VBIO News

Erbinformation verrät Bewohner: 1.072 Arten in einem Eimer Wasser

Wed, 26 Aug 2026 12:39:12 +0200

Till-Hendrik Macher und Robin Schütz, damals beide Doktoranden in der Biologie der Universität Duisburg-Essen, fuhren ein Jahr lang alle zwei Wochen zur renaturierten Lippemündung bei Wesel und filtrierten je zwei Wasserproben – 26 Termine, 52 Proben. Darin konnten sie in Summe 1.072 Arten nachweisen: 40 Fisch- und Neunaugenarten, 41 Vogel- und 26 Säugetierarten, 425 aquatische und 350 terrestrische Wirbellose sowie 190 Arten von Kieselalgen. Zum Vergleich: Für denselben Ort sind in der globalen Biodiversitätsdatenbank GBIF insgesamt 1.029 Arten registriert, die in über 130 Jahren zusammengetragen wurden.

Bei der klassischen Methode werden Organismen einzeln mit Kescher, Pinzette, Lupe und Mikroskop bestimmt. Mittels DNA-Metabarcoding lassen sich Arten hingegen über ihre Erbinformationen identifizieren, die sich in den Proben nachweisen lassen.

„Wir haben mit zwei Litern Wasser pro Termin 1.072 Arten quer durch den Stammbaum des Lebens nachgewiesen – von Kieselalgen über Eintagsfliegen bis zum Biber", sagt Till-Hendrik Macher, Erstautor der Studie, der inzwischen an der Universität Trier forscht. „Und wir konnten nachweisen, dass unsere Daten tatsächlich die Biologie der Lippe abbilden und nicht nur zufällig in den Fluss gespülte DNA ist“, ergänzt Robin Schütz, mittlerweile Wissenschaftler am Bundesamt für Naturschutz. „Denn Winterlaicher wie Quappe und Hecht zum Beispiel zeigten ihre DNA-Maxima im Winter, die Blässgans genau in ihrer Überwinterungszeit.“

Auch ökonomisch ist der Ansatz interessant, denn der Bedarf an solchen Daten wächst: Sowohl das globale Biodiversitätsrahmenwerk von Kunming-Montreal (GBF) als auch die nationalen und europäischen Berichtspflichten verlangen eine räumliche und zeitliche Datendichte, die mit klassischen Methoden kaum zu leisten ist.

Effektiv und günstig

Mit der Methode von Macher und Schütz kostete die Analyse aller 52 Proben rund 12.000 Euro; eine vergleichbare klassische Erfassung derselben Organismengruppen über ein Jahr würde etwa 70.000 Euro kosten – rund das Sechsfache. Für die EU-Wasserrahmenrichtlinie werden derzeit pro Fluss im Schnitt 1,71 der vier biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Wirbellose, Mikroalgen, Wasserpflanzen) untersucht, bei den wenigsten Gewässern alle vier.
Eine Kombination aus einer klassischen Erfassung mit drei Erhebungen, die auf Umwelt-DNA basieren, käme auf alle vier – bei etwa 115 Prozent des bisherigen Budgets.

„Die Rechnung zeigt, welches Potenzial in der Kombination der Methoden steckt", sagt Florian Leese, Leiter der AG Aquatische Ökosystemforschung an der UDE. „Denn Biomasse und Individuenzahlen liefert die Umwelt-DNA nicht, sodass wir weiterhin auch andere Methoden brauchen, um ein vollständiges Bild zu bekommen."

Universität Duisburg-Essen

Originalpublikation:

Macher T-H, Schütz R, Arle J, Beermann AJ, Haase P, Koschorreck J, Krehenwinkel H, Mora D, Sinclair JS, Zimmermann J, Leese F (2026): eDNA metabarcoding provides scalable and continuous biodiversity monitoring across the tree of life. Ecological Indicators 190, 115316. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2026.115316

Giftige Cyanobakterien sitzen auch auf Wasserpflanzen: Warum das Gewässer-Monitoring genauer hinschauen sollte

Wed, 26 Aug 2026 11:51:31 +0200

Normalerweise werden Cyanobakterien als im Wasser schwebende Organismen wahrgenommen, die unter günstigen Bedingungen sichtbare Blüten bilden. Es gibt jedoch auch Arten, die auf Wasserpflanzen wachsen – sogenannte pflanzen-assoziierte Cyanobakterien. Einige davon gelten als potenziell toxisch und können Nervengifte wie z. B. Anatoxine und Saxitoxine produzieren.

