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Uralter Mechanismus der Pflanzenabwehr in frühen Landpflanzen entdeckt

Fri, 04 Sep 2026 12:42:07 +0200

Die laterale Hemmung ist eine weit verbreitete Entwicklungsstrategie, bei der Zellen mit ihren unmittelbaren Nachbarzellen kommunizieren, um deren Differenzierung in denselben Zelltyp zu verhindern. Dadurch entstehen häufig regelmäßig angeordnete Muster unterschiedlicher Zelltypen – ein Prinzip, das bei vielen Organismen vorkommt.

Das Team unter der Leitung von Josep Mercadal, Postdoktorand in der Gruppe von Pau Formosa-Jordan am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln, identifizierte einen uralten Mechanismus, der die Anordnung von Ölkörperzellen in Lebermoosen steuert. Diese spezialisierten Strukturen spielen eine wichtige Rolle in der Abwehr gegen Pflanzenfresser. Analysiert wurden sie sowohl in heutigen Arten als auch in außergewöhnlich gut erhaltenen Fossilien von Metzgeriothallus sharonae, einer der frühesten bekannten Lebermoosarten. In den Fossilien werden diese speziellen Zellen als dunkle Zellen bezeichnet.

Die Forschenden zeigten, dass diese dunklen Zellen in regelmäßigen, gleichmäßig verteilten Mustern angeordnet sind, die für die laterale Hemmung charakteristisch sind. Dies deutet darauf hin, dass dieser Mechanismus der Musterbildung bereits bei einigen der frühesten Landpflanzen vorhanden war.

Da Fossilien nur selten genetische oder molekulare Informationen bewahren, war es bislang schwierig, die evolutionären Ursprünge der Entwicklungsmechanismen der Zellspezifizierung nachzuvollziehen.

Das Team ging diese Herausforderung an, indem sie computergestützte Modelle nutzten, mit denen sich die in fossilen Geweben beobachteten räumlichen Muster rekonstruieren lassen. Dabei zeigte sich, dass sich diese Muster durch einen einfachen Mechanismus erklären lassen, der lokale Aktivierung mit hemmenden Signalen zwischen benachbarten Zellen kombiniert. So entsteht die charakteristische regelmäßige Anordnung unterschiedlicher Zelltypen. Dasselbe Prinzip erklärt auch die Verteilung der Ölkörperzellen in modernen Lebermoosen wie Marchantia polymorpha.

Die Studie zeigt, dass sich in Fossilien erhaltene Zellmuster nutzen lassen, um Rückschlüsse auf zugrunde liegende Entwicklungsmechanismen zu ziehen. Damit eröffnet sie einen neuen Ansatz zur Untersuchung der Evolution und langfristigen Konservierung der Zellspezifizierung über Hunderte Millionen Jahre hinweg.

Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung

Originalpublikation:

Josep Mercadal, Susan Tremblay, Leonie Krask, Martin A. Hutten, Pau Formosa-Jordan: Lateral inhibition governs ancestral cellular patterning in fossil and extant liverworts. Development July 2026: 153 (14): dev205696, https://doi.org/10.1242/dev.205696

Genetische Veränderungen für eine neue Heimat

Fri, 04 Sep 2026 12:27:02 +0200

Wie passen sich Arten an eine neue Umwelt an? Diese Frage beschäftigt Evolutionsbiologen seit mehr als einem Jahrhundert. Am Beispiel des Herings zeigte ein internationales Forschungskonsortium, wie seine Fortpflanzung innerhalb weniger tausend Jahre genetisch an einen neuen Lebensraum, die salzarme Ostsee, angepasst wurde. Die Ostsee entstand vor ca. 8000 Jahren nach der letzten Eiszeit, ist mit dem Atlantik nur über schmale Meerengen verbunden und erhält große Mengen Süßwasser aus Flüssen. Deshalb liegt der Salzgehalt in einigen Teilen der Ostsee bei nur zwei bis drei Promille, während er im Atlantik bei etwa 35 Promille liegt – also rund zehnmal höher.

Dieser Unterschied hat weitreichende Folgen für alle Wasserbewohner. Zellen sind von Membranen umgeben, durch die Wasser und gelöste Stoffe nur kontrolliert mithilfe spezieller Proteine in der Membran, sogenannter Ionenkanäle oder Transporter, passieren können. Unterscheiden sich die Salzkonzentrationen innen und außen, wandert Wasser so lange durch die Membran, bis ein Gleichgewicht erreicht ist – ein Prozess, den man Osmose nennt. Dadurch können Zellen entweder Wasser aufnehmen und anschwellen oder Wasser verlieren und schrumpfen.

Für Fische, die ihre Eier und Spermien direkt ins Wasser abgeben, ist Osmose besonders heikel. Eier und Spermien sind den Umweltbedingungen schutzlos ausgesetzt: In sehr salzarmem Wasser dringt Wasser in die Zellen ein, sie quellen auf und können im Extremfall platzen; in sehr salzreichem Wasser geschieht das Gegenteil: sie verlieren Wasser und die Befruchtung der Eier wird erschwert.

Auf der Suche nach den genetischen Ursachen

Als Heringe aus dem Atlantik in die Ostsee einwanderten, mussten sich Eier, Spermien und Embryonen an das Brackwasser anpassen. Wie dies gelang, hat ein internationales Forschungskonsortium untersucht. Forschende der Universitäten Uppsala, Bergen, Bonn und Tokio sowie des Max-Planck-Instituts für Multidisziplinäre Naturwissenschaften (MPI-NAT), analysierten dazu die Genome und die Proteine von Atlantik- und Ostseeheringen.

Am MPI-NAT untersuchte ein Team der Forschungsgruppe Bioanalytische Massenspektrometrie unter der Leitung von Henning Urlaub in enger Kooperation mit Emeritus-Direktor Benjamin Kaupp mithilfe hochauflösender Massenspektrometrie die Proteinzusammensetzung von Spermien, Eiern und verschiedenen Geweben. „Mit der Massenspektrometrie konnten wir zeigen, dass die durch den Evolutionsdruck genetisch veränderten Proteine im Ostsee-Hering tatsächlich in Spermien und Eizellen vorkommen und so plausible Hypothesen über ihre biologische Funktion aufstellen“, sagt Kaupp. Erst dadurch konnten die Forschenden nachvollziehen, wie Evolution auf molekularer Ebene zu konkreten Anpassungen an eine veränderte Umwelt führt.

