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Genetische Faktoren veranlassen männliche Rotrückenspinnen zum „Salto“ bei der Paarung

Thu, 13 Aug 2026 10:46:45 +0200

Bei vielen Spinnenarten kann die Paarung für die Männchen tödlich enden. Denn während oder unmittelbar nach der Kopulation versuchen die Weibchen, ihre Partner zu fressen. Im Laufe der Evolution haben Männchen daher unterschiedliche Strategien entwickelt, um die Paarung zu überleben oder ihre Fortpflanzungschancen zu erhöhen.

Eine besonders ungewöhnliche Strategie zeigt die australische Rotrückenspinne (Latrodectus hasselti), die auch oft als „Schwarze Witwe“ bezeichnet wird. Während der Kopulation vollführt das Männchen einen Rückwärtssalto und bewegt dabei seinen Hinterleib gezielt in Richtung der Giftzähne des Weibchens. Gleichzeitig verengt sich sein Hinterleib während der Paarung stark und soll die Folgen des Bisses minimieren. Männchen, die die erste Begattung überleben und sich ein zweites Mal mit dem Weibchen paaren, können ihr Sperma in beide Samentaschen abgeben und so alle Eier des Weibchens befruchten.

Überraschenderweise fehlen diese männlichen Verhaltensweisen bei der mit der Rotrückenspinne eng verwandten neuseeländischen Spinnenart Latrodectus katipo. Diese Weibchen zeigen keinen sexuellen Kannibalismus. „Da sich die beiden Arten erst vor etwa 100.000 Jahren voneinander getrennt haben, bietet ihr unterschiedliches Paarungsverhalten eine Möglichkeit, die genetischen Grundlagen dieser Verhaltensmuster zu untersuchen“, sagt Kardelen Özgün Uludağ, Doktorandin am Fachbereich Biologie der Universität Hamburg und Erstautorin der Studie.

Kreuzungsexperimente geben Aufschluss über die Vererbung

Um herauszufinden, wie die unterschiedlichen Paarungsverhalten genetisch vererbt werden, kreuzten die Forschenden der Universität Hamburg zusammen mit Forschenden der Universitäten Trier und Rostock zunächst Weibchen von L. katipo mit Männchen von L. hasselti. Die daraus hervorgegangenen Hybrid-Weibchen wurden anschließend erneut mit Männchen einer der beiden Arten gekreuzt. So entstanden Männchen mit unterschiedlichen Kombinationen des Erbguts beider Arten.

Diese Hybrid-Männchen paarten die Forschenden anschließend mit L. katipo-Weibchen. Auf diese Weise konnten sie untersuchen, ob die Männchen den Salto sowie die Verengung des Hinterleibes zeigten.

„Fast die Hälfte der Männchen der dritten Generation vollführte ebenfalls Saltos, zeigte aber keine Verengung des Hinterleibs“, sagt Dr. Jutta Schneider, Professorin am Fachbereich Biologie und Co-Autorin der Studie. „Die Ergebnisse sprechen dafür, dass die beiden Merkmale genetisch weitgehend unabhängig voneinander vererbt werden. Die für die Verhaltensweisen verantwortlichen genetischen Faktoren könnten daher entweder auf unterschiedlichen Chromosomen liegen oder auf demselben Chromosom so weit voneinander entfernt sein, dass sie bei der Vererbung häufig voneinander getrennt werden.“

Die Studie zeigt damit, dass selbst komplex erscheinende Verhaltensweisen wie der Salto auf einer vergleichsweise einfachen genetischen Grundlage beruhen können. Welche konkreten Gene an der Ausprägung der Merkmale beteiligt sind und wie sich diese im Verlauf der Evolution entwickelt haben, untersuchen die Forschenden derzeit in weiteren Studien.

Universität Hamburg

Originalpublikation:

Kardelen Özgün Uludağ, Vladislav Ivanov, Henrik Krehenwinkel, Jutta M. Schneider; Crossing experiments suggest a simple genetic basis of complex male self-sacrifice phenotypes in widow spiders. Biol. Lett. 1 August 2026; 22 (8): 20260211. https://doi.org/10.1098/rsbl.2026.0211

Die Qualitätskontrolle von Transmembranproteinen beginnt am Ribosom

Thu, 13 Aug 2026 10:40:21 +0200

Forschende des Center for Molecular Medicine Cologne und des Exzellenzclusters für Alternsforschung CECAD haben in einer biomedizinischen Untersuchung gezeigt, dass Ribosomen beim Aufbau großer, membranüberspannender Proteine vor einer ungewöhnlich großen Herausforderung stehen. Wenn die Proteinsynthese fehlschlägt, rekrutieren Ribosomen Faktoren der Qualitätskontrolle, um die dabei entstehenden defekten Proteine zu beseitigen. Diese Erkenntnisse werfen ein neues Licht auf die physiologischen Funktionen der Proteinqualitätskontrolle am Ribosom.

Proteine sind molekulare Maschinen, die nahezu alle zellulären Prozesse steuern und ausführen. Eine typische menschliche Zelle synthetisiert über 10.000 verschiedene Proteine; etwa ein Viertel davon sind Transmembranproteine, welche entscheidende zelluläre Prozesse ausführen, darunter Signaltransduktion, Zelladhäsion und den Transport verschiedener Moleküle in die Zelle und aus ihr heraus. Zellen setzen Tausende von Faktoren zur Qualitätskontrolle von Proteinen ein, um Proteine in der richtigen Form aufzubauen und zu erhalten sowie defekte Proteinvarianten zu eliminieren, da letztere dazu neigen, potenziell toxische Aggregate zu bilden – ein Merkmal vieler neurodegenerativer Erkrankungen.

Die sogenannte ribosomenassoziierte Proteinqualitätskontrolle (ribosome-associated quality control – RQC) spielt eine entscheidende Rolle dabei, Proteine gesund zu halten und ihre Funktionen zu gewährleisten. RQC wird aktiviert, wenn Ribosomen während der Übersetzung von Boten-RNA (mRNA) in Aminosäureketten ins Stocken geraten. Die dann entstehenden verkürzten Proteine sind oft dysfunktional. Sie hat daher die Aufgabe, die unvollständigen Proteine zu markieren und aus dem Kreislauf zu entfernen. Versagt diese wichtige Qualitätskontrolle, können sich potentiell toxische Proteine ansammeln. „Eine Störung der RQC führt zu Neurodegeneration und trägt zum systemischen Gesundheitsverfall im Alter bei. Obwohl die Funktionsweise des Signalwegs recht klar ist, fehlt uns noch ein umfassendes Verständnis der Ursachen für das ‚Festfahren‘ der Ribosomen, das die RQC auslöst“, sagt Projektleiterin Dr. Débora Trentini.

Die Zellmembran, die das Innere der Zelle von der Umgebung trennt, besteht aus fettartigen Lipiden. Transmembranproteine weisen bestimmte chemische Eigenschaften auf, die es ihnen ermöglichen, sich in dieser Lipidumgebung statt im wässrigen Zellinneren anzusiedeln. „Unsere Forschungsgruppe hat nun gezeigt, dass Transmembranproteine, die sich durch besondere biochemische Eigenschaften auszeichnen, von Natur aus schwer zu synthetisieren sind: Einige der Ribosomen, die stark hydrophobe Proteinsegmente generierentranslatieren, bleiben stecken und schließen den begonnenen Vorgang nie ab. Der RQC-Signalweg markiert diese unvollständig übersetzten Proteine bereits vor dem Verlassen des Ribosoms zur Entsorgung und begrenzt somit ihre toxischen Auswirkungen.” Die neuen Erkenntnisse decken ein inhärentes Risiko dieses essenziellen Prozesses auf und werfen ein neues Licht auf die physiologischen Funktionen der Proteinqualitätskontrolle am Ribosom.