Nicht nur im freien Wasser:

Ein neuer Übersichtsartikel zeigt, dass solche pflanzen-assoziierten Cyanobakterien keineswegs auf bestimmte Gewässertypen beschränkt sind. Die Forschenden dokumentierten entsprechende Vorkommen in 107 Süßwassersystemen in zwölf Ländern auf fünf Kontinenten. 97 der Fälle stammen aus Seen, Speichern und Teichen, zehn aus Flüssen, Bächen oder anderen Fließgewässern. Die untersuchten stehenden Gewässer reichten von einem bis 30.400 Hektar Fläche und von 1,8 bis 288 Metern maximaler Tiefe. Besonders bemerkenswert: Die Organismen wurden auch in nährstoffarmen, oligotrophen Gewässern gefunden. Ihr Auftreten ist somit nicht auf stark nährstoffbelastete Seen und Flüsse beschränkt, in denen klassische Cyanobakterienblüten besonders häufig sind.

Die Übersicht umfasst mindestens 24 Wasserpflanzenarten, die mit toxischen oder potenziell toxischen Cyanobakterien in Verbindung gebracht wurden. Dazu zählen untergetauchte, schwimmende und über die Wasseroberfläche ragende Pflanzen. Häufig genannt werden Wasserpest (Hydrilla verticillata), Tausendblatt (Myriophyllum spicatum) und Hornblatt (Ceratophyllum demersum).

Ein blinder Fleck der Gewässerüberwachung:

„Anders als frei schwebende Cyanobakterien können pflanzen-assoziierte Formen oft kleinräumig und ungleichmäßig verteilt auftreten. Die routinemäßige Wasserüberwachung konzentriert sich jedoch vielfach auf die Wassersäule. Dadurch können Vorkommen auf Pflanzen unentdeckt bleiben“, erläutert IGB-Forscherin Dr. Sabine Hilt, Erstautorin des Artikels. Das ist insbesondere für die Uferzone relevant. Dort kommen Menschen und Tiere am häufigsten mit Wasserpflanzen in Kontakt. Werden Pflanzen durch Wellen, Strömungen oder andere Kräfte losgerissen, können sie die auf ihnen lebenden Cyanobakterien bis ans Ufer transportieren. In Europa und Nordamerika wurden bereits Todesfälle von Hunderten Vögeln und mindestens 26 Hunden mit pflanzen-assoziierten Cyanobakterien in Verbindung gebracht.

„Pflanzen-assoziierte Cyanobakterien sind bislang deutlich weniger untersucht als frei schwebende Formen. Unsere Übersicht zeigt, dass wir bei der Überwachung von Süßgewässern nicht nur in die Wassersäule schauen sollten, sondern auch auf die Lebensgemeinschaften auf Wasserpflanzen“, sagt Sabine Hilt.

Auch für aquatische Nahrungsnetze sind die Organismen relevant. Pflanzenfresser können Cyanobakterien mit ihrer Nahrung aufnehmen, während Zooplankton und wirbellose Tiere die Aufwuchsgemeinschaften abweiden. Hinweise auf einen Transfer von Toxinen durch Nahrungsnetze gibt es bereits. Wie häufig und unter welchen Bedingungen dieser Weg zu einer relevanten Belastung von Tieren führt, ist jedoch noch nicht zuverlässig bekannt.

Mehr Daten für eine belastbare Risikobewertung:

Die Forschenden sehen deshalb vor allem Bedarf an systematischen Erhebungen: Wasserpflanzen sollten gezielt auf Cyanobakterien und deren Toxine untersucht werden. Molekularbiologische Verfahren und chemische Analysen könnten dabei helfen, toxische und nicht toxische Organismen besser zu unterscheiden und die Faktoren zu bestimmen, die das Wachstum und die Toxinproduktion fördern. Auch ferngesteuerte Unterwasserfahrzeuge könnten genutzt werden, um kleinräumige Vorkommen aufzuspüren und gezielt Proben zu entnehmen.

Offen ist insbesondere, welche Umweltbedingungen das Wachstum und die Toxinproduktion auf Wasserpflanzen fördern. Ebenso fehlen belastbare Daten dazu, wie empfindlich verschiedene Tierarten auf die Toxine reagieren und wie stark diese in aquatischen und terrestrischen Nahrungsnetze weitergegeben werden. Ein pauschales Gesundheitsrisiko für Menschen lässt sich aus den bisherigen Befunden daher nicht ableiten. Die Übersicht macht damit eine bislang wenig beachtete Lücke sichtbar: Wer toxische Cyanobakterien in Süßgewässern erfassen will, muss nicht nur ins Wasser schauen, sondern auch auf die Pflanzen darin.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Originalpublikation:

Sabine Hilt, Pablo Barrancos, Elena M Bezzubova, Haowu Cheng, Lea Drescher, Petr Dvořák, Hans-Peter Grossart, Ferdi Hellweger, Sven Meissner, Michael T Monaghan, Timo H J Niedermeyer, Alexander R Pelletier, Charlotte Schampera, Nikola Stankovic, Christoph van Thriel, Susan B Wilde, Susanna A Wood, Jutta Fastner, Aquatic plant-associated toxic cyanobacteria—a new threat to freshwater ecosystems, BioScience, 2026;, biag095, https://doi.org/10.1093/biosci/biag095

Der Fingerabdruck anthropogener Kohlendioxid-Emissionen erreicht den tiefen Nordatlantik

Wed, 26 Aug 2026 11:33:54 +0200

In seiner stabilen Form besteht Kohlenstoff aus den Isotopen C-12 und C-13. Pflanzen binden während der Photosynthese bevorzugt das leichtere C-12. Da Brennstoffe überwiegend aus fossilem Pflanzenmaterial bestehen, enthalten diese vergleichsweise wenig des schweren Kohlenstoffisotops C-13. Durch ihre Verbrennung nimmt deshalb das Verhältnis von C-13 zu C-12 in der Atmosphäre ab. Durch den Austausch mit der Atmosphäre übernimmt das Oberflächenwasser zunehmend diese veränderte Isotopensignatur. Durch vertikale Vermischung und die Bildung von Tiefenwasser kann der anthropogene Kohlenstoff tief in den Ozean transportiert werden.

Neue Messungen zeigen nun, wie weit dieses anthropogene Kohlenstoffsignal bereits in die Tiefenwassermassen des Nordatlantiks vorgedrungen ist. Für ihre in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichten Studie untersuchte das Team um Emma Bavoux Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse in Wasserproben, die während zweier Expeditionen mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN in den Jahren 2017 und 2018 entlang eines Schnitts bei etwa 48° Nord durch den gesamten Nordatlantik gewonnen wurden. Zusätzlich nutzten die Forschenden frühere Messungen des ebenfalls durch menschliche Aktivitäten erzeugten Spurengases Schwefelhexafluorid (SF₆), um den von Menschen verursachten Anteil im Kohlenstoff-Isotopenverhältnis abzuschätzen.

„Uns hat überrascht, wie groß der Suess-Effekt in den Tiefenwassermassen des Nordatlantiks bereits ist“, sagt Emma Bavoux. Der Suess-Effekt ist mittlerweile in fast allen untersuchten Wassermassen des Nordatlantiks nachweisbar. Junge, unter der Oberfläche liegende Wassermassen im Nordatlantik oder solche, die zuletzt Kontakt zur Atmosphäre hatten, wiesen den stärksten Suess-Effekt auf. Der Suess-Effekt war in tiefen, alten Wassermassen wie dem Nordostatlantischen Tiefenwasser, die wahrscheinlich seit mehreren hundert Jahren keinen Kontakt zur Atmosphäre hatten, äußerst schwach oder nicht nachweisbar. Proben aus dem westlichen Nordatlantik hingegen – das Labradormeerwasser und die durch die Dänemarkstraße strömenden und anschließend in größere Tiefen absinkenden Wassermassen – wiesen seit der vorindustriellen Zeit einen Suess-Effekt von etwa 0.3 bis 0.6 Promille auf. Den Forschenden gelang es darüber hinaus, einen großen ozeanischen Wirbel in der Labradorsee zu beobachten, der ein deutliches Suess-Effekt-Signal in Wassertiefen von bis zu 2.000 Metern transportiert.

Die Veröffentlichung zeigt, dass sich die Spuren industrieller Aktivitäten zunehmend im Ozean nachweisen lassen. Die Forschenden weisen aber auch darauf hin, dass der Suess-Effekt bereits in den Schalen von Mikrofossilien nachweisbar ist. Dazu gehören etwa die sogenannten Foraminiferen, die in den letzten Dekaden am Ozeanboden abgelagert wurden. „Mit dem Suess-Effekt konserviert der Ozeanboden Signale menschlichen Ursprungs, die nun langfristig in diesen geologischen Archiven den Beginn des Anthropozäns markieren“, sagt Stefan Mulitza, Mitautor der Studie. „Wie stark sich diese stratigraphische Grenze ausprägen wird, hängt vor allem von der Entwicklung der zukünftigen Kohlendioxid-Emissionen ab.“ Im Rahmen des Exzellenzclusters „Ozeanboden – unerforschte Schnittestelle der Erde “ arbeiten die Wissenschaftler:innen daran, die Rolle des Ozeans und seiner Ökosysteme im globalen Kohlenstoffkreislauf weiter zu entschlüsseln.

MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen

Originalpublikation:

Bavoux, E., Mulitza, S., Steinfeldt, R., Kuhnert, H., Martinez-Mendez, G., & Pälike, H.: Anthropogenic carbon isotope signals in North Atlantic water masses at 48°N. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121339. https://doi.org/10.1029/2025GL121339

Vergrabene Unterhosen zeigen: Landnutzung entscheidend für Bodenqualität

Wed, 26 Aug 2026 11:26:10 +0200

Böden bilden die Grundlage unserer Ernährung, speichern Wasser, Kohlenstoff, Nährstoffe und beherbergen einen großen Teil der weltweiten Artenvielfalt. Schätzungen zufolge lebt mehr als die Hälfte der globalen Biodiversität im Boden. Dennoch gehen biologische Vielfalt und damit auch die Bodenqualität weltweit zurück – mit Folgen für die Landwirtschaft, die Ernährungssicherheit und das Funktionieren ganzer Ökosysteme.

Um die Aufmerksamkeit für dieses oft übersehene Ökosystem zu erhöhen und gleichzeitig wissenschaftliche Daten zu gewinnen, lancierten Forschende der Universität Zürich (UZH) und des Kompetenzzentrums des Bundes für die landwirtschaftliche Forschung Agroscope im Jahr 2021 das Citizen Science-Projekt «Beweisstück Unterhose». 1'000 Freiwillige vergruben nach einem standardisierten Verfahren mehr als 2'000 Baumwoll-Unterhosen und 12'000 Teebeutel an rund 1'000 Standorten in der ganzen Schweiz. Nach zwei Monaten wurden sie wieder ausgegraben, fotografiert und zusammen mit einer Bodenprobe ins Labor zur weiteren Analyse geschickt.

Abbaugeschwindigkeit als Indikator für Bodenleben
Nun wurden die Ergebnisse – eine Landkarte der Bodenaktivität – im Fachjournal «Plants, People, Planet» publiziert. Die Auswertung zeigt, dass sich die Unterhosen je nach Standort sehr unterschiedlich zersetzt haben. Dabei gilt die Abbaugeschwindigkeit als Indikator für das Bodenleben: Je aktiver die Bodenorganismen, desto schneller wird das Baumwollmaterial abgebaut.

Am stärksten zersetzten sich die Unterhosen in Privatgärten. Dort fanden die Forschenden die höchsten Anteile an organischer Substanz – ideale Bedingungen für Regenwürmer, Pilze, Bakterien und andere Bodenlebewesen. Die geringste Aktivität der Bodenlebewesen wurde in Rasenflächen festgestellt, landwirtschaftlich genutzte Äcker und Wiesen lagen dazwischen.

Landnutzung hat größten Einfluss
«Unsere Resultate zeigen, dass die Bodenbewirtschaftung einen großen Einfluss auf Bodenleben und Qualität haben kann», sagt Co-Studienleiter Marcel van der Heijden, UZH-Professor für Agrarökologie. «Ein lebendiger Boden ist entscheidend für die Fruchtbarkeit, die Nährstoffkreisläufe und zahlreiche weitere Ökosystemleistungen.» Zu den Maßnahmen, die das Bodenleben fördern können, zählen etwa eine permanente Bodenbedeckung, der Einsatz von Kompost, vielfältige Fruchtfolgen, sowie reduzierter Einsatz von Mineraldünger und Pflanzenschutzmitteln.

Die Art der Landnutzung erwies sich als der wichtigste Faktor für die Zersetzung der Unterhosen. Ob ein Standort als Garten, Wiese, Acker oder Rasen genutzt wurde, erklärte die Unterschiede besser als die meisten gemessenen Bodeneigenschaften. Eine weitere wichtige Rolle spielten chemische Bodeneigenschaften, wie der Gehalt an Nährstoffen.

Teilweise mit Nährstoffen überversorgt
Die Resultate zeigen zudem, dass ein starker Unterhosenabbau häufig auf eine hohe Bodenfruchtbarkeit und eine gute Nährstoffversorgung hindeutet. Dies ist insbesondere für die landwirtschaftliche Produktion von Vorteil. «Ein maximaler Abbau ist aber nicht in jedem Ökosystem wünschenswert», sagt Franz Bender, Teamleiter für Agrarökologische Bewertungen bei Agroscope und Co-Projektleiter.

«In naturnahen Lebensräumen wie Wäldern können sehr hohe Nährstoffgehalte auf Störungen des natürlichen Nährstoffhaushalts hinweisen. Auch in Gärten kann ein starker Unterhosenabbau auf eine Überversorgung mit Nährstoffen hindeuten», so Bender. In solchen Fällen lohnt es sich zu überprüfen, ob die Düngung reduziert werden sollte. Hinzu kommt, dass die biologische Aktivität im Boden stark von Temperatur und Bodenfeuchtigkeit abhängig ist: Ist es zu kalt oder zu trocken, ist der Boden kaum aktiv.

Bewusstsein für Bodengesundheit
Vergrabene Baumwoll-Unterhosen können ein aussagekräftiges Instrument sein, um Unterschiede in den biologischen Prozessen und der Fruchtbarkeit von Böden sichtbar zu machen. Die Forschenden schlagen deshalb den «Unterhosen-Index» als einfach verständliche Methode vor, um Bodenprozesse zu veranschaulichen und das öffentliche Bewusstsein für Schutz der Böden zu stärken.

Großangelegte Forschung dank Citizen Science
Das Projekt «Beweisstück Unterhose» zeigt, welches Potenzial in der Citizen Science für die Forschung steckt. Ohne die Mithilfe der zahlreichen freiwilligen Bürgerwissenschaftler:innen wäre eine Untersuchung in dieser räumlichen Auflösung mit 1'000 Standorten nicht möglich gewesen. Die Daten stammen aus allen Regionen der Schweiz und bilden einen der umfassendsten Datensätze zur biologischen Aktivität von Böden des Landes. Die aussergewöhnlich große Beteiligung spiegelt sich auch in der Autorenschaft wider: Rund 240 Bürgerwissenschaftler:innen sind als Co-Autor:innen auf der Publikation aufgeführt. Von den Forschenden erhielten die Bürgerwissenschaftler:innen im Gegenzug individuelles Feedback, darunter Ergebnisse der Bodenanalysen, Hilfsmittel zur Auswertung sowie Tipps für eine nachhaltige Bodenbewirtschaftung.

Universität Zürich

Originalpublikation:
S.F. Bender, D. Bürge, L. Bragazza, E. Knop, S. Masson, N. Peter, R. Dmarmels, D. Müller, A. Imhof, P. Viviani, A. Bieri, T.D. Bucheli & M.G.A. van der Heijden. Soil Health Assessment Using Buried Cotton Underpants with the Help of 1000 Citizen Scientists. Plants, People, Planet. 25 August 2026. DOI: https://nph.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ppp3.70259

Die Wüste als Lebensraum – Entstehung, Dynamik und Anpassung - Online-Veranstaltung für SEK II

Tue, 25 Aug 2026 16:54:00 +0200

Wüsten gelten oft als lebensfeindliche Ödnis – doch das Gegenteil ist der Fall. Wüsten sind hochdynamische Ökosysteme, gestaltet von geologischen Kräften, geprägt durch extreme Klimabedingungen und bewohnt durch erstaunlich anpassungsfähige Organismen. Es lohnt sich, die Wüste zu entdecken!

Die Veranstaltung richtet sich Lehrkräfte, Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II, die sich vertieft mit Wüstenentstehung, Klima, Ökosystemen und globalen Umweltprozessen auseinandersetzen möchten.

Die zweistündige Veranstaltung bietet einen kompakten Einblick in die Entstehung und geologischen Grundlagen verschiedener Wüstentypen sowie in die zentralen ökologischen Anpassungsmechanismen von Pflanzen und Tieren.

Programm

10.00 Begrüßung
(Prof. Dr. Alexander Nützel, DVGeo)

10.05 Scheinbar leere Welten aus Sand – wo Landschaften niemals stillstehen
(Prof. Michael Dietze, RWTH Aachen)

10.30 Wie (über)leben große Säugetiere in der Wüste?
(Dr. Bettina Wachter, Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Berlin))

11.00 Pause

11.15 Diskussion: Wie können bio- und geowissenschaftliche Erkenntnisse aus der Wüste helfen, den Herausforderungen des Klimawandels zu begegnen?
(Moderation PD Dr. Sven Bradler, VBIO)

12.00 Ende

Lehrkräfte melden ihre Kurse/Klassen bitte an unter: https://t1p.de/tx72e

Die Veranstaltung findet via ZOOM statt, weitere Informationen erhalten Sie nach der Anmeldung.

Veranstalter:
Dachverband der Geowissenschaften www.dvgeo.org und Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland www.vbio.de

(VBIO)

Alle Informationen auf einen Blick

Bundeskonferenz Schule MIT Wissenschaft 2026 in Karlsruhe

Tue, 25 Aug 2026 10:58:52 +0200

Lehrkräfte prägen oft entscheidend, ob junge Menschen Interesse an Naturwissenschaften, Technik oder Informatik entwickeln. Wer Schülerinnen und Schüler für MINT-Themen begeistern möchte, braucht aktuelle wissenschaftliche Einblicke, neue Ideen und den Austausch mit anderen Engagierten.

Genau dafür steht Schule MIT Wissenschaft. Die Veranstaltung orientiert sich am renommierten Science and Engineering Program for Teachers des Massachusetts Institute of Technology (MIT), USA, und wird vom MIT Club of Germany e. V. in Zusammenarbeit mit dem Karlsruher Institut für Technologie (KIT) organisiert.

Freuen Sie sich auf drei Tage mit:

Aktueller Forschung aus erster Hand: Renommierte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler geben Einblicke in Themen, die Forschung und Gesellschaft prägen. Dazu gehören Künstliche Intelligenz, moderne Genforschung sowie Energie- und Klimaforschung. In diesem Jahr stellt Dr. Georg Bednorz, Physik-Nobelpreisträger und Mitentdecker der Hochtemperatur-Supraleitung, seine Arbeiten vor.
Praxisnahen Workshops für den Unterricht: Wählen Sie aus einem breiten Angebot an Workshops mit direkt einsetzbaren Ideen für den MINT-Unterricht, von Experimenten zum Klimawandel über Mikrochip-Design und maschinelles Lernen bis hin zu App-gestützten Experimenten mit Phyphox und Kreativitätstechniken für Forschungsprojekte.
Austausch und Vernetzung mit engagierten Lehrkräften: Die Konferenz bietet Raum für Gespräche und den Erfahrungsaustausch mit Lehrkräften aus dem gesamten Bundesgebiet.
Exklusive Einblicke am Freitag (optional): Ergänzend zum Konferenzprogramm bieten wir ausgewählte Führungen und Besichtigungen an, unter anderem im Naturkundemuseum Karlsruhe und im Botanischen Garten. Außerdem haben Sie die Möglichkeit, die Forschungsanlagen des KIT Campus Nord zu besichtigen, darunter die Schaltwarte des Forschungsreaktors, KARA und KATRIN.

Weitere Informationen zur Anmeldung, zum Programm sowie zur Präsenz- oder Online-Teilnahme finden Sie hier: schule-mit-wissenschaft.de/veranstaltungen/bundeskonferenz-2026-karlsruhe-hybrid/

Schule MIT Wissenschaft

Machine-Learning-Methode entdeckt verborgene Muster in der DNA-Methylierung

Tue, 25 Aug 2026 10:46:47 +0200

Die Aktivität unserer Gene wird nicht nur durch die DNA-Sequenz bestimmt. Anheftungen kleiner chemischer Verbindungen, sogenannte Methylgruppen, beeinflussen, welche Gene aktiv sind und welche abgeschaltet bleiben. Die DNA-Methylierung ist damit ein zentraler Bestandteil des Epigenoms.

Veränderungen des Epigenoms spielen eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung unseres Körpers, beeinflussen unseren Alterungsprozess und sind für zahlreiche Erkrankungen wie Krebs relevant. Um solche Veränderungen zu verstehen, suchen Forschende gezielt nach unterschiedlich methylierten DNA-Regionen (Differentially Methylated Regions, DMRs). Bisherige Verfahren setzen jedoch meist voraus, dass die untersuchten Proben bereits bekannten Gruppen zugeordnet sind – beispielsweise gesundem oder erkranktem Gewebe. