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Phytoplankton wendet das Zwiebelschalen-Prinzip an

Tue, 14 Jul 2026 11:11:19 +0200

Sie sind sehr klein, deshalb wird ihre Bedeutung oft unterschätzt. Doch Mikroalgen betreiben rund die Hälfte der weltweit stattfindenden Photosynthese. Sie halten in dieser Hinsicht also locker mit der Gesamtheit aller Landpflanzen Schritt. Zudem bilden Mikroalgen – sogenanntes Phytoplankton – die Basis der meisten Nahrungsnetze in den Weltmeeren. 

Dabei gibt jede einzelne photosynthetisch aktive Zelle eine Vielzahl organischer Substanzen ab, die sich im Meerwasser allmählich von der Zelle wegbewegen. Rund um jede Mikroalge entsteht so eine kleine Wolke aus verschiedenen Stoffen. Forschende nennen sie Phycosphäre. Sie ist der Ort, an dem Mikroalgen und Bakterien bevorzugt miteinander interagieren. Diese Wechselwirkungen prägen den Kohlenstoffkreislauf in den Ozeanen. 

Vermessung der chemischen Landschaft 

Die Phycosphäre enthält chemische Signale, die von einer Vielzahl von Bakterien wahrgenommen werden können. Diese Bakterien folgen den Stoffen, um sich auf die Mikroalgen zuzubewegen, wo sie kohlenstoffhaltige organische Stoffe mit den Mikroalgen austauschen. «Die Phycosphäre ist einer der wichtigsten Marktplätze für organischen Kohlenstoff in den Meeren», sagt Roman Stocker, Professor am Institut für Umweltingenieurwissenschaften der ETH Zürich. 

Bisher ging die Forschung davon aus, dass dieser Marktplatz den Gesetzen der einfachen Diffusion folgt – und dass sich alle Substanzen nach demselben Muster verteilen: Demnach sind sie in unmittelbarer Umgebung der Mikroalge in höheren Konzentrationen zu finden, und mit zunehmendem Abstand von der photosynthetischen Zelle nehmen diese Konzentrationen allmählich ab.

Nun hat das Team um Stocker mithilfe eines technisch aufwendigen Verfahrens namens Raman-Mikrospektroskopie erstmals die Konzentrationen einer solchen Substanz – genannt Fucoxanthin – in der unmittelbaren Umgebung von einzelnen, lebenden Mikroalgenzellen aufgezeichnet und so die chemische Landschaft um das Phytoplankton genau vermessen. Ihre Ergebnisse präsentieren die Forschenden in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences. 

Wie eine Zwiebel 

Zu ihrer Überraschung stellten sie fest, dass die Konzentration an Fucoxanthin in der Nähe der Phytoplanktonzelle viel stärker ansteigt als erwartet. Dies deutet darauf hin, dass die Phycosphäre tatsächlich aus mehreren Schichten besteht. Sie sind wie Zwiebelschalen in immer grösseren kugelförmigen Hüllen um die Mikroalge in der Mitte gewickelt. Dabei bestimmen die chemischen Eigenschaften der abgegebenen Stoffe, wie weit sich die einzelnen Schichten ausdehnen.  

Die Forschenden kamen zum Schluss, dass es deutliche Unterschiede zwischen den Substanzen gibt: Nur wasserlösliche Stoffe wie Zucker oder Aminosäuren verhalten sich so, wie es man aufgrund der einfachen Diffusion erwarten würde. Ihre Konzentration nimmt sehr allmählich ab, je grösser der Abstand zu den Mikroalgen wird.

Anders ist es bei wasserabweisenden Stoffen wie Fucoxanthin, dasdass eines der wichtigsten Photosynthese-Pigmente in vielen Mikroalgen ist. Diese Substanz bleibt in der Nähe der Mikroalge stark konzentriert und ihre Konzentration nimmt rund zehn Mikrometer von der Zelloberfläche entfernt sehr stark ab. Wie ist das möglich? Zachary Landry und Riccardo Foffi, die beiden Erstautoren der Studie, stellten fest, dass eine dünne Schicht aus schleimartigen Stoffen rund um die Mikroalge dafür verantwortlich ist. 

Schleim mit doppelter Funktion 

Eine Art Schleim umhüllt die Mikroalge, der gemäss den Forschenden eine doppelte Funktion erfüllt: «Einerseits hilft er wasserabweisenden Stoffen, sich im Wasser zu verteilen», sagt Foffi. Andererseits halte der Schleim die Moleküle zurück – und hindere sie daran, sich von der Zelle weg zu bewegen, was zu den deutlich höheren Konzentrationen in der Nähe der Zelloberfläche führe.

«Dadurch entstehen viel stärkere chemische Signale», fügt Landry hinzu. «Sie machen es den Bakterien einfacher, die winzigen Mikroalgenzellen im Ozean zu finden.» Das verändert das bisherige Bild der Phycosphäre grundlegend. Den Forschenden zufolge haben ihre Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf Modelle der Wechselwirkungen zwischen Phytoplankton und Bakterien. Zudem zeigen sie, dass gute experimentelle Arbeiten auch in einer zunehmend rechnergestützten Welt weiterhin wichtig bleiben. 

Die Studie zeigt, dass die unmittelbare Umgebung von Mikroalgen viel komplexer aufgebaut ist als bisher angenommen. Diese neuen Erkenntnisse könnten helfen, die Wechselwirkungen zwischen Mikroalgen und Bakterien – und damit einen wichtigen Teil des Kohlenstoffkreislaufs der Meere – besser zu verstehen.

ETH Zürich

Originalpublikation:

Landry ZC, Foffi R, Anelli V, Arosio P, Gil-Garcia M, Henshaw RJ, Müller O, Paccagnan G, Schneider TN, Schubert CJ, Słomkab J, Lee KS, Zambelli T, Zweifel S, and Stocker R.: Raman imaging of the phycosphere reveals sharp gradients of organic matter exuded by single phytoplankton cells, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A.  (2026). https://doi.org/10.1073/pnas.2535317123

Schon wirbellose Tiere können sich auf Krankheitserreger anpassen

Tue, 14 Jul 2026 10:58:53 +0200

Das sogenannte angeborene Immunsystem gilt als die erste Verteidigungslinie gegen Krankheitserreger. Nach der klassischen Lehrmeinung reagiert es schnell, aber weitgehend unspezifisch auf eindringende Mikroorganismen. Dagegen wird dem „adaptiven Immunsystem“ der Wirbeltiere die Fähigkeit zugeschrieben, zwischen nützlichen und schädlichen Mikroorganismen gezielt zu unterscheiden. Denn erst das adaptive Immunsystem besitzt Antikörper und Gedächtniszellen, die durch den Kontakt mit Krankheitserregern im Laufe des Tierlebens trainiert werden.

In der nun in Nature Communications erschienenen Studie zeigt ein Forschungsteam um Prof. Dr. Sebastian Fraune von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) am Institut für Zoologie und Organismische Interaktionen zusammen mit Kolleginnen und Kollegen der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, dass diese Sichtweise ergänzt werden muss. Die Forschenden wiesen nach, dass bereits ein evolutionär sehr ursprüngliches Tier, die Seeanemone Nematostella vectensis, Mikroorganismen gezielt unterscheiden kann – obwohl sie ausschließlich über ein angeborenes Immunsystem verfügt.

Im Mittelpunkt der Arbeit standen frei bewegliche Zellverbände im Inneren der Seeanemone, die sogenannten Nematosomen. Die Forschenden zeigten, dass diese Strukturen bevorzugt fremde Bakterien aufnehmen und abbauen, während sie die natürlich zur Seeanemone gehörenden und für sie nützlichen Bakterien, ihr „Mikrobiom“, weitgehend verschonen. Auf diese Weise tragen die Nematosomen dazu bei, eine stabile und gesunde Gemeinschaft im Mikrobiom zu erhalten.

Eine Schlüsselrolle spielt das Gen cJun, das die Funktion der Nematosomen steuert. Mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 schaltete die Forschenden dieses Gen gezielt aus. Die veränderten Tiere bildeten deutlich weniger Nematosomen und verloren die Fähigkeit, fremde und körpereigene Bakterien zuverlässig zu unterscheiden. Dadurch geriet das Mikrobiom aus dem Gleichgewicht und die Tiere wurden anfälliger für bakterielle Infektionen.

Dr. Nida Kaya ist Erstautorin der Studie, die Forschungen waren Schwerpunkt ihrer Promotion: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die gezielte Erkennung von Mikroorganismen kein Privileg des adaptiven Immunsystems ist. Vielmehr besitzen bereits Wirbellose hochentwickelte Mechanismen, mit denen sie ihre nützlichen Mikroorganismen fördern und potenziell schädliche Bakterien gezielt kontrollieren können.“

Prof. Fraune ergänzt: „Die Fähigkeit, Mikroorganismen selektiv erkennen zu können, ist damit vermutlich deutlich älter als bisher angenommen. Sie entwickelte sich bereits früh in der Evolution der Tiere. Dazu liefert diese Studie wichtige neue Erkenntnisse über die evolutionären Ursprünge des Immunsystems. Sie zeigt, wie Tiere seit Hunderten von Millionen Jahren das Gleichgewicht zwischen nützlichen Mikroorganismen und Krankheitserregern aufrechterhalten.“

Hieraus ergeben sich neue Perspektiven, um das angeborene Immunsystem und dessen evolutionären Entwicklung zu erforschen. Gleichzeitig wirft die Studie Frage auf, wie weit die Leistungsfähigkeit des angeborenen Immunsystems tatsächlich reicht. Die Seeanemone bietet dafür ein gutes Modellsystem, um grundlegende Prinzipien der Immunbiologie zu entschlüsseln, die bis heute in vielen Tiergruppen erhalten geblieben sein können.

Prof. Fraune: „Besonders interessant ist in diesem Zusammenhang das sogenannte Immungedächtnis bei wirbellosen Tieren. Auch ohne adaptives Immunsystem scheinen sie, nach einer ersten Begegnung mit bestimmten Krankheitserregern, bei einem erneuten Kontakt schneller oder wirksamer reagieren zu können. Dieses Phänomen wird als ‚Immune Priming‘ oder angeborenes Immungedächtnis bezeichnet.“

Die in der Studie beschriebenen Nematosomen bieten ein vielversprechendes Modellsystem, um die zellulären und molekularen Grundlagen solcher Gedächtniseffekte zu untersuchen. Da die Zellen zwischen eng verwandten Bakterienstämmen unterscheiden können und ihre Aktivität durch cJUN gesteuert wird, lassen sich künftig gezielt die Signalwege erforschen, die einer verbesserten Wiedererkennung von Mikroorganismen zugrunde liegen.

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf

Originalpublikation:

Kaya, N.H., Abukhalaf, M., Fuentes, G. et al. c-JUN controls microbial colonization via selective phagocytosis in the sea anemone Nematostella. Nat Commun 17, 6087 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-75511-w

Gene folgen präzisen Schaltregeln

Mon, 13 Jul 2026 12:04:22 +0200

Eine Klimaanlage hat zwei Modi: aus und an. Draußen hat es 40 Grad. Ist die Klimaanlage aus, strömt die warme Luft durch den Raum. Ist sie aber eingeschaltet, feuert sie kalte 15 Grad. Wie lässt sich diese Klimaanlage nun aber so steuern, dass sie den Raum auf gemütlichen 25 Grad hält? Ingenieur:innen haben dafür eine Lösung, nämlich die sogenannte Pulsweitenmodulation. Dabei wechselt die Klimaanlage durch einen Schalter ständig zwischen „ganz an“ und „ganz aus“. Entscheidend ist, wie lange sie jeweils in einem dieser Zustände bleibt – der Durchschnitt macht die gewünschte Temperatur.

Vor einem ähnlichen Problem stehen Zellen, wenn sie ihre Gene regulieren (Genexpression). Ein neuer theoretischer Ansatz von Professor Gašper Tkačik und Postdoc Alexis Bénichou vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA), Benjamin Zoller und Thomas Gregor (Institut Pasteur und Princeton University) erklärt, wie dies funktionieren könnte. Dabei wurden die präzisen experimentellen Daten von Zoller und Gregor in diese theoretische Publikation einbezogen.

Zufällig – aber nach Protokoll

„Es gibt viele Modelle, die versuchen, zu erklären, wie Zellen exakt Gene ein- und ausschalten“, erklärt Gašper Tkačik. „Das Telegraf-Modell, beispielsweise, geht davon aus, dass die Gene in kurzen Ausbrüchen aktiviert werden. Gene ‚flackern‘ also zufällig zwischen an und aus – und bilden trotzdem in Organismen wie der Fruchtfliege extrem präzise Muster der Genregulation. Was aber nicht klar war: Warum sollte die Zelle die Genexpression überhaupt über so eine Strategie steuern? Wenn ein Gen zum Beispiel 80 Prozent aktiv sein soll, warum schaltet es dann nicht einfach dauerhaft auf 80 Prozent, sondern lässt es zwischen 0 und 100 Prozent flackern? Und selbst wenn genau das die Strategie ist, wie läuft dann dieses Schalten ab? Während Klimaanlagen auf technisch ausgefeilte Schalter zurückgreifen, die jederzeit präzise betätigt werden können, verfügen Zellen nicht über solche Komponenten. Sie können den genauen Zeitpunkt jedes Ein- oder Ausschaltvorgangs nicht festlegen, sondern lediglich die Wahrscheinlichkeit des Umschaltens modulieren.

Die neuen Forschungsergebnisse besagen, dass das Flackern der Gene nach einem bestimmten Prinzip organisiert ist, nämlich mit einer konstanten charakteristischen Zeitskala. „In der Physik bezeichnen wir dies als Korrelationszeit ‚Tc‘“, erklärt Tkačik. „Sie bleibt unabhängig vom gewünschten Expressionsniveau konstant und ermöglicht so eine sehr präzise Steuerung der Expression. Diese Entdeckung war eine große Überraschung, da sie im Widerspruch zu zuvor veröffentlichten Modellen steht.“ Das Schaltprogramm ist also, kurz gesagt, zufällig im einzelnen Moment, aber präzise im statistischen Durchschnitt.

Präzision benötigt Energie

Viele klassische Modelle gehen davon aus, dass Genexpression vor allem passiv angetrieben wird. Moleküle – sogenannte Transkriptionsfaktoren – docken mehr oder weniger zufällig an die DNA und lösen sich wieder. Dadurch wird ein Gen mal aktiver, mal weniger aktiv. Laut Tkačik ist diese passive Kontrolle im thermodynamischen Gleichgewicht, verbraucht also keine Energie, sondern ist im Equilibrium. Die beobachtete konstante Korrelationszeit in der Fruchtfliege lässt sich mit einfachen Gleichgewichtsmodellen aber schwer erklären. Bei eukaryotischen Zellen scheint es so zu sein, dass etwas komplexere Schemata benutzt werden.

Die neue Studie der Forscher:innen zeigt dafür eine neue theoretische Vorgehensweise, welche nahelegt, dass diese passive Sicht alleine nicht ausreicht. Dieses System läuft nicht einfach im thermodynamischen Gleichgewicht, sondern wird aktiv angetrieben und verbraucht Energie. Der nächste Schritt ist, diese theoretische Vorhersage auch experimentell zu untersuchen.

Laut Tkačik bleibt noch einiges zu tun, so etwa auch ein wirklich mechanistisches, physikalisches Rahmenmodell, in Form von Gleichungen, die an experimentelle Daten angepasst sind. Damit versuchen die Forschenden dann zu beschreiben, ob die stochastische Ein-Aus-Dynamik innerhalb einzelner Zellkerne dadurch verursacht wird, dass die Genregulation tatsächlich auf dem DNA-Polymer stattfindet. Zudem soll untersucht werden, wie eine solche Dynamik zu den hochpräzisen Genexpressionsmustern führen kann, die auf der Ebene eines gesamten Organismus beobachtet werden.

Institute of Science and Technology Austria

Originalpublikation:

Zoller et al. 2026. Invariant non-equilibrium dynamics in gene regulation optimize information flow. PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2524855123, https://doi.org/10.1073/pnas.2524855123

Nationale Forschungsdateninfrastruktur: DFG begrüßt Entscheidungen der Gemeinsamen Wissenschaftskonferenz

Mon, 13 Jul 2026 11:55:56 +0200

„Die Weiterförderung aller zehn Konsortien der zweiten Ausschreibungsrunde stärkt die NFDI als wissenschaftsgeleitetes Netzwerk unterschiedlicher Communitys, Akteure und Dienste“, betont die Präsidentin der DFG, Professorin Dr. Katja Becker. „Sie festigt die Rolle der NFDI als disziplinübergreifendes Forum für die Erprobung, Etablierung und Fortentwicklung datenbasierter Methoden und Technologien. Auf diese Weise eröffnet die NFDI der Forschung neue Möglichkeiten und schafft zugleich eine wichtige Grundlage zur Sicherstellung digitaler Souveränität und Resilienz der Wissenschafts- und Infrastrukturlandschaft.“

Als größte Forschungsförderorganisation und zentrale Selbstverwaltungseinrichtung für die Wissenschaft in Deutschland steuert und organisiert die DFG den wissenschaftsgeleiteten Begutachtungs- und Auswahlprozess der Konsortien und legt Förderempfehlungen vor. Derzeit fördern Bund und Länder insgesamt 27 Konsortien aus allen Wissenschaftsbereichen, die sich mit ihren Angeboten nicht nur an Forscher*innen aus der eigenen Disziplin richten, sondern in engem Zusammenwirken auch fachübergreifende Dienste entwickeln und bereitstellen. Zu den Diensten der Konsortien gehören beispielsweise die Software-Entwicklung für elektronische Laborjournale, Fortbildungen in der fachgerechten Annotation von Daten oder die Unterstützung und Beratung bei der Sicherung und nachhaltigen Speicherung von vorhandenen und neu produzierten Daten. Zudem werden disziplinübergreifende Metadatenstandards entwickelt, um die Nachnutzbarkeit von vorhandenen Daten auch über Fächergrenzen hinaus zu steigern. Die neun Konsortien der ersten Auswahlrunde konnten sich bereits 2025 erfolgreich für eine weitere Förderung empfehlen.

Ferner verabschiedete die GWK am 10. Juli eine neue Bund-Länder-Vereinbarung zur NDFI. „Dass Bund und Länder sich darauf verständigt haben, die NFDI zunächst bis zum 31. Dezember 2038 weiter zu finanzieren, ist eine unverzichtbare Grundlage für das langfristige Vorhalten von Daten und Diensten für die gute digitale Wissenschaftspraxis und positioniert die NFDI klar als Knotenpunkt für effizientes Forschungsdatenmanagement in Deutschland und darüber hinaus“, konstatiert Dr. Heide Ahrens, die Generalsekretärin der DFG. Die in der BLV definierte Anpassung der Governancestruktur sei klar darauf ausgerichtet, die strategischen Ziele der NFDI zu erreichen. Das zeige sich unter anderem an der neu eingeführten Rolle des technischen Geschäftsführers in einem dreiköpfigen Präsidium.„Dabei wird es nach wie vor darauf ankommen, die NFDI im künftigen Zusammenwirken von Fachbereichen und Betriebsnetzwerk konsequent wissenschaftsgeleitet zu steuern. Mit einem von der DFG administrierten Innovationsprogramm können wir zudem der Dynamik sich stetig wandelnder wissenschaftlicher Bedarfe bestens Rechnung tragen“, fügte Ahrens hinzu.

DFG

Informationen der GWK:

Wegweisende Schritte für zentrale Forschungsinfrastrukturen in Deutschland vereinbart: Stärkung des Forschungsdatenmanagements, des Hochleistungsrechnens mit KI an Hochschulen sowie der Digitalisierung in den Geisteswissenschaften PM_09_26 (nicht barrierefrei)

Weitere Informationen zur NFDI: https://www.dfg.de/de/foerderung/foerderinitiativen/nfdi

Das Gehirn blinder Menschen reorganisiert sich anders als bisher angenommen

Mon, 13 Jul 2026 11:36:59 +0200

Die Entwicklung des menschlichen Gehirns ist einer der komplexesten biologischen Prozesse. In den ersten Lebensjahren finden im Gehirn enorme Veränderungen statt, die dazu beitragen, seine Funktionsweise zu optimieren. Allein im ersten Jahr vergrößert sich die Oberfläche der Großhirnrinde um etwa drei Viertel, während ihre Dicke um rund ein Drittel zunimmt.  Zu Beginn der Entwicklung bildet das Gehirn weit mehr Verbindungen zwischen Neuronen, als es tatsächlich benötigt. Im Laufe des Lebens werden häufig genutzte Verbindungen gestärkt, während andere in einem als „Pruning“ bezeichneten Prozess eliminiert werden. 

Gleichzeitig schreitet ein weiterer Prozess – die Myelinisierung – im gesamten Gehirn voran. Dabei werden die Nervenfasern von einer Fettschicht umhüllt, die ähnlich wie die Isolierung um elektrische Leitungen funktioniert und die Signalübertragung beschleunigt. Diese „Isolierung“ entwickelt sich je nach den Bedürfnissen der einzelnen Hirnregionen unterschiedlich. Neuronen in sensorischen Kortexen – wie dem visuellen und auditorischen Kortex – sind stark myelinisiert, während Neuronen im Frontallappen, der für höhere kognitive Funktionen zuständig ist, weniger Myelin aufweisen. 

„Aus Tierstudien wissen wir bereits, dass Sinneserfahrungen einen enormen Einfluss auf diese Entwicklungsprozesse haben. Die genauen Mechanismen hinter diesem Einfluss sind jedoch Gegenstand laufender Forschung,“ erklärt die Erstautorin der Studie, Anna-Lena Stroh vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. „Menschen, die von Geburt an blind sind, spielen in diesem Zusammenhang eine besonders wichtige Rolle, da sich ihr Gehirn ohne visuelle Reize entwickelt. So lassen sich die Auswirkungen von Sinneserfahrungen auf die Gehirnentwicklung gezielt untersuchen.“

Seit vielen Jahren beobachten Wissenschaftler*innen, dass der visuelle Kortex von Menschen, die von Geburt an blind sind, dicker erscheint als der von sehenden Menschen. Die vorherrschende Erklärung lautete, dass Blindheit den Pruning-Prozess stört, wodurch überschüssige neuronale Verbindungen im visuellen Kortex zurückbleiben. Um diese Idee direkt zu überprüfen, arbeiteten die Forschenden aus Polen mit einem Team in Leipzig zusammen, das über Fachwissen in der In-vivo-Histologie verfügt und Zugang zu modernster Bildgebungstechnologie hat, mit der sich Hirngewebe in außergewöhnlich hoher Detailgenauigkeit charakterisieren lässt.  Das Projekt war somit auch ein großes organisatorisches Unterfangen, das die die Rekrutierung und Koordination blinder Teilnehmender aus ganz Polen erforderte.Insgesamt reisten 24 von Geburt an blinde Personen nach Leipzig, um an bildgebenden Messungen des Gehirns teilzunehmen. Sie wurden mit sehenden Kontrollpersonen verglichen, die hinsichtlich Alter und Geschlecht vergleichbar waren.

„Dank hochauflösender Daten unserer 7 Tesla und 3 Tesla-Connectom-Magnetresonanztomographen (MRT) konnten wir die Mikrostruktur des Gehirns im Submillimeterbereich abbilden und so mehrere wichtige Muster aufdecken“, betont Nikolaus Weiskopf, Direktor der Abteilung Neurophysik am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften. „Wie bereits in früheren Studien beobachteten wir, dass der visuelle Kortex bei blinden Teilnehmer*innen dicker erschien. Entscheidend ist, dass wir zeigen konnten, dass der visuelle Kortex von Menschen, die von Geburt an blind sind, weniger myelinisiert war. Dies könnte den scheinbaren dickeren visuellen Kortex erklären. Hinweise darauf, dass der Pruningprozess gestört ist, fanden wir hingegen nicht, auch wenn dieser Prozess weiterhin eine Rolle spielen könnte. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass eine verringerte Myelinisierung ein zentraler Faktor für die bei Blindheit beobachteten strukturellen Unterschiede im Gehirn ist.“ 

„Eine verminderte Myelinisierung kann auch beeinflussen, wie die Grenze zwischen grauer und weißer Substanz in MRT-Aufnahmen erscheint“, erläutert Anna-Lena Stroh. „Dadurch kann die Großhirnrinde in MRT-Messungen dicker erscheinen.“  Zusätzliche Analysen zeigten, dass diese Veränderungen auch die weiße Substanz betrafen, die für die Informationsübertragung zwischen verschiedenen Hirnregionen zuständig ist. Gleichzeitig beobachteten die Forschenden keine vergleichbaren Unterschiede in Hirnarealen, die mit dem Hören oder Tasten in Verbindung stehen. Dies deutet darauf hin, dass die beschriebenen Veränderungen direkt mit dem Fehlen visueller Erfahrungen zusammenhängen.  

Die Forschenden betonen, dass diese Ergebnisse nicht als Hinweis auf ein „beeinträchtigtes“ Gehirn interpretiert werden sollten. Bei blinden Menschen ist der visuelle Kortex an Funktionen wie der Sprachverarbeitung, dem Arbeitsgedächtnis und der kognitiven Kontrolle beteiligt. Interessanterweise sind auch die Gehirnregionen, die diese Funktionen bei sehenden Menschen unterstützen, tendenziell weniger myelinisiert. „Daher stehen die Unterschiede, die wir bei blinden Menschen beobachten, völlig im Einklang mit dem, was dieser Kortex bei blinden Menschen tatsächlich leistet. Der visuelle Kortex bei blinden Menschen ist nicht beeinträchtigt – er ist nur anders organisiert“, bemerkt Marcin Szwed von der Jagiellonen-Universität in Krakau.

Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Originalpublikation:

Anna-Lena Stroh, Luke J. Edwards, Daniel Haenelt, Fakhereh Movahedian Attar, Kerrin J. Pine, Robert Trampel, Marcin Szwed, and Nikolaus Weiskopf: "Congenital blindness reduces myelination in human visual cortex", Science Advances: https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aec2348

Unterschätzte Wirkung von Temperaturschwankungen: Wie der Klimawandel Mikroalgen im Inneren umbaut

Mon, 13 Jul 2026 11:11:19 +0200

Mikroalgen sind unsichtbare Motoren des Lebens: Durch Fotosynthese binden sie einen erheblichen Teil des planetaren Kohlendioxids und bilden die Basis aquatischer Nahrungsketten. Doch wenn es zu heiß oder zu kalt wird, dann beginnt dieser Motor zu stottern. An der Grünalge Chlamydomonas reinhardtii sind diese Auswirkungen bestens untersucht. Denn die Mikroalge fungiert als Modellorganismus: Weil sie sich besonders gut kultivieren und mit genetischen Methoden untersuchen lässt, studieren Forschende an ihr allgemeinere biologische Prinzipien von Mikroalgen. Die Reaktionen der Grünalge auf besonders hohe oder niedrige Temperaturen wurden daher bereits mehrfach untersucht. Bislang fehlte jedoch der Blick auf geringere Temperaturveränderungen in Gewässern und Böden, den Lebensräumen von C. reinhardtii, außerhalb von Extremtemperaturen. Im Zuge des Klimawandels nehmen Temperaturverschiebungen im entsprechenden Bereich zwischen 18 und 33 Grad Celsius jedoch zu. Genau diese Lücke adressiert nun erstmals eine Studie von Forschenden des Exzellenzclusters »Balance of the Microverse« der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI).

Moderate Veränderungen, deutliche Reaktionen

Bereits moderate Temperaturverschiebungen führen zu weitreichenden Veränderungen in der Genaktivität und dem Verhalten von C. reinhardtii. Vier Arbeitsgruppen im Cluster unter Koordination von Prof. Dr. Maria Mittag zeigen, dass etwa ein Drittel aller proteinkodierenden Gene der Alge auf Temperaturänderungen reagiert. Betroffen sind Gene aus fast allen Funktionsbereichen der Zelle, von Fotosynthese und Stoffwechsel bis zu Fortbewegung und der Interaktion mit Bakterien.

Die Folgen: Erhöht sich die Temperatur von 23 auf 28 Grad Celsius, erreicht die Algenpopulation eine um zwanzig Prozent höhere Zelldichte. Gleichzeitig verkürzen sich die Cilien, die fadenförmigen Fortbewegungsorgane der Mikroalge.

»Mikroalgen mögen für das bloße Auge weitgehend unsichtbar sein, aber sie sind eng mit ihrer Umgebung abgestimmt. Überrascht hat uns, dass sich bereits 15 Minuten nach Veränderung der Temperatur das Schwimmverhalten der Algen anpasst«, erklärt Dr. Prateek Shetty, Erstautor der Studie. »Noch bevor die Zellstruktur umgebaut wird, verringern sie ihre Geschwindigkeit und wechseln häufiger die Richtung.«

Doch auch der Stoffwechsel der Mikroalge verändert sich: Bei steigenden Temperaturen greift C. reinhardtii zunächst auf organische Kohlenstoffquellen zurück und verzögert so den Beginn der Fotosynthese um mehrere Tage. Auch die Fortpflanzung und die Interaktion mit anderen Mikroorganismen sind von Temperaturveränderungen betroffen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit als Schlüssel

Methodisch untersuchte das Team die Algen auf mehreren Ebenen zugleich. Vier Forschungsgruppen des Microverse-Clusters brachten dafür ihre jeweilige fachliche Expertise ein. Durch die Zusammenarbeit der Forschungsgruppen von Prof. Dr. Maria Mittag, Dr. Markus Lakemeyer, Prof. Dr. Rosalind Allen und Prof. Dr. Miriam Rosenbaum entstand ein zusammenhängendes Bild von Genaktivität, Proteinzusammensetzung, Bewegungsverhalten und Fotosyntheseleistung der Algen.

»Dass schon graduelle Temperaturverschiebungen die Algenzelle tiefgreifend umsteuern, war bislang unklar. Diese Erkenntnis verdanken wir der engen und produktiven Zusammenarbeit im Cluster: Erst das Zusammenspiel mehrerer Gruppen mit verschiedenen methodischen Stärken hat das Bild sichtbar gemacht«, betont Prof. Dr. Maria Mittag, Arbeitsgruppenleiterin im Exzellenzcluster und Koordinatorin der Studie.

Kleine Schwankungen, große Wellen

Mikroalgen wie Chlamydomonas reinhardtii stehen am Anfang vieler aquatischer Nahrungsketten und tragen erheblich zur Bindung von Kohlendioxid und zur Sauerstoffproduktion bei. Die nachgewiesenen Reaktionen der Alge auch auf geringe Temperaturverschiebungen lassen daher weitreichende Auswirkungen für die damit verbundenen Ökosysteme vermuten. Besonders relevant könnte die beobachtete Verzögerung der Fotosynthese sein. Falls sich dieser Effekt auch unter natürlichen Bedingungen bestätigt, könnte dies die CO₂-Bindung und Sauerstoffproduktion in sich erwärmenden Böden und Gewässern beeinflussen.

»Um die Auswirkungen globaler Phänomene wie des Klimawandels grundlegend zu verstehen, müssen wir bei den kleinsten Akteuren unserer komplexen Ökosysteme ansetzen. Die vorliegende Studie zeigt hervorragend, wie die kombinierten Forschungsperspektiven unseres Exzellenzclusters dieses unsichtbare Zusammenspiel sichtbar machen«, betont Prof. Dr. Kirsten Küsel, Sprecherin des Exzellenzclusters »Balance of the Microverse«.

Universität Jena

Originalpublikation:

P. Shetty et al.: Multiomics studies reveal how ambient temperature changes govern cellular responses of Chlamydomonas, Plant Cell, koag136, https://doi.org/10.1093/plcell/koag136 (2026).

Bakterien überführen Uran in stabile chemische Verbindung: Reduzierung des Gefährdungspotentials für Mensch und Umwelt

Mon, 13 Jul 2026 10:25:31 +0200

Bakterien in der Umwelt, etwa in Böden oder Gewässern, spielen für Ökosysteme eine wichtige Rolle. Unter ihnen gibt es auch Bakterien, die darauf spezialisiert sind, Schadstoffe abzubauen. „Das Schwermetall Uran, das für uns Menschen toxisch ist, können manche Bakterienarten für ihren Stoffwechsel nutzen“, sagt Dr. Evelyn Krawczyk-Bärsch, Wissenschaftlerin in der Arbeitsgruppe Terrestrische Mikrobiologie des des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) und Co-Autorin der Studie. „Aus Untersuchungen unserer Arbeitsgruppe war bereits bekannt, dass Bakterien in Wasser gelöstes Uran für ihren Stoffwechsel nutzen können, wenn ihnen als Nahrungsquelle Glycerin zur Verfügung steht.“ Glycerin ist ein Grundbestandteil von pflanzlichen und tierischen Fetten. In der Natur entsteht Glycerin zum Beispiel beim Abbau von Holz durch Pilze. Doch in welchem Maße können Bakterien die Menge des im Wasser gelösten Urans verringern? Und in welche chemischen Verbindungen wird freies Uran durch die bakteriellen Stoffwechselprozesse überführt? Diesen Fragen gingen die Forschenden in der vorliegenden Studie nach.

Uran in der Zellmembran

Für ihre Untersuchungen nutzten sie das Grubenwasser einer gefluteten Urangrube der Wismut GmbH im Erzgebirge. In Laborexperimenten, die unter Luftabschluss durchgeführt wurden, versetzte das Forschungsteam die Wasserproben mit einer definierten Menge an Glycerin. „Wir wollten der im Grubenwasser vorhandenen Bakteriengemeinschaft natürliche Bedingungen bieten, da in der rund 2.000 Meter tiefen Grube in der Regel kaum bis kein Sauerstoff vorhanden ist“, erklärt Dr. Antonio M. Newman-Portela, ehemaliger gemeinsamer Doktorand des HZDR und der Abteilung Mikrobiologie der Universität Granada (Spanien) sowie Erstautor der Studie. Die Bakterien nahmen unter für sie optimalen Bedingungen das Glycerin als Nahrungsquelle an. „Nach 130 Tagen waren in den Proben nur noch rund fünf Prozent des im Wasser gelösten Urans vorhanden“, sagt Newman-Portela. „Wir vermuteten, dass die Bakterien das Uran in ihre Zellmembran eingebaut haben könnten. Solche Einbauprozesse sind aus der Literatur bereits bekannt.“ Und tatsächlich konnten die Forschenden in der Zellmembran der Bakterien Uran nachweisen.

Ungewöhnlicher chemischer Zustand

Doch um welche chemischen Verbindungen handelt es sich hierbei? Um das genauer zu erforschen, nutzte das Team moderne mikroskopische und spektroskopische Methoden. Die Analysen wurden sowohl an der Rossendorf Beamline (ROBL), die das HZDR an der European Synchrotron Radiation Facility in Grenoble (Frankreich) betreibt, als auch an der Universität Granada durchgeführt.

Zunächst untersuchten die Wissenschaftler*innen, in welchen chemischen Zuständen das Uran in der Bakterienmembran vorliegt. In der chemischen Fachsprache wird der Begriff „Wertigkeit“ genutzt, um zu beschreiben, mit wie vielen „Händen“ sich ein Atom innerhalb einer chemischen Verbindung festhalten kann. „Uran kommt in der Regel 4-wertig oder 6-wertig vor. Es gibt auch 5-wertiges Uran, doch das ist selten oder nur kurzzeitig vorhanden. Es galt bislang als instabiler Übergangszustand“, erläutert Newman-Portela. „Die Ergebnisse unserer Studie waren daher äußerst überraschend, denn in der untersuchten Biomasse aus unseren Versuchsansätzen lag das Uran zu einem ungewöhnlich hohen Anteil auch als 5-wertiges Uran vor.“

Auch unter Einwirkung von Sauerstoff stabil

Weiterhin fanden die Forschenden heraus, dass das 5-wertige Uran mit Eisen und Sauerstoff die Verbindung FeU(V)O4 eingegangen ist. „Einen Namen hat diese Uranverbindung allerdings noch nicht, da sie vergleichsweise neu ist. Nachgewiesen wurde sie erstmals im Jahr 2020 in einer Studie, in der man Bodenproben von mit uranhaltiger Munition kontaminierten Böden in Kroatien untersucht hat“, erklärt Krawczyk-Bärsch. „Dabei fand man heraus, dass diese Uranverbindung selbst unter Einwirkung von atmosphärischem Sauerstoff seit mehr als 25 Jahren stabil ist. Wie diese Verbindung in der Natur entsteht, und dass Bakterien zu deren Entstehung beitragen, war bislang noch unbekannt.“ In weiteren Experimenten beobachtete das HZDR-Forschungsteam, dass die Menge an FeU(V)O4 sogar zunahm, wenn die getrocknete Biomasse Sauerstoff ausgesetzt war.

„Mit unserer Studie konnten wir erstmals zeigen, dass Bakterien, denen Glycerin als Nahrungsquelle zur Verfügung gestellt wird, in der Lage sind, in Wasser gelöstes toxisches Uran in eine stabile chemische Verbindung zu überführen“, sagt Krawczyk-Bärsch. „Inwieweit künftig vielleicht auch Bakterien helfen könnten, Uran unschädlich zu machen und im Rahmen von Sanierungsprojekten genutzt werden könnten, muss noch weiter erforscht werden.“ In zukünftigen Forschungsprojekten möchte das HZDR-Team mehr über die uranbindenden Bakterien und die dahinterstehenden biochemischen und geochemischen Prozesse herausfinden.

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Originalpublikation:
Newman-Portela, A.M., Kvashnina, K.O., Bazarkina, E.F. et al. Pentavalent and tetravalent uranium formation via glycerol-stimulated bacteria in mine water. Nat Commun 17, 4030 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72560-z

Die besten Biologie-Abiturientinnen und Abiturienten in Hessen wurden mit dem Karl-von-Frisch-Preis ausgezeichnet

Mon, 13 Jul 2026 09:16:30 +0200

In diesem Jahr hatten die hessischen Lehrkräfte 117 ihrer Schützlinge für den Preis nominiert. Diejenigen, die sich nicht ganz für den Preis qualifizieren konnten, wurden mit einer „Anerkennungsurkunde für hervorragende Leistungen im Fach Biologie“ ausgezeichnet. Bei der Preisverleihung waren auch Eltern, Freunde und Bekannte der Preisträgerinnen und Preisträger sowie viele der nominierenden Biologielehrerinnen und -lehrer anwesend. Es kamen jedoch nicht ganz so viele wie in den vergangenen Jahren nach Marburg, um ihre Urkunde persönlich in Empfang zu nehmen, da der Termin auf den ersten Feriensamstag gelegt werden musste und es zudem ein extrem heißer Tag war. Dennoch konnte der Vizepräsident der Uni Marburg, Gert Bange, etwa 150 Gäste begrüßen, die den Tag in einem angenehm temperierten Hörsaal verbringen konnten, weil der schnell informierte technische Notdienst vor Beginn der Veranstaltung die am Wochenende ausgeschaltete Lüftung wieder einschalten konnte. In der Biologie spielt die Wissenschaft natürlich die „erste Geige“. Deshalb gab es insgesamt vier Fachvorträge, die eine gute Balance zwischen Allgemeinverständlichkeit und wissenschaftlichem Anspruch fanden.

Sven Bogdan (Institut für Physiologie und Pathophysiologie, Marburg) erzählte, wie man aus dem Modellsystem Fruchtfliege auch etwas über die Wundheilung beim Menschen lernen kann. Mareike Lehmann (Institut für Lungenforschung, Marburg) berichtete über Modelle der alternden menschlichen Lunge in Zellkultur, Organoiden und noch lebenden Lungenschnitten, mit denen Lungenkrankheiten mit einem geringeren Einsatz von Tierversuchen erforscht werden können.

Georg Hochberg (Fachbereich Biologie, Marburg) ist, inspiriert durch den Film „Jurassic Park“, „molekularer Paläontologe“ geworden. Mit einer Kombination aus rechnerischen und synthetischen Ansätzen ist es ihm gelungen Milliarden Jahre alte Enzyme im Labor nachzubauen, zu untersuchen und daraus für die Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten wichtige Schlussfolgerungen zu ziehen. Jan Kellmann (SYNMIKRO, Marburg) berichtete vor der Verleihung der Urkunden über eine heute denkbar gewordene „Spiegelwelt“. Die Bausteine des Lebens in DNA und Proteinen haben alle ein Spiegelbild. Alle Lebewesen nutzen jedoch immer nur die gleiche der beiden Spiegelvarianten. Mit Hilfe der synthetischen Biologie kann man jedoch die „anderen“ Spiegelmoleküle bauen, die zwar gleich funktionieren, aber für das existierende Leben völlig fremd sind. Stellen Spiegelmoleküle oder gar ganze Spiegelorganismen unkalkulierbare Risiken dar, und kann/muss/darf man die Forschung daran unterbinden? Die Mittagspause bot Zeit und Raum darüber zu diskutieren. Anschließend konnten die angereisten ca. 60 Preisträger an fünf Laborführungen teilnehmen. Für die Lehrkräfte gab es eine Führung durch die ansonsten geschlossenen Gewächshäuser des Botanischen Gartens. Für die Übergabe der Urkunden an die anwesenden Preisträgerinnen und Preisträger, darunter zwei aus Marburg und eine aus Kirchhain, hatte Stadträtin Sevim Yüzgülen, die den Oberbürgermeister vertrat, die kürzeste Anreise, wogegen Christopher Textor und Dr. Annette Petri vom Hessischen Ministerium für Kultus, Bildung & Chancen extra aus Wiesbaden angereist waren, um den Preisträgerinnen und Preisträgern zu gratulieren und die Urkunden zu überreichen.

Der Namensgeber des Preises, Karl von Frisch, steht für einen Wissenschaftler, der sich durch eine sehr gute Beobachtungsgabe auszeichnet, in der Lage ist, hervorragende Mitarbeiter zu gewinnen und zu motivieren sowie die Ergebnisse seiner Arbeit der Öffentlichkeit verständlich zu machen. Mit der Verleihung der Karl-von-Frisch-Preise verbindet der VBIO die Hoffnung, dass die jungen Preisträgerinnen und Preisträger im Laufe ihrer Karriere danach streben, diese Fähigkeiten auch zu erlangen – selbst dann, wenn sie sich nicht für eine Karriere in den Biowissenschaften entscheiden sollten.

Im Juli 2026
Dr. Jörg Klug (LV Hessen)

Wenn Arten fliehen müssen – Vorhersagemodelle unterschätzen klimawandelbedingte Aussterberisiken

Fri, 10 Jul 2026 17:25:00 +0200

Die Forscherinnen Raya Keuth, Susanne Fritz und Damaris Zurell haben die gegenwärtigen Richtlinien der IUCN Red List zur Abschätzung des Aussterberisikos unterm Klimawandel systematisch untersucht. Die Rote Liste gefährdeter Arten der Internationalen Union für Naturschutz (IUCN) bildet seit 1964 den Zustand der weltweiten Artenvielfalt ab und hat kürzlich ihre Richtlinien für die Abschätzung des Aussterberisikos unterm Klimawandel erweitert. Um diese zu testen, haben die Forscherinnen in ihrer Studie verschiedene virtuelle Arten simuliert, die sich hinsichtlich ihrer Ausbreitungsgeschwindigkeit, Reproduktionsgeschwindigkeit und Wärme-/Kälteanpassung unterscheiden.. Die Ergebnisse zeigen, dass die derzeit am häufigsten verwendeten Modelle, die Artverbreitungsmodelle (SDMs), die Gefahr des Aussterbens bei Arten mit räumlicher Verschiebung ihrer Lebensräume unterschätzt. Der Grund dafür liegt in der Annahme einer linearen Beziehung zwischen Populationsgröße und Lebensraumverlust, die durch empirische Daten nicht gestützt wird. Tatsächlich wurde festgestellt, dass bei wandernden Arten schon kleine Verluste im Lebensraum bereits zu starken Populationsrückgängen führen.

Weiterhin zeigen die Studienergebnisse, dass die derzeitigen Richtwerte für quantitative Aussterberisiken, wie sie mithilfe von räumlich expliziten Populationsmodellen (SEPMs) berechnet werden können, zu konservativ sind und daher zu spät warnen, um noch effektive Schutzmaßnahmen zu ergreifen. Die Studie offenbart damit fundamentale Schwächen in der aktuellen Vorgehensweise der IUCN Red List zur Abschätzung des Aussterberisikos unter Einfluss des Klimawandels.

Die Forschenden betonen, dass es notwendig sei, die Richtlinien der IUCN Red List zu aktualisieren, um klimabedingte Aussterberisiken in Zukunft besser abschätzen zu können. Dafür geben sie Empfehlungen, wie die bestehenden Modelle neu verknüpft werden könnten und welche Maße zielführender sind.

„Unsere Forschung unterstreicht die Dringlichkeit, die Richtlinien der IUCN Red List zu verbessern, damit Naturschutzmaßnahmen rechtzeitig geplant und umgesetzt werden können“, erklärt die Hauptautorin der Studie Raya Keuth vom Institut für Biochemie und Biologie der Universität Potsdam. „Nur durch eine präzisere Vorhersage können wir dem Verlust der Artenvielfalt effektiv begegnen.“

Universität Potsdam

Originalpublikation:

Raya Keuth, Susanne A. Fritz, Damaris Zurell. Models used for Red List assessments underestimate climate-related extinction risk of range-shifting species. Nature Ecology & Evolution (2026). https://doi.org./10.1038/s41559-026-03125-y

SARS-CoV-2: Neue Hinweise auf mögliche Ursachen von Long-COVID-Fatigue

Fri, 10 Jul 2026 13:38:00 +0200

Rund 22 Monate nach einer laborbestätigten SARS-CoV-2-Infektion berichteten noch 23 Prozent der 750 Studienteilnehmer:innen über anhaltende Erschöpfung. Ein niedriger Selenspiegel oder Autoantikörper allein standen dabei nicht eindeutig mit den Beschwerden in Zusammenhang. Erst das gleichzeitige Auftreten von entweder niedrigen Selenspiegeln oder niedrigen Spiegeln des Selentransportproteins SELENOP zusammen mit dem Nachweis von Antikörpern gegen SELENOP war mit einer doppelt so hohen Häufigkeit von Fatigue assoziiert.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Zusammenspiel von Selenstoffwechsel und Immunreaktion bei einem Teil der Long-COVID-Fälle eine Rolle spielen könnte“, sagt Prof. Dr. Börge Schmidt vom Institut für Medizinische Informatik, Biometrie und Epidemiologie (IMIBE) der Medizinischen Fakultät der Universität Duisburg-Essen und der Universitätsmedizin Essen. „Das verbessert unser Verständnis der biologischen Mechanismen hinter anhaltender Erschöpfung im Kontext von Infektionsereignissen“, so Prof. Dr. Mirko Trilling Leiter des Instituts für die Erforschung von HIV und AIDS-assoziierten Erkrankungen (HIV-AAD).

Die Autor:innen betonen, dass es sich zunächst um eine statistische Beobachtung handelt, die derzeit noch keinen ursächlichen Zusammenhang nachweist. Die Ergebnisse liefern jedoch wichtige Ansatzpunkte für zukünftige Forschung zu Diagnostik und Behandlung von Long-COVID.

Universität Duisburg-Essen

Originalpublikation:

Börge Schmidt, Sabrina Asaad, Laven Mavarani, Andreas Stang, Thilo S. Chillon, Waldemar B. Minich, Kostja Renko, Thorsten Brenner, Lara Maria Schöler, Ulf Dittmer, Mirko Trilling, Lutz Schomburg: Low serum selenium combined with SELENOP-autoantibodies are associated with persistent fatigue after SARS-CoV-2 infection, Redox Biology, Volume 95, 2026, doi.org/10.1016/j.redox.2026.104273.