Das Ergebnis birgt auch Potential für die Behandlung genetischer Krankheiten, da viele von ihnen auf Mutationen in Transmembranproteinen zurückzuführen sind. Darunter ist etwa die Mukoviszidose, eine Erbkrankheit, die zu Fehlfunktionen in mehreren Organen führt. Sie wird durch eine Funktionsstörung des Chloridtransporters CFTR verursacht. Dieser Vorgang trägt dazu bei, den Salzhaushalt, den Wasserhaushalt und die Schleimfeuchtigkeit in Organen wie der Lunge, der Bauchspeicheldrüse und dem Darm zu regulieren. “Wir wollten untersuchen, ob der Translationsvorgang von CFTR ebenfalls zum Stillstand neigt und, wenn ja, ob krankheitsassoziierte Mutationen und medikamentöse Therapien gegen Mukoviszidose diesen Prozess beeinflussen”, sagt Dr. Tom Oldfield, Erstautor der Studie.

Um zu messen, wie viele Ribosomen die CFTR-Translation erfolgreich abschließen, entwickelte das Team eine künstliche CFTR-mRNA, die ein grünes und ein rotes Fluoreszenzprotein enthält, die jeweils vor und hinter der CFTR-Kodierungssequenz positioniert sind. Dieser ‚Reporter‘ wurde anschließend in kultivierte menschliche Zellen eingebracht. Wenn ein Ribosom die gesamte Botschaft ohne Unterbrechung zusammenbaut, erzeugt die Zelle gleiche Mengen an grüner und roter Fluoreszenz. Geraten Ribosomen jedoch während der CFTR-Translation ins Stocken, wird nur das grüne Protein gebildet, was im Verhältnis zu einem stärkeren grünen Signal führt. Mit dieser Methode beobachtete das Team, dass ein kleiner Teil der CFTR-Translationsvorgänge während der Translation zum Stillstand kommt, unabhängig vom Vorhandensein krankheitsassoziierter Mutationen oder von Medikamenten gegen Mukoviszidose. Dies deutet darauf hin, dass Translationsstillstand und die Aktivierung der RQC im Kontext der Krankheit grundsätzlich die Konzentration der CFTR-Chloridkanäle begrenzen könnten. Die Studie ebnet den Weg für zukünftige Forschungen zu Interventionen, die Ribosomen dabei helfen könnten, die Herausforderung membranüberspannender Proteinsegmente zu bewältigen.

Universität zu Köln

Originalpublikation:

Oldfield, T.J., Gonçalves Torres, R., Baier, R.E. et al. Principles of ribosome-associated protein quality control during the synthesis of CFTR. EMBO J (2026). doi.org/10.1038/s44318-026-00883-0

Fehlendes Zeitgefühl: Organoid und echtes Gehirn im Vergleich

Thu, 13 Aug 2026 10:18:08 +0200

Vor über einem Jahrzehnt begannen Wissenschafter:innen mit der Herstellung von unscheinbares Zellklümpchen, die die Erforschung der Organentwicklung neu definierten. Sie nannten sie „Organoide“: eine organähnliche Mikrostruktur, die aus Stammzellen hergestellt wird. Stammzellen sind Zellen, die zwei wichtige Eigenschaften aufweisen: Sie können sich einerseits selbst vermehren und anderseits teilen, um spezialisiertere Zellen wie Nervenzellen oder Muskelzellen zu bilden. In einer aktuellen Studie in Nature zeigt die Hippenmeyer Gruppe am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) – konkret die Co-Erstautor:innen Melissa Stouffer, Osvaldo Miranda Romero, Florian Pauler, Fabrizia Pipicelli gemeinsam mit Carmen Streicher und Giselle Cheung – ihr erstes Organoid-Modell der Großhirnrinde der Maus. Im Vergleich zum echten Mausgehirn entdeckten sie entscheidende Zeitfenster in der Entwicklung.

Von Stammzellen zu einem Gehirn in der richtigen Größe

„In unserem Labor untersuchen wir, wie sich das Gehirn aus Stammzellen entwickelt“, erklärt Hippenmeyer. “Also wie ein Gehirn die richtige Größe erreicht, wie die Stammzellen wissen, wann und zu welchen Neuronen sie sich entwickeln sollen, aber auch, was passiert, wenn etwas schiefgeht – etwa bei Mikro- oder Makrozephalie, einem ungewöhnlich kleinen oder großem Gehirn.“ Wie in unzähligen Laboren auf der ganzen Welt werden auch in der Hippenmeyer Gruppe die meisten Forschungsarbeiten an Mäusen durchgeführt. In der Maus untersucht das Team die Großhirnrinde – eine Hirnregion, die dicht mit Neuronen und Gliazellen besiedelt ist und für die Gehirnfunktion und die kognitiven Fähigkeiten von entscheidender Bedeutung ist. „Vor gut acht Jahren begannen wir uns mehr mit Organoiden auseinanderzusetzen“, fährt er fort. Zu dieser Zeit wurden die meisten Organoide aus menschlichen Stammzellen hergestellt – naheliegend, da sie menschliche Entwicklungsprozesse möglichst gut nachbilden sollen. Für genetische Experimente sind humane Stammzellen jedoch nur eingeschränkt geeignet: Im Vergleich zur Maus stehen weniger etablierte genetische Werkzeuge zur Verfügung. Gemeinsam mit Melissa Stouffer, einer damaligen Postdoktorandin, machte sich die Hippenmeyer Gruppe auf, Organoide zu entwickeln, die zur genauen Untersuchung der Großhirnrinde und deren Entwicklung verwendet werden können.

Neue Expertise, neue Tools und neue Einblicke dank Einzelzell-Auflösung

Organoide sind eine komplexe Sache und erfordern Fingerspitzengefühl. Stouffer nahm deshalb am „Brain Organogenesis Workshop“ in Stanford teil und stürzte sich tief in die Materie. „Das war ein Gamechanger“, erinnert sich Stouffer. „Dadurch konnte ich die Feinheiten der 3D-in-vitro-Techniken und die Schwierigkeiten bei der Arbeit mit Stammzellen besser einschätzen. Bevor ich konkrete Quantifizierungen an den Organoiden vornehmen konnte, musste ich zunächst sicherstellen, dass meine Stammzelllinien hochwertig genug waren und mein entwickeltes Protokoll über verschiedene Chargen und Zelllinien hinweg reproduzierbar war. Diese Vorarbeit war zeitaufwendig, bildete aber die Grundlage für alle nachfolgenden Schritte mit den Organoiden.“ Mit der gewonnenen Expertise und den richtigen Tools entwickelte die Hippenmeyer Gruppe schließlich eine stabile Maus-Stammzellenlinie. Mit dieser konnten sie schlussendlich stabile kortikale Organoide erstellen.

Aber wie ähnlich sind diese dreidimensionalen Strukturen dem echten Mäusehirn wirklich?

Um zu verstehen, wie nahe ein Organoid am echten Gehirn ist, macht es Sinn, dass man sich beides bei der gleichen Spezies anschaut, also nicht Maus-Gehirn und menschlichen Organoid vergleicht, sondern beides im Mausmodell macht. Die Forschenden verglichen bestimmte Entwicklungsphasen des Mäusehirns mit jenen der Organoiden. Mithilfe von Single-Cell-Sequenzierung untersuchten sie, welche Zelltypen in beiden Systemen vorkommen, wie häufig sie relativ gesehen auftreten und zu welchem Zeitpunkt sie entstehen bzw. wieder verschwinden. „In diesen untersuchten Phasen der Entwicklung sehen wir im Mäusehirn und in unseren Organoiden sehr ähnliche Zellpopulationen“, erklärt Hippenmeyer. „Die molekularen Programme sind sehr ähnlich.“

Ähnliches Programm, aber anderer Takt

„Da wir nun über dieses präzise Organoid-System verfügten, konnten wir noch genauer untersuchen, was mit Stammzellen während der Entwicklung der kortikalen Strukturen geschieht – und diese Prozesse direkt mit unserem in-vivo-Modell, der Maus, vergleichen“, führt Hippenmeyer weiter aus. Die MADM (Mosaic Analysis with Double Markers) Technik ist eine einzigartige genetische Methode, mit der sich die Teilung von Stammzellen während der Organogenese – jener Phase, in der sich die Organe aus den drei primären Keimblättern zu bilden beginnen – verfolgen lässt. Mit ihr konnte die Hippenmeyer Gruppe einen klaren Entwicklungsplan für das Mausgehirn auf der Ebene einzelner Vorläuferzellen erstellen.

In vivo folgt die Entwicklung einem zeitlich linearen Model: Anfangs vervielfältigen sich Stammzellen über symmetrische Teilung. Danach wechseln sie für kurze Zeit zur asymmetrischen Teilung um Neuronen zu produzieren. Erst nachdem alle Neuronen entstanden sind, treten Gliazellen auf. Die einzelnen Phasen laufen also nacheinander ab – nicht gleichzeitig. Veränderungen dieses fein abgestimmten Entwicklungsprozesses, beispielsweise durch genetische Mutationen, können zu schweren Fehlbildungen des Gehirns wie Mikrozephalie oder Makrozephalie führen.

Auf der Makroebene sind die kortikale Organoide ähnlich genug, um Wissenschafter:innen Einblicke in allgemeine Aspekte der Entwicklung zu ermöglichen. Allerdings fehlt es den Stammzellen in kortikalen Organoiden an dem fein abgestimmten Ablauf der Entwicklungsstadien, wie er bei Mäusen zu beobachten ist. Zwar entstehen dieselben Zelltypen, doch ist der zeitliche Ablauf der neuronalen Entwicklung im Organoid nicht synchronisiert. Mit anderen Worten: Den Hirnstammzellen im Organoid fehlt es am Zeitgefühl. Sie können zwar die Stunden, aber nicht die Minuten zählen. Eine Ausnahme ist die Bildung von Gliazellen: Dieser Prozess findet im Organoid ebenfalls erst nach der Bildung der Neuronen statt – genau wie im Mausgehirn.

Wichtig ist, dass die Erkenntnisse über diese spezifischen Ähnlichkeiten und Unterschiede zum in vivo-Zustand einen bedeutenden konzeptionellen Fortschritt für ein besseres Verständnis des mechanistischen Frameworks darstellen. Die Forscher:innen vermuten, dass den Organoiden bestimmte Signale von außen fehlen. Die Mikrostrukturen entstehen in der Petrischale durch Selbstorganisation, also ohne viele externe Einflüsse, die im lebenden Organismus vorhanden sind. „Bei unseren Organoiden dürfte das nicht perfekt funktionieren“, so Hippenmeyer. „Die physische Kraft der Selbstorganisation alleine reicht offenbar nicht aus. Es fehlen Faktoren, die es im in vivo System gibt, die sogenannte Stammzellnische.“ Bei der Stammzellnische handelt es sich um die spezielle Mikroumgebung, in der die Stammzellen leben und reguliert werden. Dazu gehören zum Beispiel benachbarte Zellen, Blutgefäße, Botenstoffe und Wachstumsfaktoren sowie mechanische Signale.

Was nun?

Die neue Publikation der Hippenmeyer Gruppe zeigt einerseits ein stabiles Protokoll zur Herstellung von kortikalen Organoiden aus Mauszellen. Anderseits werden die Entwicklungsprozesse hervorgehoben, die empfindlich auf Veränderungen der Stammzellnische oder deren Fehlen reagieren. Für die Organoid-Forschung sind diese Erkenntnisse wichtig: Sie zeigen, wie ähnlich bestimmte Entwicklungsprozesse im Organoid und im Mäusehirn ablaufen – und bis zu welchem Zeitpunkt sich nach heutigem Wissensstand bestimmte Aspekte der Gehirnentwicklung in einem Organoid zuverlässig untersuchen lassen.

Als nächsten Schritt wollen die Forschenden nun versuchen, Aspekte der Stammzellnische in den Organoiden nachzubilden. Dafür könnten sie nach und nach Faktoren hinzufügen, die im Maushirn vorhanden sind, welche möglicherweise dazu beitragen, den zeitlich linearen Ablauf der Entwicklung wiederherzustellen.

ISTA

Originalpublikation:

Stouffer, M., Miranda, O.A., Pauler, F.M. et al. Temporal uncoupling of radial glia lineage progression in cortical organoids. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10916-7

Neue Funktionsweise von Immunzellen entdeckt

Thu, 13 Aug 2026 10:08:49 +0200

B-Zellen ertasten ihre Umwelt

Wie winzige Wächter des Immunsystems wandern B-Zellen durch den menschlichen Körper. Wenn sie auf fremde Erreger stoßen, wird über biochemische Signale eine Immunreaktion ausgelöst – die B-Zellen beginnen Antikörper zu produzieren. In der medizinischen Zelltherapie können sie auch gezielt aktiviert werden, um ganz bestimmte Antikörper oder andere therapeutische Wirkstoffe zu erzeugen. Außerdem können sie das Immunsystem dabei unterstützen, spezielle Krankheiten wie Krebs oder Autoimmunerkrankungen zu bekämpfen.

Das Berliner Forschungsteam konnte nun zeigen, dass B-Zellen ihre Umgebung nicht nur chemisch wahrnehmen, sondern auch physisch ertasten können. „Sie reagieren auf mechanische Reize, ähnlich wie eine Person, die nicht nur hört, sondern auch fühlt“, erklärt Prof. Enrico Klotzsch, Studienleiter und Wissenschaftler am Hereon-Institut für Aktive Polymere am Standort Teltow und am BIH. „Mit dieser Entdeckung haben wir einen bisher wenig beachteten Kommunikationsweg zwischen Zellen und ihrer Umgebung entschlüsselt.“

Die Forschenden setzten die Zellen auf speziell hergestellte Oberflächen aus anodisiertem Aluminiumoxid. Das ist eine Art zellverträgliche Keramik, die mit einem elektrochemischen Ätzprozess hergestellt wird. Dabei wird hochreine Aluminiumfolie elektrischer Spannung und Säure ausgesetzt, wodurch sie oxidiert und feinste Löcher mit einem Durchmesser von 250 Nanometern auf ihrer Oberfläche entstehen. „Unter dem Mikroskop konnten wir beobachten, wie die kleinen Zellfühler in diese Nanoporen eindrangen. Zusätzlich haben wir gemessen, welche Signale im Inneren der Zellen ausgelöst wurden“, sagt Dr. Nozie D. Aghaizu, Erstautor der Studie und Wissenschaftler an der Humboldt-Universität. So konnte das Team Schritt für Schritt nachvollziehen, wie durch einen mechanischen Reiz eine Immunreaktion entsteht.

Funktionsweise auch bei T-Zellen nachgewiesen

Die B-Zell-Studie knüpft an eine vorangegangene Untersuchung von Forschenden des Hereons, der ETH Zürich, des Inselspitals Bern, der Charité und der Humboldt Universität an, die die Aktivierung von T-Zellen in den Fokus genommen hat. T-Zellen gehören auch zu den Lymphozyten, also den Abwehrzellen des Immunsystems. Sie produzieren jedoch keine Antikörper, sondern bekämpfen Erreger oder entartete Körperzellen direkt. Das deutsch-schweizerische Team, auch unter Leitung von Enrico Klotzsch, wies nach, dass die T-Zellen eine Immunreaktion auslösen, wenn sie mit dem anodisiertem Aluminiumoxid in Kontakt kommen.

„Wir haben in beiden Studien das gleiche Material als Plattform für die Zellen verwendet. Im Vergleich ist zu sehen, dass die Aktivierung von B-Zellen schwächer ausfällt und teilweise über andere Signalwege läuft als bei T-Zellen. Besonders wichtig scheinen bei B-Zellen Moleküle zu sein, die auf mechanische Kräfte reagieren“, sagt Enrico Klotzsch.

Neue Ansätze für medizinische Behandlungen

Beide Studien erweitern das Verständnis darüber, wie Immunzellen ihre Umwelt wahrnehmen und auf welche Reize sie reagieren. Die Erkenntnisse eröffnen neue Perspektiven für medizinische Behandlungen. Statt chemischer Medikamente könnten künftig Materialien eingesetzt werden, die gezielt mit dem Immunsystem kommunizieren. Diese könnten beispielsweise in Implantaten oder in der Krebstherapie eingesetzt werden.

Die Forschenden wollen als Nächstes untersuchen, welche Materialien und Oberflächenstrukturen besonders wirksam sind und welche Folgen die Aktivierung langfristig für die Abwehrzellen hat. „Unser Ziel ist es, die Sprache zwischen Materialien und Zellen besser zu verstehen und nutzbar zu machen“, sagt Enrico Klotzsch.

Helmholtz-Zentrum Hereon

Originalpublikation:

N. D. Aghaizu, W. Weber, N. Strempel, A. Polat, and E. Klotzsch, “ B Cells are Activated via a Nanoporous Interface that Stabilizes Microvilli and Engages Mechanosensitive Ion Channels.” Advanced Science (2026): e76869. https://doi.org/10.1002/advs.76869

Krebsprotein p53 in Aktion beobachtet: mehr Ordnung als gedacht

Thu, 13 Aug 2026 10:04:16 +0200

Krebs entsteht, wenn Zellen sich unkontrolliert teilen und gesunde Zellen verdrängen. Einen wichtigen Schutz davor leisten sogenannte Tumor-Suppressoren. Als molekulare Wachstumsbremsen verhindern sie, dass sich gesunde Zellen in Krebszellen verwandeln. Ein elementares Protein dieser Klasse ist p53, auch „Wächter des Genoms“ genannt. Erkennt p53 Fehler in der DNA einer Zelle, stoppt es ihre Teilung. Ist die DNA irreparabel beschädigt, leitet p53 den Zelltod ein. Für beide Aufgaben wechselwirkt das Protein mit einer Vielzahl anderer Proteine. Ist p53 gehemmt oder verändert, teilen sich Zellen trotz Schäden ungebremst weiter – ein Tumor entsteht. Mehr als die Hälfte aller Tumoren gehen damit einher, dass p53 in den Zellen seiner Aufgabe nicht mehr nachkommt.
Ordnung versus Unordnung: Zwei Klassen von Proteinen

p53 besteht wie alle Proteine aus einer langen Kette von Aminosäuren. Bei rund 70 Prozent aller Proteine des Menschen falten sich diese in eine fest geordnete dreidimensionale Form, die gewährleistet, dass das Protein seine Aufgabe erfüllen kann. p53 gehört dagegen zu den 30 Prozent aller menschlichen Proteine, die keine feste Struktur haben. Sie sind flexibel, bilden teilweise verknäuelte Ketten und ändern ständig ihre dreidimensionale Struktur. Man bezeichnet solche Proteine als intrinsisch ungeordnete Proteine, kurz IDPs.

Proteine sind sehr klein und bewegen sich außerordentlich schnell. Das gilt auch für p53. Für manche Strukturänderungen braucht p53 jedoch länger, für andere kürzer. Um alle Bewegungen des Krebsproteins in Aktion nachvollziehen zu können, muss daher seine Dynamik über einen weiten Bereich von unterschiedlichen Zeitskalen verfolgt werden.

Proteindynamik über Zeitskalen, die sieben Größenordnungen umfassen

Forschende um Helmut Grubmüller und Christian Griesinger am Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften (MPI-NAT) haben jetzt erstmals über sieben Zeitskalen hinweg – von blitzschnell vergehenden billionstel Sekunden (Pikosekunden) bis hin zu vergleichsweise langsam verstreichenden millionstel Sekunden (Mikrosekunden) – sichtbar gemacht, wie sich das Protein p53 dynamisch verändert. Sie fanden dabei eine weit vielfältigere und komplexere Strukturdynamik vor als bisher gedacht: Je nachdem, auf welcher Zeitskala sie das p53-Protein beobachteten, fanden völlig unterschiedliche dynamische Prozesse statt.

„Was im Dasein eines Menschen eine Sekunde ist, entspricht bei einem Protein etwa einer billionstel Sekunde. Übersetzt in ein Bild des Alltags kann man sich eine Fußgängerzone vorstellen“, erklärt Helmut Grubmüller, Leiter der Abteilung für Theoretische und Computergestützte Biophysik am MPI. „In Echtzeit sieht man Menschen durch die Straßen laufen. Filmt man mit 1000-fachem Zeitraffer, verschwimmen die Menschen und langsamere Prozesse werden sichtbar, etwa wie eine Baustelle entsteht und verschwindet oder ein Volksfest stattfindet. Und ein nochmals 1000-fach schnellerer Zeitraffer macht noch weit langsamere Vorgänge sichtbar, zum Beispiel, wie ganze Häuser gebaut werden. So ähnlich verhält es sich auch bei p53. Um bei diesem Bild zu bleiben: Bislang wussten wir nur von den Fußgängern – Baustellen, Volksfeste und Hausbauten waren für uns unsichtbar!“

Beobachtungslücke geschlossen

Ein Protein über einen so langen Zeitraum gleichzeitig in Zeitlupe und in Zeitraffer in Aktion zu beobachten scheiterte bislang an einer verfügbaren Methode. In einem zehnjährigen Forschungsprojekt haben die Teams um Griesinger und Grubmüller nun ein passendes Verfahren entwickelt, das diese Beobachtungslücke schließt. Dazu verfolgten sie mit Molekulardynamik-Simulationen auf Hochleistungsrechnern die Strukturen von p53. Hochauflösende Kernspinresonanz-Spektroskopie bestätigte die vorhergesagten Strukturen experimentell.

„Wir haben am Institut ein NMR-Spektrometer zur Verfügung, das mit seinen 1,2 Gigahertz zu den 15 leistungsstärksten NMR-Spektrometern weltweit zählt. Das war mit entscheidend für unseren Erfolg“, so Supriya Pratihar, einer der beiden Erstautoren der im Fachmagazin Nature Communications erschienenen Arbeit. Erst das NMR-Spektrometer, das an der Grenze des derzeit technologisch Herstellbaren ist, lieferte eine hinreichende Auflösung und Empfindlichkeit, um auch flüchtige aber für die Funktion von p53 essenzielle Strukturen nachzuweisen.

Mehr feste Strukturen als gedacht

„p53 hat uns darin überrascht, dass es sogar ohne Bindung an andere Proteine feste dreidimensionale Strukturen annimmt. Diese brauchen sehr lange, um sich zu bilden, und sind äußerst kurzlebig. Deswegen wurden sie bisher in Experimenten übersehen“, sagt Dániel Szöllösi, ebenfalls Erstautor der Studie.

Mehr als 50 dreidimensionale Strukturen wiesen die Forschenden nach. „p53 muss für seine Aufgaben in der Zelle mit völlig verschiedenen Proteinen wechselwirken. Seine vielen unterschiedlichen Strukturen könnten entscheidend dafür sein, dass p53 eine so große Zahl von Proteinen binden kann“, sagt Griesinger, Leiter der Abteilung NMR-gestützte Strukturbiologie am Institut. „Im Kampf gegen Krebs könnte das Verständnis der Dynamik dieser Strukturen dazu beitragen, Medikamente zu entwickeln, die gezielt auf p53 wirken.“

Werkzeug zur Erforschung weiterer IDPs

Die neuen Erkenntnisse können zudem zur Erforschung weiterer Erkrankungen beitragen: IDPs spielen auch bei neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson eine große Rolle. Mit ihrer Arbeit liefern die Forschenden ein wichtiges neues Werkzeug, um solche ungeordneten Proteine zu untersuchen und ihre bisher unbekannte Strukturdynamik sichtbar zu machen.

Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften

Originalpublikation:

Szöllősi, D., Pratihar, S., Mukhopadhyay, D. et al. Hierarchical multi-timescale structural dynamics of the disordered N-terminal of p53. Nat Commun 17, 4812 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73145-6

Zyklonen-Cluster in der Arktis reduzieren Meereis und gefährden Küsten

Wed, 12 Aug 2026 12:08:24 +0200

In der Arktis bestimmt das Wetter maßgeblich mit, wie viel Eis den Ozean bedeckt. Ein Wetterphänomen, das erheblichen Einfluss darauf nimmt, sind arktische Zyklone: Sie verursachen ungewöhnlich warme und stürmische Bedingungen, die typischerweise zu einem starken Eisverlust führen. Diese Bedingungen halten besonders lange an, wenn mehrere Zyklone rasch aufeinander folgen. Ein internationales Forschungsteam um das Alfred-Wegener-Institut hat mithilfe von Wetterdaten der letzten Jahrzehnte nun zum ersten Mal systematisch die Auswirkungen von sich häufenden Zyklonen auf das Arktische Meereis untersucht. In der Fachzeitschrift Nature Communications haben sie diese Häufung, das sogenannte Zyklonen-Clustering, und ihre konkreten Folgen für die Zukunft des Meereises und damit verbunden auch der Küsten in der Arktis beschrieben.

Beim Zyklonen-Clustering ziehen innerhalb kurzer Zeit mehrere Tiefdruckgebiete hintereinander durch eine bestimmte Region und verursachen so Stürme, die heftiger und länger sind als „übliche“ Stürme. „In Europa haben solche Ereignisse in der Vergangenheit schon öfter zu hohen Schäden durch Wind, große Niederschlagsmengen oder hohen Pegelständen an der Küste geführt,“ sagt Dr. Lars Aue, Erstautor der Studie vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).

Um herauszufinden, ob Zyklonen-Clustering auch in der Arktis auftritt und wie sich diese intensiven Wetterereignisse auf das arktische Meereis auswirken, hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung des AWI systematisch Satelliten- und Wetterdaten aus den Jahren 1979 bis 2024 ausgewertet und verglichen. „Wir haben einen Algorithmus zum Tracken von Wettersystemen so angepasst, dass er schnell aufeinander folgende Zyklone in der Arktis aufspüren kann“, erklärt Lars Aue. „Anschließend konnten wir auf Satellitenbildern den Zustand des Meereises vor und nach dem Durchzug eines Clusters vergleichen.“

Die Ergebnisse zeigen, dass Zyklone dort, wo sie auf das arktische Meereis treffen, die Eisdecke aufbrechen und Schollen umherbewegen und zusammenschieben. Im kalten, arktischen Winter können die so entstandenen Lücken normalerweise innerhalb weniger Tage wieder zufrieren. Trifft jedoch ein Zyklonen-Cluster auf das Meereis, verzögern und erschweren die anhaltend stürmischen Bedingungen, dass sich die Lücken wieder schließen. In der warmen Jahreszeit sind arktische Zyklon-Cluster zwar weniger intensiv, können jedoch lokal erhebliche Auswirkungen auf das Meereis haben: Sie treiben Eisschollen Richtung Norden und schieben sie in das Eis vor Ort. Dadurch verringert sich die Fläche, auf der sich das Eis verteilt. Auch tragen die Stürme warme Luft mit sich, die das Eis von oben auftaut und zusätzlich können sie wärmeres Meerwasser aus tieferen Schichten nach oben transportieren, sodass sich die oberen Wassermassen erwärmen. Das hat in den letzten zwei Jahrzehnten dazu geführt, dass Zyklone vor allem am Ende der Schmelzsaison zum Eisverlust beigetragen haben.

Die Anzahl der Stürme, die sich in einem Zyklonen-Cluster häufen, variiert je nach Region und Jahreszeit, liegt im Schnitt aber bei 2,5 Zyklonen. Ebenso hängt auch ihr Einfluss davon ab, wann und wo sie vorkommen. Es gibt Regionen, in denen der Effekt auf das Meereis bis zu 1,5 Mal verstärkt ist und Regionen, in denen der Effekt bis zu 7 Mal verstärkt ist. „Im Schnitt über die gesamte Arktis reduzieren Zyklonen-Cluster die Meereisbedeckung etwa doppelt so stark wie herkömmliche, einzeln auftretende Tiefdruckgebiete. Dieser Zustand hält zudem etwa zweieinhalb Mal länger an“, so Lars Aue.

Ein weiteres, besorgniserregendes Ergebnis der Studie ist, dass sich der Verlust von arktischem Meereis durch Zyklonen-Cluster im Laufe der letzten Jahrzehnte deutlich verstärkt hat. Ein Grund ist, dass das Eis seine Widerstandskraft gegen die von den Zyklonen verursachten Stürme verliert, da es durch die fortschreitende globale Erwärmung dünner und beweglicher wird. Im Sommer könnte dies durch den immer wärmer werdenden arktischen Ozean noch weiter verstärkt werden. „Wir könnten hier in eine Feedbackschleife geraten, die sich selber verstärkt: Je schwächer das Meereis wird, desto stärker können Zyklonen-Cluster seine Menge reduzieren, was wiederum das Meereis schwächt“, so Lars Aue. „Wir arbeiten gerade daran, mithilfe von Klimaprojektionen zu untersuchen, ob sich die Verstärkung der Auswirkungen der Zyklonen-Cluster, die wir in den vergangenen Jahrzehnten gesehen haben, auch in Zukunft fortsetzen könnte.“

Die Studie unterstreicht, wie stark Wetterereignisse das Meereis beeinflussen und wie wichtig es ist, dass wir die Ursachen und Auswirkungen von Zyklonen-Clustern in der Arktis verstehen. Denn Küstengemeinden in der Arktis sind durch die verstärkte Zyklonen-Aktivität zunehmend gefährlichen Wetterereignissen ausgesetzt: Meereis wirkt wie ein Puffer gegen Wellen. Durch seinen Rückgang sowie das zunehmende Auftauen von Permafrost sind Küsten anfälliger gegenüber Stürmen. „Bisher gab es noch keine systematische Analyse zu den Auswirkungen von Zyklonen-Clustern in der Arktis. Mit unserer Arbeit schließen wir eine Wissenslücke und schaffen eine wichtige Grundlage für möglichst genaue Projektionen zur Zukunft des arktischen Meereises, das eine zentrale Rolle im globalen Klimasystem spielt.“

Alfred-Wegener-Institut

Originalpublikation:

Aue, L., Tiedeck, S., Finocchio, P. et al. On the relevance of serial cyclone clustering for Arctic sea ice. Nat Commun 17, 7847 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-76245-5

Biodiversität als Grundlage für neue Medikamente

Wed, 12 Aug 2026 12:03:24 +0200

Die Bedrohung durch Antibiotikaresistenzen nimmt weltweit zu. Die Erforschung neuer Wirkstoffe ist daher von größter Bedeutung, um bakterielle Infektionen auch in Zukunft effektiv behandeln zu können. Hier spielen Naturstoffe eine entscheidende Rolle. Myxobakterien sind im Vergleich zu anderen Mikroorganismen noch relativ unerforscht, was die Chance auf interessante Entdeckungen erhöht. Denn: je höher die biologische Vielfalt der untersuchten Bakterien, desto größer die Chance, dass sie bislang unbekannte Wirkstoffkandidaten herstellen. In der veröffentlichten Studie beschreiben die Forschenden 118 neue Myxobakterien sowie deren sequenzierte Genome. Damit erweitern sie die verfügbaren genomischen Ressourcen erheblich. HIPS ist ein Standort des Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Zusammenarbeit mit der Universität des Saarlandes.

In der Ordnung der Myxobakterien waren bislang lediglich elf Familien und 32 Gattungen bekannt. Ein Team um Prof. Rolf Müller, wissenschaftlicher Direktor des HIPS und Leiter der Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“, sammelte über Jahrzehnte hinweg Bodenproben und isolierte aus ihnen vorwiegend Myxobakterien. Unterstützt wurden sie dabei auch von Bürgerinnen und Bürgern im Rahmen der Citizen Science-Kampagne Microbelix. So konnten sie die Vielfalt dieser vielversprechenden Naturstoffproduzenten auf 28 Familien und 90 Gattungen erhöhen. Zusätzlich entschlüsselten die Forschenden den genetischen Code aller neu beschriebenen Vertreter der Myxobakterien. „Die neu isolierten Bakterien und deren Genomsequenzen bieten uns einen reichhaltigen Schatz an neuartigen Naturstoffen und deren genetischen Bauplänen. In praktisch jedem der analysierten Genome finden wir gleich mehrere Gensequenzen für die Herstellung potenzieller Wirkstoffe, die noch niemand zuvor gesehen hat – das ist wahnsinnig spannend“, sagt Dr. Ronald Garcia, Wissenschaftler in der Abteilung „Mikrobielle Naturstoffe“.

Um Forschenden weltweit die Nutzung dieser Daten zu ermöglichen, stellt das HIPS-Team ABC-Myxo zur Verfügung, einen interaktiven, webbasierten Atlas der Genbereiche, mit denen Myxobakterien Wirkstoffe herstellen. Der Service ist für Forschende auf der ganzen Welt kostenfrei nutzbar. Die Bakterien selbst werden in Zukunft vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen zu Forschungszwecken vorgehalten.

Dass sich aus den Bakterien und deren genetischen Informationen tatsächlich neue Naturstoffe ableiten lassen, konnte das Forschungsteam ebenfalls belegen. In ihrer Studie beschreiben sie gleich fünf neue Substanzklassen: Myxoquaterine sind wirksam gegen Pilze, Sandacrabine gegen Viren und die Sandarazole wirken antibakteriell. Zudem wurden neue Sorangibactin-Siderophore entdeckt sowie Pyxidicycline als neuartige Topoisomerase-Hemmer. „Unsere Daten belegen eindrücklich, wie wichtig mikrobielle Biodiversität für die Entdeckung neuer Natur- und Wirkstoffe ist“, sagt Müller. „In bereits gut untersuchten Mikroorganismen sind kaum neue Substanzen zu finden. Unsere myxobakterielle Sammlung hingegen bietet beispielloses Potenzial, um wirklich neue chemische Strukturen zu entdecken. Damit legt sie den Grundstein für dringend benötigte Wirkstoffe, um Infektionserkrankungen auch in Zukunft effektiv behandeln zu können.“

Auch interessierte Laien können mithelfen, die Vielfalt der untersuchten Myxobakterien stetig zu erweitern: Im Rahmen des Mitmach-Projekts Microbelix können alle Interessierten Bodenproben in naturnahen Räumen sammeln, sie den Forschenden am HIPS schicken und so einen Beitrag für die Entdeckung neuer Wirkstoffe leisten. www.microbelix.de

Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung

Originalpublikation:

A. A. Agrawal, R. Garcia, G. Chen, et al. “ Unveiling the Taxonomic Diversity and Unprecedented Biosynthetic Treasure of the Phylum Myxococcota.” Advanced Science (2026): e76919. https://doi.org/10.1002/advs.76919

Gehirnscans zeigen: Hunde können Emotionen in menschlichen Gesichtern unterscheiden

Wed, 12 Aug 2026 11:11:37 +0200

Wissenschafter*innen – und Hundeliebhaber*innen – wissen schon lange, dass Hunde bemerkenswert gut darin sind, menschliches Lachen, Stirnrunzeln und Tränen zu deuten. Doch die biologischen Grundlagen dieser Fähigkeit waren bislang weitgehend unerforscht – bis jetzt. In einer aktuellen Studie, die in der Cell-Press-Zeitschrift iScience veröffentlicht wurde, warfen Forscher*innen der Universität Wien einen Blick in die Gehirne von Hunden, während diese Bilder verschiedener Gesichtsausdrücke betrachteten. Die Gehirnscans zeigten, dass Hunde menschliches Lächeln auf einzigartige Weise verarbeiten, und lieferten erstmals den Nachweis, dass Hunde zwischen bestimmten negativen Gesichtsausdrücken unterscheiden können.

"Wenn wir Menschen mit Primaten vergleichen, betrachten wir Fähigkeiten, die möglicherweise von einem gemeinsamen Vorfahren stammen", sagt die leitende Autorin Laura Cuaya von der Universität Wien. "Bei Hunden sieht die Sache ganz anders aus. Sie sind einen ganz anderen evolutionären Weg gegangen, haben aber durch die Domestizierung die sozialen Fähigkeiten entwickelt, die nötig sind, um uns Menschen zu verstehen und mit uns zusammenzuarbeiten."

Die Forscher*innen konzentrierten sich zunächst auf glückliche Ausdrücke, diese könnten laut früheren Studien für Hunde von besonderer Bedeutung sein. Sie untersuchten acht Hunde mittels MRT, während ihnen Bilder von Fremden mit entweder glücklichen oder neutralen Gesichtsausdrücken gezeigt wurden. Glückliche Gesichter aktivierten den temporalen Kortex und strahlten bis in den Nucleus caudatus aus – Gehirnregionen, die jeweils mit höheren kognitiven Funktionen und der Belohnungsverarbeitung in Verbindung stehen.

Glückliche menschliche Gesichter könnten für Hunde eine emotionale Bedeutung haben

"Die Aktivität im Nucleus caudatus ist besonders interessant", sagt Cuaya. "Sie deutet darauf hin, dass glückliche menschliche Gesichter für Hunde eine emotionale Bedeutung haben könnten."

Das Team ging daraufhin der Frage nach, ob dieselben Gehirnregionen auch auf andere Emotionen reagieren. Sie zeigten 12 Hunden Bilder von Menschen, die Glück, Wut, Angst und Traurigkeit ausdrückten, und analysierten deren Gehirnaktivität mithilfe von Machine Learning. Die besagten Hirnregionen reagierten ausschließlich auf Glück, sodass die Forscher*innen ein Lächeln von allen drei negativen Gesichtsausdrücken unterscheiden konnten.

Hunde können verschiedene Emotionen in menschlichen Gesichtern unterscheiden

Das Hundegehirn sortierte die Welt jedoch nicht lediglich in "gut" und "schlecht". Eine Analyse des gesamten Gehirns ergab unterschiedliche Aktivitätsmuster, die Angst von Wut und Traurigkeit unterschieden, und lieferte damit den ersten Beweis dafür, dass Hunde zwischen bestimmten negativen Gesichtsausdrücken unterscheiden können.

"Menschen sind sehr gut darin, kleine Details im Gesicht wahrzunehmen, und Hunde sind es auch", sagt Erstautor Raúl Hernández-Pérez, ebenfalls von der Universität Wien. "Das macht Hunde sehr interessant. Indem wir ihr Gehirn untersuchen, können wir verstehen, welche Anpassungen sich entwickelt haben, um ihr bemerkenswertes soziales und emotionales Verständnis von Menschen zu unterstützen."

Die Ergebnisse bedeuten jedoch nicht, dass Hunde Emotionen genauso erleben wie Menschen. Außerdem handelte es sich bei den teilnehmenden Hunden ausschließlich um Haustiere aus liebevollen Familien. Freilaufende Hunde, wie beispielsweise Straßenhunde, bewegen sich in einer ganz anderen sozialen Welt und verarbeiten menschliche Signale möglicherweise anders. Außerhalb des Scanners liest ein Hund nicht einfach nur ein unbewegtes Gesicht; er beobachtet die Körpersprache, hört auf Nuancen in der Stimme und nimmt Informationen über den Geruch wahr.

Als Nächstes plant das Team, eine stärker auf Hunde ausgerichtete Perspektive einzunehmen, um zu verstehen, wie Hunde diese Signale integrieren, um die Menschen in ihrer Umgebung einzuordnen. In ihrer zukünftigen Arbeit werden sie außerdem vergleichen, wie das menschliche und das Hundegehirn dieselben emotionalen Signale verarbeiten.

"Ich möchte, dass die Menschen Hunde als emotionale Wesen sehen", sagt Cuaya. “Sie haben sich gemeinsam mit uns weiterentwickelt, um unsere Mimik zu verstehen und mit uns zusammenzuarbeiten, und diese Erkenntnis kann die Art und Weise verändern, wie wir mit ihnen kommunizieren und für sie sorgen.”

Universität Wien

Originalpublikation:

Laura V. Cuaya, et al: Dog brain representations of human facial expressions: Encoding happiness and differentiating specific negative expressions. iScience, 2026. DOI: 10.1016/j.isci.2026.116900

Neue Einblicke in die frühesten Phasen der Getreidedomestizierung

Wed, 12 Aug 2026 11:05:23 +0200

Schon in den frühesten Phasen dieser Entwicklung nahm die Korngröße bei Getreidearten wie Gerste und Emmerweizen deutlich zu. Bisher nahm die Forschung an, dass genetische Selektion im Rahmen des frühen Anbaus die Getreidekörner größer werden ließ. Eine neue archäobotanische Studie von Forschenden des Exzellenzclusters ROOTS an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sowie der Universität Oxford, UK, hat jetzt jedoch ergeben, dass die Zunahme der Korngrößen zunächst Reaktionen der Pflanzen auf günstige Wachstumsbedingungen waren. „Das lässt uns die frühesten Stadien der Getreidedomestizierung neu denken“, betont Professorin Cheryl Makarewicz vom Exzellenzcluster ROOTS. Sie war Leiterin der Studie, die jetzt in der internationalen Fachzeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) veröffentlicht wurde.

Um die unterschiedlichen Erklärungsansätze für die frühe Kornvergrößerung zu überprüfen, wandte das internationale Team einen umfassenden Analyseansatz an. Die Beteiligten kombinierten Untersuchungen an Körnerformen, Analysen der Unkrautokölogie sowie Analysen von stabilen Kohlenstoffisotopen in verkohlten Gersten- und Emmerweizenresten, die aus den früh-jungsteinzeitichen Siedlungen el-Hemmeh und Sharara im Wadi el-Hasa in Jordanien geborgen wurden.

Wildgetreide besitzt von Natur aus eine spröde oder zerbrechliche Ähre, die eine leichte Ausbreitung reifer Samen ermöglicht – was zwar eine erfolgreiche Keimung in freier Natur fördert, die Ernte der Samen durch den Menschen jedoch erschwert. Im Vergleich zu später domestiziertem Getreide haben Wildgetreidearten zudem relativ kleine Körner. Jahrzehntelange archäobotanische Forschungen haben gezeigt, dass durch den systematischen Anbau von Getreide nach und nach größere Körner und eine zähe Ähre selektiert wurden, die die Samen nach der Reife an der Ähre hält und so die Ernte effizienter macht.

„Die Domestizierung von Nutzpflanzen war ein äußerst variabler und langwieriger Prozess, der sich über mehrere Regionen Südwestasiens erstreckte“, sagt die Erstautorin der Studie, Dr. Jade Whitlam von der Universität Oxford. „In den vergangenen zehn Jahren hat die archäobotanische Forschung gezeigt, dass der Domestizierung eine lange Phase des ‚Anbaus vor der Domestizierung‘ vorausging. Es wird angenommen wird, dass diese Phase die Bedingungen schuf, die die Entwicklung wichtiger Domestizierungsmerkmale begünstigten.“

Frühere Studien haben größere Getreidekörner und das Vorkommen von Pflanzen, die später zu Unkräutern in Kulturfeldern wurden, an Fundstätten aus dem frühen Neolithikum als Beweis dafür interpretiert, dass die Menschen bereits den Boden bestellten und sie Pflanzen auf bestimmte Domestikationsmerkmale hin selektierten. Größere Körner, die an Fundstätten der südlichen Levante gefunden wurden, galten daher oft als früheste Hinweise auf Domestikation.

„In el-Hemmeh und Sharara blieben die Formen von Gerste und Emmerweizen in den frühesten Phasen der Jungsteinzeit noch ‚wild‘, ohne dass Hinweise auf domestizierte Formen vorlagen“, sagte Dr. Whitlam. „Dennoch variierte die Korngröße dramatisch und reichte von Körnern typischer Wildform bis hin zu Körnern, die in ihrer Größe mit domestizierten Getreidesorten vergleichbar waren. Gleichzeitig deutet die ökologische Analyse der mit diesen Getreidesorten vorkommenden Unkrautarten darauf hin, dass sie in wenig gestörten Umgebungen wuchsen. Das stellt die Vorstellung in Frage, dass größere Körner durch Anbaumethoden wie systematische Bodenbearbeitung selektiert wurden.“

Doch worauf waren diese unterschiedlichen Korngrößen zurückzuführen? Um das zu beantworten, führte das Team eine Analyse der stabilen Kohlenstoffisotope an den verkohlten Getreidekörnern durch. Die Zusammensetzung dieser Isotope lässt Rückschlüsse auf die Wachstumsbedingungen der Pflanzen zu.

„Interessanterweise weisen die Gerstenkörner, die in den Größenbereich domestizierter Körner fallen, Kohlenstoffisotopenwerte auf, die darauf hindeuten, dass sie unter feuchteren Bedingungen wuchsen“, sagt Co-Autor Dr. Pascal Flohr (CAU und Universität Oxford). Er hat in Jordanien umfangreiche Feldversuche durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen Wasserstress und der Kohlenstoffisotopenzusammensetzung von Getreide zu ermitteln. „Im Gegensatz dazu weisen die kleineren Körner in Wildgröße Isotopenwerte auf, die darauf hindeuten, dass sie unter deutlich trockeneren Bedingungen gewachsen sind. Das zeigt, dass die Verfügbarkeit von Wasser einen großen Einfluss auf die Korngröße hatte.“

„Nachdem wir die archäobotanischen, unkrautökologischen und isotopischen Belege zusammengeführt hatten, wurde deutlich, dass die Umweltbedingungen eine weitaus bessere Erklärung für die beobachteten Schwankungen der Korngröße lieferten als die genetische Selektion im Rahmen der Bodenbearbeitung“, sagt Dr. Whitlam. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Fähigkeit von Getreide, sich je nach Umweltbedingungen unterschiedlich zu entwickeln, eher für die anfängliche Zunahme der Getreidekorngröße im frühen Holozän im südlichen Levantegebiet verantwortlich ist als genetische Veränderungen. Dies deutet darauf hin, dass die genetische Selektion zugunsten größerer Körner möglicherweise später stattfand als bisher angenommen.“

„Diese Studie verdeutlicht den Wert der Verbindung von langfristigen archäologischen Feldprojekten mit neuen analytischen Ansätzen. Durch die Integration von Erkenntnissen aus der Archäobotanik, der Analyse der stabilen Isotope und der Pflanzenökologie können wir völlig neue Fragen dazu stellen, wie sich der Übergang zur Landwirtschaft vollzogen hat. Insgesamt deuten die Ergebnisse darauf hin, dass pflanzenwirtschaftliche Praktiken der frühen Jungsteinzeit eher Teil der langen Geschichte der Nischenbildung durch Jäger und Sammler waren als Ausdruck einer radikal neuen Absicht zur Domestizierung“, fasst Cheryl Makarewicz zusammen, die die Ausgrabungen in el-Hemmeh und, gemeinsam mit Dr. Bill Finlayson (Uni Oxford), in Sharara geleitet hat.

Exzellenzcluster ROOTS an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Originalpublikation:

J. Whitlam, P. Flohr, A. Bogaard, M. Charles, B. Finlayson, & C.A. Makarewicz 2026. Developmental plasticity under human management shaped cereal evolution prior to domestication in the Early Holocene southern Levant, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (32) e2535274123, https://doi.org/10.1073/pnas.2535274123

Künstliche Molekültröpfchen schützen genetische Stoffe und regulieren sich selbst

Wed, 12 Aug 2026 10:49:47 +0200

Wie organisieren lebende Systeme ihre inneren Abläufe ohne zentrales Steuersystem? Ein Forschungsteam der Universität des Saarlandes, das vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden gekommen war, sowie der Universität Augsburg hat nun einen Mechanismus beschrieben, der dieser Frage näherkommt. In einem künstlichen, zellfreien System konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler zeigen, dass sich sogenannte synthetische biomolekulare Kondensate selbstständig bilden und wieder auflösen. Gleichzeitig beeinflussen diese mikroskopischen Kompartimente aktiv die biochemischen Prozesse in ihrer Umgebung.

Biomolekulare Kondensate entstehen durch Phasentrennung: Was zuvor gleichmäßig im Zellinneren verteilt war, findet sich zusammen, ähnlich, wie Öl und Wasser sich voneinander trennen, wenn man sie zuvor gut vermischt hat. Bei dieser „Entmischung“ der Einzelteile lagern sich Proteine und RNA-Moleküle spontan zu Kompartimenten zusammen, ohne jedoch von einer Membran umschlossen zu sein, wie das bei anderen Zellbestandteilen der Fall ist. Solche membranlosen Strukturen kommen auch in lebenden Zellen vor. Erst in den vergangenen anderthalb Jahrzehnten wurde deutlich, dass viele dieser Strukturen keine starren Gebilde sind, sondern sich wie Flüssigkeitströpfchen verhalten.

Zu Anfang galten solche Ansammlungen von einzelnen Verbindungen und Molekülen aber lediglich als „Organisationszentren“ in Zellen, Einheiten, die dem Zellinneren räumliche Struktur verliehen. Inzwischen gehen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass diese Kondensate eine wesentlich bedeutendere Rolle spielen. Sie könnten Hinweise darauf liefern, wie frühe chemische Systeme vor der Entstehung erster Zellen ihre Reaktionen räumlich organisiert haben.

Auch die nun vorgelegte Studie untermauert die Annahme, dass die Funktion der Kompartimente weit über die bloße räumliche Ordnung hinausgeht. Das Team um Prof. Dr. Dora Tang konnte nachweisen, dass die Kondensate unmittelbar auf die Herstellung und den Abbau von RNA einwirken und dadurch die Dynamik der Kompartimente selbst mitbestimmen.

Im Zentrum der Untersuchungen stand die so genannte Messenger-RNA (mRNA), jener molekulare Botenstoff, der genetische Informationen transportiert. „Die Experimente zeigen, dass mRNA innerhalb der Kondensate deutlich langsamer abgebaut wird als außerhalb. Die Tröpfchen schaffen damit eine Art geschützte Mikroumgebung, in der die Moleküle länger erhalten bleiben. Dadurch verlängert sich die Lebensdauer der mRNA, und die Konzentration des genetischen Materials im Gesamtsystem steigt“, sagt die Physikochemikerin, die sich auf die Erforschung solcher Kompartimente spezialisiert hat. Nach Ansicht der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind die Kondensate deshalb nicht nur Organisationsstrukturen, sondern zugleich eine Art „Schutzraum“ für empfindliche Biomoleküle.

„Besonders bemerkenswert ist die beobachtete Rückkopplung: Die Kondensate entstehen erst durch die Produktion von mRNA. Sobald sie sich gebildet haben, verändern sie die Geschwindigkeit, mit der die mRNA produziert und abgebaut werden kann. Die veränderte Balance zwischen Produktion und Abbau schützt diese mRNA vor dem Abbau“, führt Dora Tang weiter aus. Bei diesem selbstregulierenden Mechanismus sind Kompartimentierung, also die Zusammenballung einzelner Verbindungen zu Kondensaten, und biochemische Reaktionen, die zur Bildung der mRNA führen, untrennbar miteinander verknüpft. Die Tröpfchen verhalten sich damit nicht wie passive Behälter, sondern wie aktive Teile des molekularen Geschehens.

Theoretische Modelle deuten zudem darauf hin, dass solche Kondensate Schwankungen in biologischen Systemen abfedern können. „Wenn die Verfügbarkeit von Ressourcen für die RNA-Produktion periodisch verändert wurde, blieben die Konzentrationen der genetischen Botenstoffe in Gegenwart von Kondensaten stabiler als in vergleichbaren Systemen ohne Kompartimentbildung“, so Dora Tang. Die Kompartimente wirkten gewissermaßen als „molekulare Stoßdämpfer“, die starke Ausschläge reduzieren und damit für robustere Bedingungen sorgen. Die Kompartimente können also dazu beitragen, wichtige Moleküle länger verfügbar zu halten und Schwankungen abzufedern.

Die Ergebnisse liefern neue Einblicke in die grundlegenden Prinzipien biologischer Selbstorganisation. Sie könnten dazu beitragen, besser zu verstehen, welche Rolle membranlose Kompartimente in lebenden Zellen spielen und wie einfache chemische Systeme Eigenschaften entwickeln, die an Lebewesen erinnern. Darüber hinaus sehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Anwendungsmöglichkeiten für die synthetische Biologie, in der künstliche, lebensähnliche Systeme gezielt aus chemischen Bausteinen konstruiert werden.

Universität des Saarlandes

Originalpublikation:

Archishman Ghosh, Advait Thatte, Surased Suraritdechachai, Roman Rattunde, Christoph A. Weber, T.-Y. Dora Tang, Transcription-driven phase separation of synthetic condensates enables self-organizing compartments and protective microenvironments, Cell Reports Physical Science, Volume 7, Issue 8, 2026, 103481, ISSN 2666-3864, https://doi.org/10.1016/j.xcrp.2026.103481