wie Kohle, Öl und Erdgas so schnell und vollständig wie möglich zu beenden“, sagt Hans-Otto Pörtner, Klimaexperte am Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven und Co-Autor des Teilgutachtens. Die Energiesysteme weltweit auf erneuerbare Quellen wie Sonne oder Wind umzustellen, könne Versorgungssicherheit und Resilienz steigern und zugleich geostrategische Handlungsspielräume erweitern.

2. Stärkung der natürlichen Infrastruktur als Beitrag zum Bevölkerungsschutz
Der WBGU definiert natürliche Infrastruktur als Ökosysteme, die zum Bevölkerungsschutz beitragen, etwa indem sie Hitze dämpfen, die Luft reinigen oder Klimaveränderungen entgegenwirken. Um der sicherheitsstrategischen Bedeutung dieser Flächen gerecht zu werden, wären nach Einschätzung des Beirats eine Reihe von Maßnahmen sinnvoll. Beispielsweise sollte die natürliche Infrastruktur gesetzlich priorisiert und ihr Schutz weiterhin ambitioniert finanziell unterstützt werden, nicht nur in Deutschland, sondern auch im Rahmen internationaler Kooperationsmodelle wie dem Green Climate Fund. Darüber hinaus gilt es, übergreifende Frühwarnsysteme weiterzuentwickeln, die verhindern, dass schleichende Umweltbedrohungen die Ökosystemleistungen einschränken. Zur Risikominderung ist es zudem notwendig, die Bevölkerung für die Sicherheitsrelevanz der natürlichen Infrastruktur zu sensibilisieren. Dabei könnte es hilfreich sein, Anreize für die Übernahme eines Ehrenamts im Bereich des Bevölkerungsschutzes oder zur Teilnahme an Citizen-Science-Projekten zu schaffen. „Das stärkt unsere eigene Resilienz und die unserer Gesellschaft“, sagt Claudia Traidl-Hoffmann, Professorin und Chefärztin für Umweltmedizin an der Universität Augsburg und Co-Autorin des Teilgutachtens. „Im Patientengespräch vermittele ich jeden Tag: Ein gesundes, sicheres Leben ist nur mit intakten Ökosystemen möglich.“

3. Internationale Umweltkooperation als friedensfördernde Maßnahme
Ökosystemschutz und das gemeinsame Management natürlicher Ressourcen können zu Verständigung und Frieden beitragen, indem sie das Vertrauen zwischen Regierungen oder einzelnen gesellschaftlichen Gruppen steigern. Entsprechende Ansätze sollten deshalb in der Entwicklungszusammenarbeit und im Peacebuilding systematisch ausgebaut werden. Der WBGU spricht sich für einen kooperativen, inklusiven Ökosystemschutz unter der Leitung örtlicher Akteure aus, möglichst unter Einbezug lokalen und indigenen Wissens. Die Projekte sollten so gestaltet werden, dass sie sowohl den Erhalt der natürlichen Lebensgrundlagen als auch eine nachhaltige Nutzung von Ressourcen und Flächen erlauben. „Andernfalls kann das leicht zu neuen sozialen Spannungen und Konflikten führen“, erläutert Aletta Bonn, Leiterin des Departments Biodiversität und Mensch am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung Leipzig, Professorin an der Universität Jena im Rahmen des iDiv und Co-Autorin des Teilgutachtens. Um gleichzeitig die zwischenstaatliche oder lokale Kooperation und die gesellschaftliche Verantwortung junger Menschen zu stärken, empfiehlt der WBGU, das ökologische und soziale Jahr als gleichwertig gegenüber dem Wehrdienst anzuerkennen. „Sicherheitswirksamer Umweltschutz braucht ein breites zivilgesellschaftliches Engagement“, so Bonn.

Ausblick:
Das Teilgutachten „Umwelt prägt Sicherheit“ ist das erste Kapitel des Hauptgutachtens „Sicherheit – nachhaltig und integriert“, an dem der WBGU derzeit arbeitet. Angesichts der dynamischen sicherheitspolitischen Debatten hat sich der Beirat entschlossen, einzelne Kapitel vorab zu veröffentlichen. Eine erste Lagebeurteilung, die einen Überblick über das Gesamtkonzept des Hauptgutachtens gibt, ist bereits im März dieses Jahres erschienen, in den kommenden Monaten werden weitere Teilgutachten folgen.

Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU)

Das vollständige WBGU-Teilgutachten „Umwelt prägt Sicherheit“ finden Sie unter: www.wbgu.de/de/publikationen/publikation/umwelt-praegt-sicherheit

Neue Einblicke in die Abwehrkräfte des Immunsystems

Mon, 29 Jun 2026 10:26:45 +0200

Neutrophile gehören zu den wichtigsten und häufigsten Abwehrzellen des Körpers. Sie sind oft als Erste am Ort einer Infektion und können Krankheitserreger auf besondere Weise bekämpfen: Bei der sogenannten NETose setzen sie feine, klebrige Netze aus DNA frei. Diese neutrophilen extrazellulären Fallen, kurz NETs, können Bakterien und andere Eindringlinge einfangen und unschädlich machen. Problematisch wird dieser Mechanismus, wenn das Immunsystem übersteuert und er außer Kontrolle gerät. Dann können NETs auch gesundes Gewebe schädigen, Entzündungen verstärken und die Aktivierung von Blutplättchen (Thrombozyten) auslösen. Eine überschießende NET-Bildung wird unter anderem mit Autoimmunerkrankungen, schweren Infektionen und auch Herz-Kreislauf-Erkrankungen in Verbindung gebracht.