Ein besonderer Ionenkanal schützt Spermien

Viele Zellen besitzen Ionenkanäle, sogenannte VRACs, durch die Ionen und andere gelöste Stoffe die Zelle ein- und ausströmen und so dem osmotischen Druck entgegenwirken können. „Wir haben eine neue Form eines VRAC-Kanalgens entdeckt, die nur in Spermien vorkommt“, erklärt Kaupp. „Dieser Ionenkanal sowie Veränderungen an insgesamt vier Genen, einem in Spermien und drei in Eiern, ermöglichen es dem Hering, sich im salzarmen Wasser der Ostsee fortzupflanzen.“ Diese neu entdeckte Variante des VRAC-Ionenkanals hilft Spermien, ihren Salzhaushalt zu regulieren und auch unter stark veränderten Salzbedingungen funktionsfähig zu bleiben. Nur Heringe und eng verwandte Fischarten besitzen zwei unterschiedliche Varianten dieses Kanalproteins: eine in Körperzellen und eine, die nur speziell in Spermien vorkommt. Andere Wirbeltiere, auch Menschen, verfügen nur über eine Form dieses Gens, die sowohl in Spermien als auch in anderen Zellen aktiv ist. Die Entwicklung eines spermienspezifischen VRAC-Kanals ist eine Innovation, die sich vor Millionen von Jahren in der Heringslinie vollzogen hat. Möglicherweise ermöglicht er dieser Gruppe, Schwankungen des Salzgehalts während der Fortpflanzung besser zu verkraften.

Die Eihülle als Schutzschild

Zwei weitere genetische Anpassungen betreffen die Eihülle. Veränderungen im Bauplan eines Proteins in der Eihülle und eines Enzyms, das Quervernetzungen zwischen Proteinen in der Eihülle erzeugt, machen die Eier widerstandsfähiger. So sind sie besser vor dem Aufquellen im Brackwasser geschützt. Diese verstärkte Eihülle erzeugt jedoch ein neues Problem: Die Larven müssen sie beim Schlüpfen wieder durchbrechen.

Auch für dieses Problem fanden die Forschenden einen Hinweis für eine genetische Lösung: Ostseeheringe besitzen rund 20 zusätzliche Kopien eines Gens, das den Bauplan für ein „Schlüpf-Enzym“ liefert. Dieses Enzym hilft dem Embryo, die verstärkte Eihülle beim Schlüpfen abzubauen. Die Kombination aus verändertem Ionenkanal, stabilerer Eihülle und mehr Schlüpf-Enzymen zeigt, dass hier ein besonders starker Selektionsdruck wirkte.

„Die Studie trägt zu unserem Verständnis bei, wie biologische Vielfalt auf molekularer Ebene entsteht“, sagt Kaupp. „Sie zeigt, wie starke natürliche Selektion zu Veränderungen in mehreren Genen geführt hat, die gemeinsam eine erfolgreiche Fortpflanzung in einer neuen Umgebung ermöglichen.“ Ähnliche Mechanismen könnten auch bei anderen Fischarten und generell bei Arten mit äußerer Befruchtung eine wichtige Rolle spielen.

Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften

Originalpublikation:

C. Ma, F.M. Sangdehi, M. Kawaguchi, K. Sano, S.V. Dannenberg, M.E. Pettersson, A. Wallberg, J.L. Wort, Y. Yan, S. Moshkovskii, F. Berg, A. Folkvord, C. Lenz, H. Urlaub, U.B. Kaupp, S. Yasumasu, & L. Andersson: Sperm, egg, and embryo proteins critical for genetic adaptation of herring to low salinity in the Baltic Sea, Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (20) e2601861123 (2026), https://doi.org/10.1073/pnas.2601861123

Wann sich Innovation auszahlt: Wie die Qualität der Nahrung den Zusammenhang zwischen Innovation und Überleben bei Mäusen verändert

Fri, 04 Sep 2026 11:31:14 +0200

Innovatives Verhalten ermöglicht es Tieren, auf ungewohnte Situationen zu reagieren, etwa indem sie neue Wege finden, an Nahrung zu gelangen. Doch Neues auszuprobieren kostet Zeit und Energie und kann ein Tier Risiken aussetzen. Ob Innovation die Fitness eines Individuums tatsächlich verbessert, ist daher weniger eindeutig, als es zunächst erscheinen mag.

Fragkiskos Darmis vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie und Anja Guenther von der Universität Hildesheim untersuchten diese Frage an Hausmäusen, die von wildlebenden Populationen abstammten. Die Tiere stammten aus Populationen, die über mehrere Generationen entweder mit Standardfutter oder mit hochwertigerer Nahrung gehalten worden waren. Als junge Erwachsene wurden sie mit drei standardisierten Problemlösungsaufgaben konfrontiert: Sie mussten ein LEGO-Haus öffnen, den Deckel einer Petrischale anheben oder eine Papierkugel aus einer Röhre entfernen, um an eine Futterbelohnung zu gelangen.

Die Forschenden erfassten zwei Aspekte innovativen Verhaltens: ob eine Maus mindestens eine der Aufgaben löste und wie lange erfolgreiche Tiere dafür benötigten. Anschließend wurden die Mäuse in naturnahe Gehege gesetzt, in denen sie dieselbe Futterqualität erhielten wie während ihrer Entwicklung. Über sechs Monate hinweg wurden ihr Körpergewicht und ihr Überleben erfasst.

Der erste Unterschied zeigte sich bereits, bevor die Mäuse in die naturnahen Gehege kamen. 77 Prozent der Tiere mit hochwertiger Nahrung lösten mindestens eine Aufgabe. Bei den Tieren mit Standardfutter war es etwa die Hälfte. Dieser Unterschied ging vor allem auf die Weibchen zurück. Wie lange erfolgreiche Tiere im Durchschnitt zum Lösen einer Aufgabe benötigten, unterschied sich dagegen nicht zwischen den beiden Futterbedingungen.

Dieses Ergebnis widerspricht einer verbreiteten Annahme: Unter schlechteren Bedingungen könnten Tiere stärker darauf angewiesen sein, neue Wege zur Erschließung von Ressourcen zu finden, und deshalb häufiger innovatives Verhalten zeigen. Im Experiment zeigte sich bei jungen Mäusen das Gegenteil. Tiere mit Zugang zu hochwertigerer Nahrung lösten häufiger mindestens eine der Aufgaben.

Auch beim Körpergewicht zeigte sich kein Vorteil innovativer Tiere. Weder die Wahrscheinlichkeit, eine Aufgabe zu lösen, noch die Geschwindigkeit beim Problemlösen sagte voraus, wie sich das Körpergewicht im Verlauf der sechs Monate entwickelte. Innovativere Mäuse waren also nicht automatisch in einer besseren körperlichen Verfassung.

Der Vorteil hängt von der Umwelt ab

Am deutlichsten zeigte sich der Zusammenhang beim Überleben. Es gab keine überzeugenden Hinweise darauf, dass innovative Mäuse als Gruppe unter einer der beiden Futterbedingungen grundsätzlich länger lebten als nicht innovative Tiere. Bei den Mäusen, die mindestens eine Aufgabe lösten, spielte jedoch die Geschwindigkeit eine Rolle.

Schnellere Problemlöser überlebten unter hochwertigen Nahrungsbedingungen länger. Bei Standardfutter kehrte sich das Muster um: Dort hatten langsamere Problemlöser die höheren Überlebenschancen. Dasselbe Verhaltensmerkmal war damit je nach Futterqualität mit unterschiedlichen Überlebenschancen verbunden.

Warum dieses Muster entsteht, lässt sich aus der Studie nicht eindeutig ableiten. Darmis und Guenther vermuten, dass langsameres Problemlösen unter stärker eingeschränkten Bedingungen auf vorsichtigeres Verhalten hindeuten könnte. Die Tiere könnten mehr Zeit darauf verwenden, Informationen zu sammeln, bevor sie handeln. Das könnte den Energieverbrauch oder das Risiko verringern. Steht hochwertige Nahrung zur Verfügung, könnte schnelles Problemlösen dagegen helfen, vorhandene Möglichkeiten effizienter zu nutzen. Diese Erklärungen sind Hypothesen und müssen noch direkt getestet werden.

Die Ergebnisse können auch erklären, warum sich der Zusammenhang zwischen Innovation und Fitness in bisherigen Untersuchungen verschiedener Arten nicht eindeutig bestimmen ließ. Innovatives Verhalten grundsätzlich als Vorteil zu betrachten, greift offenbar zu kurz. Seine Folgen können von der Umwelt abhängen. Und selbst unterschiedliche Aspekte von Innovation, etwa die Bereitschaft, ein Problem überhaupt zu lösen, und die Geschwindigkeit der Lösung, müssen nicht auf dieselbe Weise mit Fitness zusammenhängen.

Indem die Forschenden das Verhalten zunächst unter kontrollierten Bedingungen erfassten und dieselben Tiere anschließend sechs Monate lang in naturnahen Populationen beobachteten, konnten sie individuelle Unterschiede beim Problemlösen mit längerfristigen Folgen unter ökologisch realistischeren Bedingungen verknüpfen.

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie

Originalpublikation:

Fragkiskos Darmis, Anja Guenther; Food quality-driven variation in the link between innovation and survival in semi-natural populations of wild mice. Biol. Lett. 1 August 2026; 22 (8): 20260281. https://doi.org/10.1098/rsbl.2026.0281

Tiefsee entwickelt Methanfilter schneller als bislang angenommen

Fri, 04 Sep 2026 11:24:24 +0200

Die untersuchte Stelle liegt im Südchinesischen Meer in 1.766 Metern Wassertiefe. Dort wurde 2018 eine Bohrung zur Erkundung von Gashydraten vorgenommen. Vor der Bohrung ließen sich weder ein Gasstrom noch eine auffällige Besiedlung des Meeresbodens feststellen. Zwischen 2018 und 2023 verfolgte das Team, dem auch der Mikrobiologe Emil Ruff von der Universität Bremen angehörte, die Entwicklung des Ökosystems. Sie untersuchten den Standort regelmäßig mit Echoloten, Unterwasserkameras, chemischen Sensoren sowie Sedimentproben und genetischen Verfahren.

Eine zentrale Rolle im Biofilter spielen Mikroorganismen, die Methan auch in sauerstofffreien Schichten des Meeresbodens verwerten können. Da dieser Stoffwechsel nur wenig Energie liefert, wachsen sie normalerweise sehr langsam. An der neuen Austrittsstelle vermehrten sie sich jedoch wesentlich schneller, als nach früheren Schätzungen zu erwarten war. Ihre Zahl verdoppelte sich während der frühen Entwicklungsphase innerhalb von etwa 21 bis 38 Tagen. Frühere Schätzungen hatten teilweise bei 100 bis 200 Tagen gelegen. „Bereits nach ein bis zwei Jahren hatte sich ein wirksames methankonsumierendes Ökosystem gebildet“, sagt Emil Ruff. Nach zwei bis drei Jahren seien die Mikroorganismen und die neu angesiedelten Tiere funktional zu einem komplexen Biofilter verbunden gewesen.

Grabende Würmer unterstützen den Methanabbau

Parallel zur Zunahme der Mikroorganismen besiedelten grabende Borstenwürmer den zuvor weitgehend unbesiedelten Meeresboden. „Sie durchmischten das Sediment bis in mehr als 50 Zentimeter Tiefe“, sagt Ruff. „Ihre Grabtätigkeit förderte wahrscheinlich den Transport von Sauerstoff, Nitrat und Sulfat in tiefere Schichten des Meeresbodens.“

Gleichzeitig blieben Bereiche ohne Sauerstoff erhalten. Dadurch konnten unterschiedliche Mikroorganismen auf engem Raum Methan mit oder ohne Sauerstoff abbauen. „Die Würmer profitierten ihrerseits von den neu entstandenen Mikroorganismen, die ihnen mutmaßlich als Nahrung dienten. Tiere und Mikroorganismen trugen somit gemeinsam zum Methanabbau bei.“

Leistung ähnlich wie bei älteren Methanquellen

Nach wenigen Jahren baute das junge Ökosystem Methan bereits ähnlich wirksam ab wie ältere natürliche Methanquellen mit vergleichbarer Methanzufuhr. Nach Berechnungen des Teams erreichte es beim Methanabbau 60 bis 100 Prozent der Leistung eines Jahrzehnte alten, gereiften Ökosystems. Die Berechnungen beziehen sich auf den Abbau im Sediment.

Vielfalt der Mikroorganismen nimmt ab

Allerdings: Die schnelle Entstehung des Methanfilters ging mit einer deutlichen Veränderung des ursprünglichen Ökosystems einher, hebt Ruff hervor. Im Umkreis von 20 Metern sank die Vielfalt der Bakterien und anderer Mikroorganismen innerhalb von zwei Jahren um mehr als 50 Prozent. Noch in 500 Metern Entfernung stellten die Forschenden erhöhte Methankonzentrationen fest. Auch dort war die Vielfalt der Mikroorganismen um mehr als 30 Prozent geringer.

Die Studie „Rasche Neubildung eines Biofilters aus Tieren und Mikroorganismen zur Minderung von Methanaustritten aus dem Meeresboden“ zeigt damit zwei Entwicklungen: Der Meeresboden entwickelte innerhalb kurzer Zeit eine hohe Fähigkeit zum Methanabbau. Zugleich wurde die ursprüngliche Lebensgemeinschaft deutlich verändert.