Fettmoleküle steuern mehr als bisher bekannt

Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Oliver Borst vom Universitätsklinikum Tübingen und Prof. Dr. Robert Ahrends von der Universität Wien hat nun erstmals eine umfassende quantitative Karte der Fettmoleküle in menschlichen Neutrophilen erstellt. Diese Gesamtheit der Fettmoleküle wird als Lipidom bezeichnet. Die Forschenden identifizierten mehr als 1.000 unterschiedliche Lipidarten und verfolgten, wie sie sich während der NETose verändern. Dabei zeigte sich: Die Bildung der Abwehrnetze geht mit deutlichen Umbauprozessen in wichtigen Fettklassen einher, die für die Eigenschaften neutrophiler Zellmembranen und die Signalwege der NETose bedeutsam sind.

Möglicher Ansatzpunkt für neue Therapien

Besonders wichtig waren Enzymnetzwerke, die bestimmte Membranlipide verarbeiten. Wurden diese Netzwerke blockiert, war die Bildung der NETs stark eingeschränkt. Gleichzeitig konnten die Forschenden die NET-Bildung durch die Zugabe eines Signallipids, Diacylglycerol, wieder anstoßen. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Umgestaltung von Fettmolekülen nicht nur eine Begleiterscheinung der NETose ist. Sie ist vielmehr ein zentraler Bestandteil dieses für viele Erkrankungen bedeutenden zellulären Mechanismus“, sagt Prof. Dr. Oliver Borst vom Universitätsklinikum Tübingen. „Diese Ergebnisse eröffnen faszinierende neue Möglichkeiten, zelluläre Wechselwirkungen bei entzündlichen Herz- und Gefäßerkrankungen besser zu verstehen und diese so künftig gezielter behandeln zu können.“

Entzündungen bremsen, Abwehr erhalten

Die Studie liefert damit einen neuen Blick auf die Frage, wie Immunzellen ihre Abwehrreaktion und Kommunikation mit anderen Zellen steuern. Langfristig könnten die Erkenntnisse dazu beitragen, Therapien zu entwickeln, die schädliche NET-Bildung reduzieren, ohne die wichtige Schutzfunktion des Immunsystems vollständig auszuschalten. „Mit der umfassenden Lipidkarte menschlicher Neutrophiler schaffen wir eine Grundlage, um diese Zellen und ihre Reaktionen deutlich genauer zu untersuchen und zu beeinflussen“, sagt Prof. Dr. Robert Ahrends von der Universität Wien. „Gerade bei Erkrankungen, bei denen NETs eine schädliche Rolle spielen, könnten Lipid-Signalwege künftig ein vielversprechender therapeutischer Ansatz sein.“

Universitätsklinikum Tübingen

Originalpublikation:

Patrick Münzer et al.: Dynamic neutrophil lipidome remodeling during induction of NETosis.Sci. Adv.12,eaec9891(2026).DOI:10.1126/sciadv.aec9891

Genetischer Defekt beeinflusst Wirkung von Krebsmedikamenten bei Leukämie

Mon, 29 Jun 2026 10:13:25 +0200

Das Philadelphia-Chromosom ist eine der am ausführlichsten untersuchten genetischen Veränderungen, deren molekulare Effekte aber oft noch unklar sind. Es entsteht durch einen Fehlkontakt im Erbgut: Zwei Chromosomen tauschen fälschlicherweise Stücke untereinander aus und verschmelzen zu einem neuen, fehlerhaften Gen. Die Studie der Forschenden der Universität und Universitätsmedizin Greifswald hierzu ergab zwei wesentliche Erkenntnisse. Zum einen sind in Zellen mit Philadelphia-Chromosom zwei bestimmte Eiweiße reduziert, die eigentlich Tumore verhindern sollen. Dadurch wird das Zellwachstum der betroffenen Krebszellen beschleunigt. Diese negative Wirkung geht jedoch mit einer überraschenden positiven Folge einher. „Gleichzeitig sorgt das Philadelphia-Chromosom dafür, dass Teile des molekularen ‚Schutzschildes‘ der Krebszellen ausgeschaltet werden“, sagt Dr. Mohammed Faruq Hossain, Erstautor der Studie und Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Interfakultären Institut für Genetik und Funktionelle Genomforschung. „Ein möglicher betroffener Bestandteil dieses molekularen ‚Schutzschildes‘ ist das Eiweiß namens CYP51A1, das in Anwesenheit des Philadelphia-Chromosoms heruntergefahren wird. Dadurch sind die Zellen empfänglicher für die Wirkung von Krebsmedikamenten.“ Zu diesen Medikamenten gehören beispielsweise TKI (Tyrosinkinase-Inhibitoren). Dieser hemmende Wirkstoff wird in Form von Tabletten eingenommen und greift gezielt vor allem Krebszellen an.

Um diese komplexen Mechanismen im Labor überhaupt erst untersuchen zu können, griff das Greifswalder Forschungsteam zu einem modernen Werkzeug der Molekularbiologie. Mithilfe der CRISPR/Cas9-Technologie – im Volksmund auch als Gen-Schere bekannt – bauten die Wissenschaftler den Gendefekt in menschlichen Labor-Zellen künstlich nach. Dazu trennten sie die DNA exakt an den Stellen auf, an denen die beiden Gene liegen – eines auf Chromosom 9 und eines auf Chromosom 22. Durch diesen doppelten Schnitt wurde der zelleigene Reparaturmechanismus überlistet: Die Zelle fügte die losen Enden fälschlicherweise zusammen, wodurch die Gene dauerhaft zum fehlerhaften Krebsgen verschmolzen.

Für die individualisierte Krebstherapie ist die Entdeckung, dass die beobachteten Effekte direkt auf das Philadelphia-Chromosom zurückgeführt werden können, ein wichtiger Fortschritt. „Verschiedene Unterarten von Blutkrebs können mit zielgerichteten Therapien behandelt werden“, erklärt Prof. Andreas Kuß, Gruppenleiter am Interfakultären Institut für Genetik und Funktionelle Genomforschung und Letztautor der Studie. „Unsere Daten können dazu beitragen, den Weg für personalisierte diagnostische und therapeutische Ansätze weiter zu ebnen.“
„Diese Arbeit stellt einen wichtigen Baustein in der Grundlagenforschung zur Krebsbekämpfung dar“, sagt Prof. Karlhans Endlich, Wissenschaftlicher Vorstand an der Unimedizin Greifswald. „Natürlich benötigt die Übertragung solcher Erkenntnisse in die klinische Anwendung Zeit, aber die ersten Schritte sind getan.“

Universität Greifswald

Originalpublikation:

Hossain, M.F., Hagenau, L., Jensen, L.R. et al. Molecular background of Philadelphia chromosome dependent enhancement of cellular growth and tyrosine kinase inhibitor sensitivity. Exp Hematol Oncol 15, 26 (2026). doi.org/10.1186/s40164-026-00758-4

Das Winterklima zur Vorhersage von Sommerdürre? Wie die NOA die Wasserverfügbarkeit in Mitteleuropa beeinflusst

Fri, 26 Jun 2026 12:36:11 +0200

Die Nordatlantische Oszillation beschreibt die Luftdruckschwankungen zwischen dem Islandtief und dem Azorenhoch über dem Nordatlantik. In ihrer positiven Phase kommt es zu stärkeren Westwinden, welche milde und feuchte Luft nach Europa transportieren. Wie die neue Studie zeigt, geht eine positive Winterphase der Nordatlantischen Oszillation, die immer häufiger auftritt, mit milden, feuchten Wintern in Mitteleuropa einher. Im darauffolgenden Sommer führt sie jedoch zu Dürrebedingungen mit Defiziten bei der Bodenfeuchte, dem Oberflächenabfluss und dem Grundwasserspiegel, die bis zu zehn Monate andauern können.

Räumlich und zeitlich verzögerte Reaktion:

„Wir konnten somit das ‚Gedächtnis‘ vergangener atmosphärischer und ozeanischer Bedingungen mit der Schwere nachfolgender Sommerdürren in Mitteleuropa in Verbindung bringen. Dieser Zusammenhang überbrückt große räumliche Skalen und verschiedene Jahreszeiten und hat erhebliche lokale Auswirkungen“, sagt Professorin Dörthe Tetzlaff, Abteilungsleiterin am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und leitende Autorin der Studie.

Die Forscher*innen führen diesen Zusammenhang auf komplexe Wechselwirkungen während einer positiven Phase des winterlichen Nordatlantischen Oszillation zurück und beschreiben zwei sich ergänzende Wirkmechanismen. Einmal direkte meteorologische Effekte und zum anderen indirekte Effekte in der Landschaft. Der verstärkte Transport von Wärme und Feuchtigkeit im Atlantik in Richtung des Nordpols begünstigt Anomalien des arktischen Meereises sowie schwankende Niederschläge im Frühjahr über Mitteleuropa. Die wärmeren Bedingungen im Winter und im Frühjahr setzen ein früheres und stärkeres Pflanzenwachstum in Gang und erhöhen so den saisonalen Wasserverbrauch. Dadurch nimmt die Bodenfeuchte bereits im Frühjahr ab und die Landschaft wird anfälliger für weniger Niederschlag im Sommer. „Diese Zusammenhänge liefern eine wissenschaftlich plausible Erklärung für die auftretende Sommerdürre“, sagt Dr. Cong Jiang, Hauptautor der Studie.

Die Erkenntnisse der Studie können helfen, die Vorhersage von Sommerdürren zu verbessern und die Resilienzplanung für Landnutzung und Gewässerschutz in den dürreempfindlichen Tieflandgebieten Europas zu stärken.

Das von Dörthe Tetzlaff geleitete Forschungsteam entwickelte einen innovativen Ansatz, um großräumige Klimaschwankungen mit lokalen Auswirkungen auf die Wasserverfügbarkeit, die Landbewirtschaftung und die Reaktionen aquatischer Ökosysteme in den Tieflandgebieten Nordostdeutschlands in Verbindung zu bringen.

Das etwa 66 Quadratkilometer große Einzugsgebiet des Demnitzer Mühlenfließ in Brandenburg dient dem IGB als einzigartiges Freilandlabor und ist repräsentativ für andere Einzugsgebiete im Nordosten Deutschlands. Nur wenige andere Tiefland-Einzugsgebiete verfügen über derart detaillierte Beobachtungen der Wasserbewegung und -speicherung im gesamten hydrologischen System. Die Überwachung umfasst meteorologische Daten, Bodenfeuchte, Abfluss, Grundwasser, Vegetationsdynamik und stabile Wasserisotope.

„Stabile Wasserisotope liefern einen natürlichen ‚Fingerabdruck‘, der Forschenden hilft, die Quellen, die Bewegung und die Verweildauer von Wasser innerhalb der Landschaft nachzuverfolgen“, sagt Prof. Chris Soulsby, Mitautor der Studie und Professor an der University of Aberdeen in Schottland. In ihrer Studie nutzten die Forscher*innen detaillierte Beobachtungen der Bodenfeuchte und stabiler Wasserisotope, um ein prozessbasiertes, isotopengestütztes ökohydrologisches Modell zu kalibrieren, und kombinierten dieses mit Telekonnektionsdiagnostik, großräumigen Klimareanalyse-Datensätzen und Dürreindizes.

Dieser integrierte Ansatz ermöglichte es den Forscher*innen, die Variabilität der winterlichen atmosphärischen Zirkulation auf kontinentaler Ebene mit der lokalen Ausbreitung von Dürren durch das Boden-Pflanze-Atmosphäre-Kontinuum (SPAC) in einem repräsentativen Tiefland-Einzugsgebiet im Norden zu verknüpfen.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei

Originalpublikation:

Jiang, C., Soulsby, C., Laudon, H. et al. A positive phase of the winter North Atlantic oscillation is associated with drought in Central Europe the following summer. Commun Earth Environ 7, 538 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03729-z

Wie wir Farben sehen

Fri, 26 Jun 2026 11:13:07 +0200

Rund sechs Millionen Zapfen enthält ein menschliches Auge. Sie kommen vor allem im zentralen Bereich der Netzhaut, der Fovea, vor und sind neben dem Farbsehen auch für das räumliche und das scharfe Sehen bei Tageslicht verantwortlich. Bei Dämmerlicht oder Dunkelheit übernehmen die weiter außen liegenden Stäbchen, die aber nur Schwarz-Weiß-Sehen ermöglichen. Ihr Photopigment ist das Rhodopsin, dessen Struktur schon seit 25 Jahren bekannt ist.

Warum die Struktur von Farb-Opsinen so lange verborgen blieb

Die Zapfen und ihre entsprechenden Opsine sind viel seltener als das Rhodopsin und schwierig zu isolieren. „Man musste erst lernen, genügend Farb-Opsine in Zellkulturen herzustellen, in den aktiven Zustand zu bringen, anschließend zu isolieren und dann mit dem Elektronenmikroskop zu untersuchen“, erklärt Dr. Patrick Scheerer, der 2008 als Doktorand am Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Charité wesentlich dazu beitrug, die Struktur des Rhodopsins im aktiven Zustand aufzuklären. „Das war ein aufwändiger Prozess, und deshalb hat es so lange gedauert, bis wir nun endlich auch die Farb-Opsine strukturell beschreiben konnten.“ Patrick Scheerer leitet nun die Arbeitsgruppe Strukturbiologie der zellulären Signalübertragung am selben Institut und ist einer der beiden leitenden Autoren der aktuellen Publikation.

Alle drei Farb-Opsine enthalten, ebenso wie das Rhodopsin der Stäbchen, als lichtempfindlichen Bestandteil das Vitamin-A-Derivat Retinal. Es ist jeweils fest an das Opsin-Protein gebunden. Wird es durch Licht getroffen, klappt es gewissermaßen an einer bestimmten Stelle um: Das eher gewinkelte 11-cis-Retinal wird zum gestreckten all-trans-Retinal, verändert dadurch auch die Form des Opsins selbst und versetzt es in den aktiven Zustand. Das aktivierte Opsin löst eine biochemische Signalkette aus, die über Nervenreize vom Auge zum Gehirn weitergeleitet und verarbeitet wird – und schließlich zur Farbwahrnehmung führt.

Kryo-Elektronenmikroskopie ermöglicht detaillierten Blick

„In diesem gemeinsamen Projekt wurden die drei Farb-Opsine aus Zellkulturen isoliert und im aktiven Zustand, also an das all-trans-Retinal gekoppelt, schnell auf ultratiefe Temperaturen heruntergekühlt, damit ihre Strukturen im aktiven Zustand bleiben“, erklärt Patrick Scheerer das aufwändige Vorgehen. Mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie ließen sich hochaufgelöste zweidimensionale Aufnahmen im Ångström-Bereich (unter einem Nanometer) erstellen und so einzelne Aminosäuren erkennen.

Aus diesen Aufnahmen konnten die Forschenden die detaillierte dreidimensionale Struktur der Opsine rekonstruieren. „Dabei hat sich gezeigt, dass das Opsin, das auf blaues Licht – also kurze Lichtwellen – reagiert, eher dem Rhodopsin der Stäbchen ähnelt“, berichtet Patrick Scheerer. „Die Opsine für grünes beziehungsweise rotes Licht, also mittel- beziehungsweise langwellige Reize, unterscheiden sich davon deutlich. Insbesondere die Aminosäure-Umgebung des jeweiligen Opsins um das Retinal herum variiert. Das erklärt, warum sie unterschiedlich empfindlich auf die Lichtwellenlängen reagieren.“ So regt farbiges Licht die verschiedenen Zapfen unterschiedlich stark an und ruft in der Kombination und der komplexen Weiterverarbeitung das Farbempfinden im Gehirn hervor.

Wichtige Proteinfamilie für die Medizin

Alle humanen Opsine gehören zur Proteinfamilie der sogenannten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR). GPCR vermitteln die Wirkung zahlreicher Hormone und Neurotransmitter und sind an einer Vielzahl wichtiger Vorgänge beteiligt, darunter Entzündungsreaktionen, Appetitregulation und Wachstum. Darüber hinaus spielen sie eine zentrale Rolle bei Sinneswahrnehmungen wie Geruchs-, Geschmacks- und eben Lichtreizen. Der allererste GPCR, dessen Struktur aufgeklärt werden konnte, war tatsächlich das Rhodopsin. Hier ist Licht der Reiz, der das Retinal verändert und so den GPCR aktiviert. Längst spielen die über 800 verschiedenen GPCR eine zentrale Rolle sowohl in der medizinischen Anwendung als auch in der Entwicklung neuer Medikamente.

„Unsere Arbeit ist daher nicht nur wissenschaftlich interessant“, sagt Patrick Scheerer. „Es gibt zahlreiche Mutationen in den Opsin-Genen, die mit verschiedenen Augenkrankheiten oder Sehstörungen einhergehen. Wenn wir die Struktur der Opsine nun besser kennen, können wir die Mutationen präziser einordnen und ihre Auswirkungen besser verstehen.“

Auch für Schlaf-Wach-Rhythmus wichtig

Als nächstes Projekt hat sich das Team um Patrick Scheerer das Melanopsin vorgenommen, das ebenfalls in lichtempfindlichen Zellen in der Netzhaut sitzt. Diese leiten ihre Signale an die Epiphyse und den Hypothalamus weiter und spielen damit eine wichtige Rolle für den Schlaf-Wach-Rhythmus. Darüber hinaus gibt es noch einige weitere Opsin-Gene, vermutlich für Opsine, die nichts mit dem Sehen zu tun haben. „Unser Ziel ist es zu verstehen, wodurch sich die einzelnen Opsine strukturell und funktionell unterscheiden“, sagt Patrick Scheerer.

Charité – Universitätsmedizin Berlin

Originalpublikation:

Peng Q et al. Cryogenic electron microscopy structures of human cone visual pigments. Science 2026 Jun 25. doi: 10.1126/science.adz8141, https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz8141

Neue Einblicke in das menschliche Sehen

Fri, 26 Jun 2026 10:31:11 +0200

Sie lassen uns die Welt in Tausenden von Farben sehen: rote Erdbeeren, grüne Blätter, den blauen Himmel. Zudem können wir dank ihnen alle Objekte um uns herum scharf erkennen. Und sie ermöglichen uns, schnelle Bewegungen wahrzunehmen – etwa die Fahrt eines Zuges oder der Flug einer Libelle. Die Rede ist von Zapfenopsinen – winzigen, lichtempfindlichen Rezeptorproteinen in unserer Netzhaut. Doch diese Alleskönner des Tageslichtsehens sind häufig auch an Netzhauterkrankungen beteiligt. Eine Beeinträchtigung der Funktion der Zapfenrezeptoren, verursacht durch genetische Mutationen oder andere degenerative Prozesse, kann zu Erkrankungen wie Farbblindheit und altersbedingter Makuladegeneration (AMD) führen – einer Krankheit, die die zentrale Netzhaut betrifft und einen fortschreitenden Sehverlust verursacht.

In einer neuen Studie ist es Polina Isaikina und Sarah L. Schmidt, zwei Forscherinnen vom Zentrum für Life Sciences am PSI, gelungen, erstmals die dreidimensionale Struktur menschlicher Zapfenopsine im Dunkelzustand zu bestimmen und zu zeigen, wie ihre molekulare Architektur ihre schnelle Aktivierung durch Licht ermöglicht. Dies liefert wichtige neue Einblicke in das menschliche Sehen und seine Evolution und eröffnet neue Ansatzpunkte für die Erforschung bislang kaum behandelbarer Augenerkrankungen. Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Kolleginnen und Kollegen am PSI, der Extreme Light Infrastructure in Tschechien sowie der Universität Tokio in Japan durchgeführt und ist nun in der Fachzeitschrift Science erschienen.

Unruhige Gesellen

Zapfenopsine sind Fotorezeptorproteine, die in den Zapfenzellen vorkommen, welche dicht gepackt in der Fovea centralis liegen. Dieser Bereich der menschlichen Netzhaut ist für das scharfe Sehen verantwortlich. Wir Menschen haben sechs bis sieben Millionen Zapfen in jedem Auge. Ihre Rezeptorproteine werden durch Licht aktiviert und lösen eine Signalkaskade aus, die letztlich elektrische Signale erzeugt, die vom Gehirn verarbeitet werden. Da dieser Prozess extrem schnell abläuft, ermöglichen es uns die Zapfenopsine, bewegte Objekte mit den Augen zu verfolgen. Allerdings sind sie hauptsächlich bei Tageslicht aktiv, wenn die Lichtintensität hoch ist. Bei wenig Licht, in der Dämmerung und nachts, übernimmt ihr evolutionär jüngerer Verwandter, das Stäbchenopsin in den Stäbchenzellen, diese Aufgabe.

Das menschliche Farbsehen beruht auf drei Typen von Zapfenopsinen, die jeweils auf einen anderen Bereich des sichtbaren Spektrums reagieren. Die L-Zapfen sind am empfindlichsten für rotes Licht, die M-Zapfen für grünes und die S-Zapfen für blaues Licht. Obwohl es nur drei Zapfentypen gibt, sehen wir die Welt in weit mehr als nur drei Farben, da unser Farbempfinden aus dem Zusammenspiel ihrer überlappenden spektralen Empfindlichkeiten entsteht.

Die dreidimensionale Struktur der Zapfenopsine vor ihrer Aktivierung durch Licht sowie die Gründe für ihre aussergewöhnlich schnellen Reaktionen waren bislang nur schwer zu entschlüsseln. Diese Rezeptoren sind sehr dynamisch und können sich selbst im Dunkeln spontan aktivieren, was ihre Isolierung in einem einzelnen, klar definierten Zustand erheblich erschwert.
Um versehentliche Aktivierungen zu vermeiden, arbeiteten die Forschenden im Labor ausschliesslich unter sehr schwachem rotem Licht bei Wellenlängen, die für die Zapfenopsine kaum empfindlich sind. «Um die dreidimensionale Struktur dieser Rezeptoren im Dunkelzustand zu bestimmen und ihre schnelle Aktivierung zu verstehen, mussten wir grosse technische Hürden überwinden», sagt Polina Isaikina. «Dazu mussten wir mehrere fortgeschrittene Methoden kombinieren, darunter Kryo-Elektronenmikroskopie, ultraschnelle Laserspektroskopie, biochemische und zelluläre Tests sowie computergestützte Werkzeuge, mit deren Hilfe wir diese Rezeptoren gezielt optimieren und für detaillierte Untersuchungen stabilisieren konnten.»

Die Mühe hat sich gelohnt: Das Forschungsteam präsentiert nun erstmals die Strukturen menschlicher Zapfenopsine, speziell der blau- und grünempfindlichen Varianten in ihrem inaktiven Zustand im Dunkeln. Obwohl das rote Zapfenopsin nicht direkt untersucht wurde, deutet seine enge genetische Ähnlichkeit mit dem grünen darauf hin, dass ähnliche molekulare Prinzipien gelten dürften.

Manövrierraum für ein Molekül

Um zu verstehen, warum Zapfenopsine Lichtimpulse im Handumdrehen in elektrische Signale umwandeln können, lohnt sich ein Blick auf ihren strukturellen Aufbau. «Im Zentrum jedes Zapfenopsins befindet sich das sogenannte Retinal, ein lichtempfindliches Molekül, das aus Vitamin A gebildet wird.», erklärt Sarah L. Schmidt, Doktorandin und Erstautorin der Studie.

Wenn Licht auf das Auge trifft, überträgt es Energie auf das Retinal, wodurch dieses seine Form verändert. Das ist wiederum der Auslöser für die Aktivierung des Fotorezeptors und die Erzeugung eines elektrischen Signals ans Gehirn, wo die visuellen Informationen verarbeitet werden. «Unsere neuen strukturellen und funktionellen Daten deuten darauf hin, dass Zapfenopsine auf schnelle Signalübertragung ausgelegt sind», so Schmidt. Ihre molekulare Struktur umfasst ein Netzwerk von internen «Mikroschaltern», durch die sie sich mit ihrem intrazellulären Signalpartner, dem transduzierenden G-Protein, verbinden können. Da diese Wechselwirkung bereits im Ruhezustand stattfindet, kann die Signalübertragung extrem schnell ablaufen, sobald Licht absorbiert wird. Diese molekulare Bereitschaft erklärt, wie Zapfenopsine das Sehen bei Tageslicht ermöglichen.

Ein weiterer Faktor, der zur Geschwindigkeit der Zapfenopsine beiträgt, liegt in der Architektur der Retinal-Bindungsstelle. Im grünen Zapfenopsin beispielsweise ist diese Bindungstasche am Ein- und Austritt relativ offen. Dadurch kann das Retinal nach einem Lichtimpuls schnell ausgetauscht werden, sich also auf den nächsten Impuls vorbereiten. Dieser schnelle Austausch ermöglicht eine rasche Aktualisierung visueller Informationen im Gehirn.

Die PSI-Forschenden entdeckten jedoch noch etwas anderes: Die Retinal-Bindungstasche des blauempfindlichen Opsins ist kompakter und weist gewissermassen «geschlossene Türen» auf, die die Bewegung des Retinals wirksam einschränken. Daher ist ein Lichtreiz mit höherer Energie erforderlich, um eine Formänderung des Retinal-Liganden zu bewirken. Blaues Licht trägt von Natur aus mehr Energie als grünes oder rotes Licht und eignet sich daher besonders gut, um diesen Übergang auszulösen. Im Gegensatz dazu kann sich das Retinal im grünempfindlichen Opsin deutlich freier bewegen, sodass der Rezeptor bereits auf energieärmeres grünes Licht reagiert und sich sogar ohne Licht spontan aktivieren kann.

Zapfenopsine als therapeutische Ziele

Die Ergebnisse dieser Studie könnten helfen, Augenerkrankungen besser zu verstehen, bei denen Fotorezeptoren in den Zapfenzellen verloren gehen oder nicht richtig funktionieren. Weltweit sind Hunderte Millionen Menschen von verschiedenen Formen von Sehbeeinträchtigungen betroffen. Etwa fünf Prozent der Weltbevölkerung leiden beispielsweise an Farbsehstörungen, überwiegend Männer. Schwerere Formen der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) können zu einem Verlust des zentralen Sehens und in fortgeschrittenen Fällen zur Erblindung führen. «Unsere neuen Ergebnisse liefern detaillierte molekulare und strukturelle Einblicke in die Funktionsweise der Zapfenopsine», sagt Polina Isaikina. «Ein detailliertes strukturelles Verständnis dieser Mechanismen hilft uns zu erkennen, wo bei solchen Erkrankungen etwas schiefläuft und wo gezielte Therapien ansetzen könnten.»

Langfristig erhoffen sich die Forschenden, dass ihre Ergebnisse die Entwicklung von Medikamenten voranbringen, die gezielt an Zapfenopsinen ansetzen, um deren Funktion zu stabilisieren und den Sehverlust zu verlangsamen. Die neuen Erkenntnisse aus der Studie eröffnen zudem Möglichkeiten für die Entwicklung präziserer optogenetischer Behandlungen, bei denen lichtempfindliche Proteine so verändert werden, dass sie zelluläre Signalprozesse wiederherstellen oder modulieren.

Paul Scherrer Institut

Originalpublikation:

Sarah L. Schmidt et al.: Illuminating the molecular basis of human daylight vision.Science392,eadz3624(2026).DOI:10.1126/science.adz3624

Die Umgebung bestimmt, wie sich das Auge entwickelt

Fri, 26 Jun 2026 10:18:35 +0200

Neurowissenschaftler*innen des King’s College London und der Universität Konstanz haben die Tiere dafür in einer Virtual-Reality-Umgebung zunächst gezielt bestimmten Reizen ausgesetzt und sie anschließend untersucht und beobachtet. Die Studie zeigt, dass Zebrafische, die inmitten horizontaler Streifen aufwachsen, Neuronen entwickeln, die sich in ihrer Form und Reaktionsweise von denen der Artgenossen unterscheiden, die inmitten vertikaler Streifen aufgewachsen sind. Damit ändert sich auch das spätere Verhalten.

Zebrafische im VR-Raum

Streifen sind besonders auffällige visuelle Merkmale, die alle Tiere nutzen, um das, was sie sehen, einzuordnen. Zebrafische schwimmen am liebsten in Richtung vertikaler Streifen, beispielsweise senkrecht aus dem Boden wachsendem Tang. Der Grund hierfür ist bislang noch nicht final geklärt, eine Möglichkeit ist aber, dass sie auf diese Weise gezielt Orte aufsuchen, die ihnen Schutz bieten können. Ob dieses Verhalten angeboren ist oder von der früh wahrgenommenen Umgebung abhängt, haben die Forschenden untersucht, indem sie einen Verhaltens-Test in virtueller Realität (VR) entwickelt haben. Eingeteilt in zwei Gruppen, haben sie die Fische in ihren ersten fünf Lebenstagen mit einer Umgebung konfrontiert, die entweder nur von horizontalen Streifen geprägt war, oder nur von vertikalen. Anschließend wurde zunächst untersucht, ob sich die jeweilige Umgebung auf den Aufbau des Auges ausgewirkt hat.

Mithilfe eines Mikroskops, mit dem sie die Neuronen in der Netzhaut abbildeten, stellten die Forschenden fest, dass die beiden Fischgruppen unterschiedlich geformte Neuronen in ihrer Netzhaut aufwiesen. Auch die neuronale Aktivität, die von der Netzhaut des Auges ans Gehirn weitergeleitet wird, war an die Streifen angepasst, die der Fisch in den ersten Tagen nach seiner Geburt gesehen hatte.

„Bei der Geburt sind weder Augen noch Gehirn von Menschen und Fischen voll entwickelt. Viele Neuronen sind zwar bereits vorhanden, werden aber durch einen als Plastizität bezeichneten Prozess bis zum Erwachsenenalter weiter verfeinert“, kommentiert Robert Hindges, leitender Autor der Studie und Entwicklungsneurobiologe am King’s College London. „Wir waren sehr überrascht und fasziniert, in einem primären Sinnesorgan – der Netzhaut – solch ausgeprägte erfahrungsbedingte Plastizität zu entdecken.“

Die Art des Sehens beeinflusst das Verhalten

Im weiteren Verlauf der Studie mussten sich alle Fische in beiden VR-Streifenwelten zurechtfinden – sowohl horizontal als auch vertikal. „Wir wollten untersuchen, wie sich diese Veränderungen im Auge auf das tatsächliche Verhalten der Fische auswirken können“, erklärt Phoebe Reynolds, Erstautorin der Studie. „Zu diesem Zweck haben wir einen neuartigen Verhaltenstest in der virtuellen Realität entwickelt, bei dem die Fische eine Präferenz für Streifen bestimmter Ausrichtungen zeigen können. So konnten wir testen, ob ihre angeborene Präferenz durch das Umfeld, in dem sie aufgewachsen waren, beeinflusst wurde.“

Armin Bahl vom Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour der Universität Konstanz hat die Verhaltensexperimente in der Studie geleitet. Er erklärt: „Der Versuchsaufbau in der VR-Umgebung basiert auf unseren Beobachtungen der strukturellen und funktionellen Veränderungen in der Netzhaut. Ob sich diese Merkmale auch auf die Fähigkeit auswirken würden, Streifenmuster während der Orientierungsphase zu unterscheiden, war völlig unklar. Wir waren daher sehr überrascht, als sich zeigte, dass die Aufzuchtbedingungen der Tiere tatsächlich einen großen Einfluss auf das spätere Verhalten hatten. Normalerweise schwimmen die Fische vermehrt in Richtung der vertikalen Streifen. Die Tiere, die aber nur horizontale Streifen kannten, zeigten dieses Verhalten deutlich seltener. Eine klare Anpassung des Schwimmverhaltens an eine sich geänderte Umgebung.“

Der Aufbau des Auges macht den Unterschied

Das aus biologischer Sicht besonders Spannende daran ist die Tatsache, dass sich nicht nur das Verhalten der Tiere ändert, sondern auch der physische Aufbau des Auges. Diese Veränderungen zeigten sich in der Netzhaut, einer Struktur im hinteren Teil des Auges, die für die Lichtwahrnehmung und die grundlegende visuelle Verarbeitung zuständig ist. Mithilfe einer genetischen Manipulation gelang es den Forschenden, den Anteil der Netzhautplastizität bei diesem Verhalten zu isolieren. Ohne den Einfluss der Netzhautplastizität verhielten sich die Fische aus beiden Lebensräumen gleich, was zeigt, dass die Veränderungen in der Biologie des Auges ihr Verhalten bestimmen.

Die Forschungsergebnisse ergänzen eine wachsende Zahl von Belegen dafür, dass die Netzhaut das visuelle Bild vorverarbeitet, bevor sie es zur weiteren Verarbeitung ans Gehirn weiterleitet. Auch beim Menschen haben bereits verschiedene Studien gezeigt, dass diejenigen, die in unterschiedlichen visuellen Umgebungen aufwachsen, optische Täuschungen unterschiedlich wahrnehmen. Bislang war jedoch nicht bekannt, dass diese Veränderungen zumindest teilweise durch Veränderungen in der frühesten Phase der visuellen Verarbeitung – nämlich in der Netzhaut – bedingt sind. Die nun vorliegende Studie zu den Zebrafischen ist die erste Studie, die zeigt, dass diese Vorverarbeitung von der visuellen Umgebung abhängt, in der sich die Netzhaut und der Fisch entwickeln.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

P. Reynolds, D. Marchi, Y. T. Ling, K. Slangewal, M. Capelle, Z. Chalakova, A. Bahl, R. Hindges (2026): Early visual experience elicits cellular and functional plasticity in the retina and alters behaviour, Neuron, https://doi.org/10.1016/j.neuron.2026.05.001