Nach Einschätzung von Emil Ruff sind die Ergebnisse wichtig, um mögliche Methanaustritte infolge der Erwärmung der Ozeane und menschlicher Eingriffe besser einschätzen zu können. Sie zeigten außerdem, dass Modelle nicht nur das Wachstum der Mikroorganismen berücksichtigen sollten. Entscheidend sei auch ihr Zusammenspiel mit Tieren und den chemischen Bedingungen im Meeresboden.

Universität Bremen

Originalpublikation:

Qianyong Liang, Longhui Deng, Ruize Xie, Xinyue Liu, Xi Xiao, Jialin Hou, Jing Wang, Weikang Sui, Ningyuan Lu, Zian Tong, Danyue Huang, Yanwei Wang, Yingchun Han, Jing Zhao, Binbin Guo, Wei Zhang, Minghui Geng, Tianxin Ren, Wenqi Ye, Zheng Xiong, Liang Dong, S Emil Ruff, Christof Meile, Jun Tao, Xiyang Dong, Fengping Wang, Rapid de novo assembly of animal-microbe biofilter to mitigate seabed methane leakage, National Science Review, Volume 13, Issue 12, June 2026, nwag266, https://doi.org/10.1093/nsr/nwag266

Das Dach der Welt: Biodiversitäts-Hotspot seit 39 Millionen Jahren

Thu, 03 Sep 2026 10:31:33 +0200

Gebirge gehören zu den artenreichsten Lebensräumen der Erde. Auf engem Raum treffen hier unterschiedlichste Bedingungen aufeinander – von tiefen Tälern bis zu hohen Gipfeln, von warmen bis zu kalten und von trockenen bis zu feuchten Lebensräumen. So entstehen vielfältige ökologische Nischen, die zahlreichen Arten Raum zur Anpassung und Entwicklung bieten. „Ein besonders eindrucksvolles Beispiel sind die Hengduan-Berge im Osten Tibets. Die zerklüftete Gebirgslandschaft mit ihren hohen Gipfeln und tief eingeschnittenen Tälern reicht von subtropischen bis in alpine Klimazonen. Heute zählt die Region zu den bedeutendsten Biodiversitäts-Hotspots der Erde mit zahlreichen endemischen Arten“, erläutert Prof. Dr. Andreas Mulch, Direktor am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und fährt fort: „Die Pflanzenfossilien der Hengduan-Berge wurden vielfach untersucht und liefern wichtige Erkenntnisse über die frühere Biodiversität, Höhenlage und das Klima. Die fossile Säugetierwelt der Region ist in vielerlei Hinsicht beeindruckend und bietet bisher ungekannte Einblicke in die frühe Evolution der Hochgebirgsarten.“

Der Frankfurter Geowissenschaftler hat gemeinsam mit einem chinesisch-deutschen Forschungsteam in einer neuen Studie untersucht, wie und wann die außergewöhnliche Artenvielfalt auf dem Tibetplateau entstand. Durch die Datierung von Mineralablagerungen in fossilen Säugetierknochen und Paläo-Böden, kombiniert mit Höhenrekonstruktionen anhand stabiler Isotope aus dem Zahnschmelz von Pflanzenfressern und aus Bodenkarbonaten, konnten die Forschenden zeigen: Bereits vor rund 39 Millionen Jahren existierten im Osten Tibets ausgedehnte Hochgebirgslandschaften mit artenreichen Säugetiergemeinschaften. „Die Fossilien sind mit 39,2 bis 38,1 Millionen Jahren die älteste direkt datierte känozoische Säugetierfauna des Tibetischen Plateaus. Die von uns beprobten Pflanzenfresser lebten in Höhenlagen von etwa 3.400 Metern, also bereits in einem Lebensraum, dessen Höhenlage der heutigen Situation nahekommt“, ergänzt Dr. Songlin He, Wissenschaftler am Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt und dem Institute for Tibetan Plateau Research, CAS in Peking.

Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der tibetischen Biodiversität spielte offenbar die Entstehung des Gebirges selbst. Als sich der Osten Tibets im Eozän – vor etwa 56 bis 34 Millionen Jahren – zunehmend anhob, veränderte sich auch das Klima. Es kam zu ausgeprägten jahreszeitlichen Niederschlägen. Mulch hierzu: „Dieses Klima kann nicht mit dem heutigen asiatischen Monsun gleichgesetzt werden, die starke Niederschlagssaisonalität war aber ein wichtiges Element der Umweltbedingungen im Hochland.“ Das entscheidende Indiz der Untersuchungen sind sogenannte falsche Jahresringe – Dichteschwankungen im Verlauf der Holzbildung – im 41,5 Millionen Jahre alten fossilen Holz. Diese entstehen, wenn das Pflanzenwachstum im Sommer unter Trockenstress gerät. „Dies ist typisch für ‚mediterranes‘ Klima wie es heute im Mittelmeerraum vorkommt und schuf günstige Umweltbedingungen für die Entwicklung einer artenreichen Hochgebirgsfauna und -flora“, ergänzt He.

Die neuen Ergebnisse liefern einen wichtigen zeitlichen Referenzpunkt für die frühe Entwicklung der Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Zugleich zeigen sie, wie eng Gebirgsbildung, Klimaentwicklung, Entstehung neuer Ökosysteme und die langfristige Entwicklung der Artenvielfalt verbunden sind. „Die Geschichte der Biodiversität im tibetischen Hochland reicht weiter zurück als bislang bekannt war. Der Osten Tibets spielte bereits sehr früh eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der heutigen Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Der Nachweis eines mediterranen Klimamusters vor 41,5 Millionen Jahre in Tibet zeigt, wie entscheidend Paläoklimarekonstruktionen zu unserem Verständnis des Klimasystems beitragen können“, schließt Mulch.

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

He, S., Ding, L., Mulch, A. et al. Origins of biodiversity in eastern Tibet revealed by Eocene mammals and fossil tree rings. nature commun earth environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03967-1

Mit KI designte Proteine machen neue RNA-Transporter möglich

Thu, 03 Sep 2026 10:20:37 +0200

RNA-basierte Wirkstoffe nutzen RNA als Bauanleitung, damit Zellen bestimmte Proteine herstellen – etwa solche, die Gene gezielt verändern. Dafür muss die RNA unbeschädigt ins Zellinnere gelangen. Dafür kommen bislang unter anderem von Viren abgeleitete Transportvehikel oder Lipidnanopartikel zum Einsatz, also winzige Partikel aus fettähnlichen Molekülen. Beide Systeme haben Grenzen. Deshalb arbeiten Forschende an neuen Mechanismen, die RNA effizienter und perspektivisch auch gezielter in Zellen einschleusen.

Forschungsteams am Institut für Stammzellforschung (ISF) und am Institut für Entwicklungsgenetik (IDG) von Helmholtz Munich und der TUM haben nun einen RNA-Transporter von Grund auf neu konstruiert. Es kombinierte funktionelle Proteinbausteine mit einem, mithilfe generativer KI entworfenen Strukturprotein. Dieses bildet das Gerüst des Vehikels und kann Formen annehmen, die in der Natur so nicht vorkommen. „Wir wollten die Natur nicht nachbauen, sondern neue Strukturen für eine konkrete Aufgabe schaffen: den effizienten Transport von RNA“, sagt Dr. Christoph Gruber, Teamleiter am ISF und Co-Erstautor der Studie.

Das Team testete mehr als hundert Varianten. Überraschend schnitten gerade Proteinstrukturen mit nicht-natürlichen Geometrien besonders gut ab. Am leistungsfähigsten war STV-C8. „Dass ausgerechnet eine Struktur so gut funktioniert, die sich deutlich von natürlichen Viruskapsiden unterscheidet, war für uns ein entscheidender Befund“, sagt Dr. Maren Kirstin Schuhmacher, Postdoktorandin am ISF und ebenfalls Co-Erstautorin. „Er zeigt das Potenzial, das darin steckt, den Formenraum von Proteinen mit KI gezielt zu erweitern.“

In Zellkultur schleuste STV-C8 RNA weitaus effizienter in die Zielzellen ein als virusähnliche Partikel und die getesteten Lipidnanopartikel. Im Vergleich zu den Lipidnanopartikeln war seine Transfektionsrate deutlich höher; um eine vergleichbare Proteinproduktion zu erreichen, benötigte STV-C8 deutlich weniger RNA. Zudem ließ sich das System mit verschiedenen RNA-Frachten beladen und auf bestimmte Zielzellen ausrichten. „Diese Modularität ist für uns besonders wichtig, weil wir den Transporter an unterschiedliche Anwendungen und Zielzellen anpassen können“, sagt Dr. Florian Giesert, Leiter der Forschungsgruppe Gene Editing am ISF.

Ob der Ansatz auch im Organismus funktioniert, prüfte das Team in Tiermodellen. Nach intravenöser Gabe führte STV-C8 bei Mäusen vor allem in der Lunge zur Expression der transportierten RNA; Hinweise auf immunologische oder toxische Nebenwirkungen fanden die Forschenden nicht. Zudem beluden sie STV-C8 mit Komponenten des CRISPR/Cas9-Systems und injizierten den Transporter in den Muskel eines Schweins. Dort gelang es, einen krankheitsrelevanten Abschnitt im Dystrophin-Gen zu entfernen. Das Gen enthält die Bauanleitung für ein Protein, das Muskelzellen stabilisiert und bei der Duchenne-Muskeldystrophie gestört ist.

Noch ist STV-C8 ein experimentelles System. Für eine medizinische Anwendung müssen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie sich die Vehikel gezielt zu bestimmten Zelltypen lenken und im Körper verteilen lassen. „Mit STV-C8 haben wir eine Plattform geschaffen, die wir nun für unterschiedliche therapeutische Anwendungen weiterentwickeln können“, sagt Prof. Wolfgang Wurst, Emeritus of Excellence bei Helmholtz Munich und an der TUM sowie Letztautor der Publikation. Das Team plant zudem, die Technologie in eine Ausgründung zu überführen.

Helmholtz Munich

Originalpublikation:

Schuhmacher, M.K., Gruber, C., Lang, C.M.R. et al. Creating bottom-up RNA transfer vehicles from synthetic protein assemblies. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10952-3

Datenlücken an antarktischen Küsten beschränken Prognosen zum Meeresspiegelanstieg

Thu, 03 Sep 2026 09:53:38 +0200

Die antarktische Küstenzone ist nicht einfach nur der Rand des Kontinents. Sie ist ein eng verzahntes System, in dem das Eis des Eischilds sich über dem Meeresboden ausbreitet, erst aufliegend und weiter draußen als Schelfeise schwimmend. Hier werden Masse, Wärme und Nährstoffe in unterschiedlichen Prozessen mit dem Ozean ausgetauscht. Bereits kleinste Veränderungen können weitreichende Folgen für das System Erde haben. Dennoch sind wichtige Küstenbedingungen nach wie vor nur unzureichend erfasst, wie eine in der Fachzeitschrift Reviews of Geophysics veröffentlichte internationale Übersichtsarbeit zeigt. Sie hebt wesentliche Wissenslücken sowie die Notwendigkeit verbesserter Beobachtungen auf panantarktischer Ebene hervor. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe sowie der Universitäten Kiel, Bremen, Tübingen, Dresden und Erlangen-Nürnberg waren beteiligt.

80 Wissenschaftler aus 16 Ländern aus den Bereichen Glaziologie, Ozeanographie, Geophysik und Atmosphärenwissenschaften haben zur Studie beigetragen, koordiniert durch die RINGS-Aktionsgruppe des Wissenschaftlichen Ausschusses für Antarktisforschung (SCAR). RINGS wird zudem vom Rat der Leiter der nationalen Antarktisprogramme (Council Of Managers Of National Antarctic Programs, COMNAP) unterstützt, der logistisches Fachwissen für eine effiziente Planungsgestaltung bereitstellt und die Unterstützung durch nationale Antarktisprogramme besser koordiniert. In der Übersichtsarbeit fassen die Forschenden den aktuellen Wissensstand darüber zusammen, wie der antarktische Eisschild und das daraus abfließende Schelfeis, Ozean, Atmosphäre und die feste Erde in der Küstenzone der Antarktis zusammenwirken, indem sie vorhandene Beobachtungen, Modelle und Theorien kombinierten. Die Ergebnisse zeigen, dass es zu wenig direkte Beobachtungsdaten über die Topografie des Küstenuntergrunds und der Hohlräume unter dem Schelfeis gibt. Diese sind allerdings entscheidend, um zuverlässige Vorhersagen über die Zukunft des Antarktischen Eisschilds sowie die Folgen für das Klima und den Anstieg des globalen Meeresspiegels zu machen.

Diese unvollständige Datenlage erschwert zudem genaue Schätzungen des antarktischen Eisverlusts und des künftigen Meeresspiegelanstiegs, da Eisschildmodelle äußerst empfindlich auf die Bedingungen an der Küste reagieren. Selbst fortschrittliche Modelle können irreführende Ergebnisse liefern, wenn diese Daten fehlen oder nur unzureichend bekannt sind. Zwar liefern Satellitenbeobachtungen aussagekräftige Messungen der Eisbewegung und der Oberflächenveränderungen, doch können sie das Untergrundgestein unter dem Eis vom Weltraum aus nicht erfassen. „Satellitendaten allein reichen nicht aus, um den Eisverlust in den Ozean zuverlässig abzuschätzen, und Computermodelle allein können zukünftige Veränderungen nicht vorhersagen. Beide sind auf genaue Kenntnisse der Topografie des Untergrunds angewiesen. Beobachtungen wie die in dieser Arbeit vorgeschlagenen liefern ein entscheidendes fehlendes Puzzleteil“, sagt der Erstautor und Koordinator der RINGS-Aktionsgruppe, Dr. Kenichi Matsuoka vom Norwegischen Polarinstitut.

„In den letzten Jahrzehnten hat das AWI herausragende Fachkompetenz bei luftgestützten Messungen der Eisdicke, des Eisbettes, und der Hohlräume unter dem Schelfeis aufgebaut, die dazu beitragen kann, die Wissenslücke in dieser kritischen Zone zu schließen, in der die Eisschicht auf den Ozean trifft. Allerdings sind die derzeit verfügbaren Beobachtungen noch spärlich und erhöhen die Unsicherheiten in unserem Prozessverständnis und unseren Zukunftsprognosen“, sagt Olaf Eisen, Professor für Glaziologie am AWI und an der Universität Bremen sowie deutscher Vertreter bei RINGS und Mitautor der Übersichtsarbeit.

Da kein einzelnes Land allein eine flächendeckende Erfassung erreichen kann, betonen die Forschenden, dass eine internationale Koordination unerlässlich ist. „Unkoordinierte Erhebungen bergen das Risiko, dass Lücken entstehen oder Doppelarbeit geleistet wird. Diese Veröffentlichung bietet einen evidenzbasierten Rahmen zur Unterstützung der Koordinierung der RINGS-Aktivitäten unter der Schirmherrschaft von SCAR und COMNAP und trägt so zum Aufbau umfassenderer Datensätze für verbesserte Meeresspiegelprognosen bei“, sagt Matsuoka.

Mitautorin Naomi Krauzig, Wissenschaftlerin in der Forschungseinheit Physikalische Ozeanographie am GEOMAR sagt: "Um zukünftige Veränderungen des antarktischen Eisschildes und ihre Auswirkungen auf Ozean, Klima und Meeresspiegel besser vorhersagen zu können, benötigen wir langfristige, koordinierte Messprogramme und eine enge internationale Zusammenarbeit. Autonome Plattformen bieten dabei neue Möglichkeiten, auch während des antarktischen Winters und in schwer zugänglichen Regionen unter Meereis und insbesondere unter Schelfeisen dringend benötigte Beobachtungsdaten zu gewinnen.“

Ebenso schätzt Mitautor Professor Jörg Ebbing, Leiter der Arbeitsgruppe Satelliten und Aerophysik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) die derzeitige Datenlage ein. Der Geophysiker beschäftigt sich vor allem mit den Wechselwirkungen zwischen Eis und fester Erde. „Informationen über die Struktur der Lithosphäre, die äußerste, feste Gesteinshülle, die aus der Erdkruste und dem obersten Erdmantel besteht, sind entscheidend für Bestimmung von Schmelzraten. Hier fehlen uns noch eine Vielzahl an geophysikalischen Daten, die wir zukünftig mit neuen Flugzeug-gestützten Messungen erheben wollen,“ so der CAU-Forscher.

Mit-Autor Dr. Graeme Eagles, Geophysiker am AWI, der selbst bereits für RINGS Befliegungen geleitet hat, fügt hinzu: „Dank der herausragenden Messkompetenz des AWI an Bord unserer Polarflugzeuge und in Zusammenarbeit mit unseren deutschen Partnern aus Bundesbehörden, Helmholtz-Forschungszentren und Universitäten ist Deutschland einer der wichtigsten Mitwirkenden und Datenlieferanten für die internationale RINGS-Initiative. Wir freuen uns, dass wir in der kommenden Saison in engster Zusammenarbeit mit den Polarforschungsinstituten in Norwegen und Japan neue Beobachtungen sammeln können.“

„Solche international koordinierten Bemühungen können als Sprungbrett für das nächste Internationale Polarjahr 2032/33 dienen“, schließt Matsuoka.

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Originalpublikation:

Kenichi Matsuoka, Geir Moholdt, Jennifer Arthur, et al. Towards an improved understanding of the Antarctic coastal zone and its contribution to future global sea level. ESS Open Archive. 13 July 2025. DOI: https://doi.org/10.22541/essoar.175241971.19851046/v1

Rätsel der verzweigten Meereswürmer gelöst

Thu, 03 Sep 2026 09:50:06 +0200

Verzweigte Meereswürmer sind weltweit in verschiedenen Meeresregionen verbreitet – von Flachwassergebieten bis hin zu Tiefen von bis zu 1.000 Metern. Dort leben sie im Inneren von Meeres-Schwämmen, wo sie sich dank ihres einzigartigen Körperbaus optimal aufhalten können. Über ein Jahrhundert lang wurden die verzweigten Würmer als eine einzige Art klassifiziert. Jetzt identifizierten die Forschenden jedoch zwei Hauptlinien: Die Gattung Ramisyllis und die völlig neue Gattung, Cladosyllis. Außerdem klassifizierte das Team dreizehn verschiedene Formen, darunter mindestens zehn vermutlich völlig neue Arten. Möglich gemacht hat das die Kombination von DNA-Sequenzierungen von Museumsexemplaren mit neu gesammelten Exemplaren und detaillierten anatomischen Analysen.

„Diese Sammlungen sind wertvolle Ressourcen, die stetig neue Entdeckungen hervorbringen“, erklärt Prof. Maria Teresa Aguado, wissenschaftliche Kuratorin des Biodiversitätsmuseum an der Universität Göttingen und Leiterin der Studie. Mitautor Dr. Ekin Tilic vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt fügt hinzu: „Einige der Schwämme, in denen sich verzweigte Würmer versteckten, stammten aus der Senckenberg-Sammlung und reichen bis ins Jahr 1914 zurück. Mithilfe der Mikro-CT-Bildgebung konnten wir Würmer freilegen, ohne die Schwämme zu beschädigen – moderne Techniken helfen uns dabei, verborgene Artenvielfalt in jahrhundertealten Sammlungen wiederzuentdecken.“

Doch wie entstand diese Vielfalt? Dr. Guillermo Ponz Segrelles, ehemaliger Forscher an der Autonomen Universität von Madrid und Mitautor der Studie, erklärt: „Wir haben gezeigt, dass der Stammbaum von verzweigten Würmern – genau wie ihre Körper – viele Verästelungen aufweist. Jede davon ist eng mit einer bestimmten Schwammart verbunden. Es ist also die Art des Wirtes, welche die Evolution von verzweigten Würmen maßgeblich geleitet hat.“

Die Forschung löst damit nicht nur das Rätsel um die Klassifizierung der bizarren Lebewesen, sondern liefert auch neue Einblicke in die Evolution tierischer Körper im Allgemeinen: Alle verzweigten Würmer stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab, was bedeutet, dass sich ihre außergewöhnliche Körperarchitektur ein einziges Mal entwickelt hat. Die beiden Hauptlinien bildeten dann ihre Verzweigungen auf unterschiedliche Weise – ein Zeugnis für die Flexibilität der Evolution. Die Forschenden gehen davon aus, dass noch viele weitere Arten verzweigter Würmer unentdeckt sind, und dass diese Tiere ein wichtiges Modell für die Entschlüsselung der Evolution komplexer Körperformen, der Symbiose und der Artenvielfalt in marinen Ökosystemen darstellen könnten.

Universität Göttingen

Originalpublikation:

Aguado Molina, MT et al.: Many Branches, One Lineage: Museomic Insights into the Diversity and Evolution of Branching Syllid Worms. Zoological Journal of the Linnean Society (2026). DOI: http://10.1093/zoolinnean/zlag120

Sinkende Versuchstierzahlen: Auf Spurensuche nach den Gründen

Thu, 03 Sep 2026 09:29:29 +0200

Das BfR hat mit Hilfe verschiedener konzeptioneller Ansätze die Gründe für den Rückgang und dabei auch mögliche Auswirkungen auf die lebenswissenschaftliche Grundlagenforschung wie auch die translationale und angewandte Forschung untersucht.

Der Rückgang der Versuchstierzahlen in Deutschland ist mit Blick auf die vergangenen zehn Jahre statistisch signifikant und insbesondere für den Bereich der regulatorischen Tierversuche, aber auch für die translationale und angewandte Forschung zu beobachten. Die Ursache für die Reduktion der Versuchstierzahlen lässt sich nicht auf einen Faktor zurückführen, sondern ist sehr wahrscheinlich multifaktoriell.

Die Ausgaben des Bundes für die Grundfinanzierung der Hochschulen und für Projektförderungen im Bereich der Gesundheitsforschung und -wirtschaft sind besonders in den letzten drei bis vier Jahren nicht im gleichen Maße angestiegen wie in anderen Bereichen (z. B. Informations- und Kommunikationstechnologien oder wehrwissenschaftliche Forschung). Teilweise sind sie sogar zurückgegangen. Auch die Bewilligung von DFG-geförderten Projekten im Bereich der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung ist nicht parallel zum Gesamtfördervolumen angewachsen. Eine verringerte finanzielle Förderung im Bereich der Lebenswissenschaften kann Auswirkungen auf die tierexperimentelle biomedizinische Forschung haben und somit zu einer Reduktion der Versuchstierzahlen beitragen.

Über die letzten zehn Jahre zeigt sich zudem ein Trend, dass in Deutschland in den zwei Forschungsbereichen Neurowissenschaften und Immunologie, für die auch ein Großteil der Versuchstiere verwendet wird, vermehrt in-vitro-Methoden zum Einsatz kommen und die tierbasierte Forschung leicht zurückgeht. Dies könnte ein Zeichen dafür sein, dass in Deutschland vermehrt Alternativmethoden zum Einsatz kommen und dies zum Rückgang von Tierversuchen beiträgt. Dieser Trend ist jedoch für den Forschungsbereich Onkologie nicht zu beobachten.

Eine Verlagerung von Tierversuchen ins Ausland könnte ebenfalls zum Absinken der Versuchstierzahlen beitragen. Dies zeigt die exemplarische Analyse von Publikationen aus Deutschland, in denen Versuche mit Ratten beschrieben wurden. Hier konnte über den Verlauf der letzten zehn Jahre ein leichter, aber signifikanter Anstieg des Anteils der Versuche, die außerhalb Deutschlands durchgeführt wurden, beobachtet werden. Es müsste aber untersucht werden, ob der Trend anhält und auch für andere Stichproben, z. B. andere Tierarten wie Mäuse, beobachtet werden kann.

Der oft angeführte Grund, dass Tierversuchsvorhaben in Deutschland sehr stark reglementiert sind und lange Bearbeitungszeiten dazu führen, dass immer weniger Tierversuche durchgeführt werden können, lässt sich mit diesen Untersuchungen weder bestätigen noch belegen. Die Analyse der in Deutschland genehmigten Tierversuchsvorhaben zeigt, dass die Anzahl der genehmigten Vorhaben zwar in den letzten Jahren gesunken ist, die Zahl der genehmigten Versuchstiere aber höchstens schwach rückläufig ist und nach wie vor weit über den Zahlen der tatsächlich verwendeten Tiere liegt.

Nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen europäischen Ländern ist innerhalb der letzten zehn Jahre ein Rückgang der Versuchstierzahlen zu beobachten. Dieser Rückgang ist grundsätzlich zu begrüßen und zeigt, dass die Bemühungen der Europäischen Kommission, Tierversuche auf das unerlässliche Maß zu beschränken, Früchte tragen. Die Gründe für die europaweite Reduktion sind allerdings sehr unterschiedlich, wahrscheinlich landesspezifisch und aufgrund der Komplexität des Themas nur sehr schwierig zu ermitteln.

Bundesinstitut für Risikobewertung

Link zum Bericht: Sinkende Versuchstierzahlen in Deutschland

Ein Enzym, das Hoffnung macht: Neuartiges Plastik-abbauendes Enzym in Bakterien entdeckt

Wed, 02 Sep 2026 11:51:26 +0200

In den Ozeanen sammeln sich riesige Mengen Plastikmüll in sogenannten Müllstrudeln („Great Garbage Patches“) an und werden den dort lebenden Organismen zum Verhängnis. Das liegt daran, dass die heute verwendeten synthetischen Plastik-Polymere nur sehr langsam biologisch, also durch Mikroorganismen, zersetzt werden können. Stattdessen führt die physikalische Fragmentierung der Materialien zu Mikro- und Nanoplastik. Auf dem in der Umwelt befindlichen Plastikmüll siedeln sich allerdings Mikroben an und bilden so einen Biofilm in einem ganz eigenen mikrobiellen Lebensraum, den die Forschung als „Plastisphäre“ bezeichnet.

Ein in solchen Bakterien neu entdecktes Enzym weckt die Hoffnung, dass Mikroorganismen sich schneller als erwartet auf den Abbau von Plastik spezialisieren könnten. Ein Forschungsteam der Universität Konstanz stieß auf das bislang unbekannte Enzym, das nicht nur bestimmte Polyester- und Bio-Plastikarten zersetzen kann, sondern den Bakterien zudem eine Antibiotika-Resistenz verleiht. Aufgrund seiner Struktur mit weit geöffnetem aktivem Zentrum bezeichnen die Forscher*innen den „Plastikfresser“ als „Pac Man Enzym“. Der Mensch kann den Plastikabbau in der Umwelt unterstützen, indem er bestenfalls nur noch Bioplastik verwendet, das sich von den Mikroorganismen zerlegen lässt.

Das Forschungsprojekt

In ihrem Forschungsprojekt untersuchten die Konstanzer Biologen Harry Lerner sowie David Schleheck die vollständige mikrobielle Zersetzung von Bioplastik. Zugleich erforschten sie die Zusammensetzung sowie die gesamte Erbinformation (das Metagenom) der daran beteiligten Mikrobengemeinschaft. Für die Studie wurden Bioplastik-Materialien verwendet, die die Gruppe um Chemiker Stefan Mecking entwickelt hat – die sogenannten Langkettigen Aliphatischen Polyester (LCAP). Ihre gemeinsame Studie wurde nun im renommierten The ISME Journal veröffentlicht.

Wie ging das Forschungsteam bei seiner Studie vor? „Wir vergruben kleine Stücke an Folie des LCAP-Bioplastiks in der obersten Humusschicht im Wald des Botanischen Gartens der Universität, etwa zehn Zentimeter tief“, erklärt Harry Lerner. „In dieser Schicht findet nämlich der Abbau von Zellulose und von anderen natürlichen Polymeren wie Cutin, einem pflanzlichen Polyester, statt.“ Gleichzeitig vermischte das Team ein Pulver des Bioplastiks in Proben desselben Waldbodens im Labor. Die Proben im Wald wurden für ein ganzes Jahr so belassen, während bei den Proben im Labor der Abbau der Materialien über die CO2-Produktion und damit die mikrobielle Respiration sehr detailliert verfolgt wurde – ebenso über ein ganzes Jahr hinweg. „Als Referenzen im Labor dienten Zellulose, andere Bioplastik-Arten wie PHBV und PCL, sowie Hartplastik (HDPE) und unbehandelter Boden als Negativkontrolle. Bei allen Bioplastik-Materialien konnten wir einen vollständigen Abbau innerhalb von etwa 250 bis 330 Tagen nachweisen, bei Zellulose nach etwa 80 Tagen, während bei HDPE praktisch gar nichts passierte“, beschreibt Lerner.

Ein unerwarteter Fund

Auf die Forschenden wartete eine Überraschung, und zwar bei der Untersuchung der Folien aus dem Waldboden: Im Elektronenmikroskop wurde sichtbar, dass sich mikroskopisch kleine Löcher in der Folie gebildet hatten. Und diese Löcher hatten genau die Größe und Form einzelner Bakterienzellen. „Bakterien könnten – das war unsere Vermutung – mit fest auf ihrer Zelloberfläche verankerten Plastik-Depolymerasen beschichtet sein, sich quasi in das Material hineinverdauen und deshalb in der Folie versinken. Dabei hinterlassen sie jeweils solch winzige Löcher“, erklärt Lerner.

Um herauszufinden, welche Mikroben sich beim Abbau der Bioplastik-Materialien in den Bodenproben anreichern und mit welchen Enzymen der Abbau der Materialien bewerkstelligt wird, extrahierte Harry Lerner die Gesamt-DNA der Organismengemeinschaft im Boden, sequenzierte diese und analysierte die großen Datenmengen mit viel Geduld und Sorgfalt. Die Mikrobiologen fanden ein Gen, das sich allein im Waldboden mit LCAP stark angereichert hatte. Es kodiert für ein sogenanntes Esterase-Enzym, das sowohl ein Sekretionssignal – sozusagen eine Art Adressetikett für den Export nach außerhalb der Zelle – als auch einen sogenannten Membrananker (Lipidanker) besitzt. Letzterer ermöglicht die feste Bindung des Enzyms an die Zelloberfläche. Das „Pac-Man Enzym“ war gefunden.

Mit dem Enzym ergab sich noch eine weitere Überraschung: „Es zeigt eine strukturelle Ähnlichkeit zu Esterasen, aber auch zu Betalaktamasen, also zu bakteriellen Enzymen, die in der Lage sind, den Betalaktam-Ring bestimmter Antibiotika wie Penicillin zu spalten und damit den Bakterien eine Antibiotika-Resistenz zu vermitteln“, so Lerner. Und tatsächlich konnten die Forscher die biochemische Doppelfunktion des Enzyms, einerseits Polyester in Monomere zu zerlegen und andererseits Penicillin zu spalten, auch im Labor nachweisen.

Ein Umbruch in der Plastisphäre?

„In unserer Umwelt ist die Plastisphäre ein neues Habitat“, betont Schleheck. „Der Mensch bringt Plastik erst seit etwa 50 bis 75 Jahren in relevanten Mengen in die Umwelt ein. Seitdem steht es den mikrobiellen Gemeinschaften – beispielsweise Bakterien, Hefen und Pilzen – eigentlich als zusätzliches Kohlenstoff- und Energiesubstrat für ihr Wachstum zur Verfügung. Mit ‚eigentlich‘ meine ich, dass sie das Plastik sicherlich gerne als Wachstumssubstrat verwenden würden – aber das können sie nicht, denn die Materialien sind für den mikrobiellen Stoffwechsel praktisch unverdaulich und werden deshalb kaum abgebaut.“

Zumindest bisher. Das „Pac-Man Enzym“ könnte nun einen Umbruch signalisieren, dass sich manche Mikroorganismen inzwischen ganz auf den Plastik-Abbau spezialisieren. „Das macht mir persönlich Hoffnung, denn es sieht so aus, als könnten sich Bakterien auf den Abbau von Polyester-Plastikarten schneller spezialisieren als gedacht. Für die Lösung des Plastikproblems in der Umwelt bedeutet dies, dass wir Menschen den Mikroben entgegenkommen müssen und in Zukunft bestenfalls nur noch Polymere verwenden, die solche biochemischen Sollbruchstellen besitzen wie die hydrolysierbaren Ester-Brücken in Polyestern, beispielsweise in LCAP oder anderen Bioplastikarten”, sagt Schleheck.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

Harry Lerner, Diego Casaburi, Nele Charlott Meier, Léa Bernabeu, Marcel Eck, Stefan Mecking, David Schleheck, Bacterial family-VIII esterase displays dual activities: hydrolysis of polyester bioplastics and β-lactam antibiotics, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag203, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag203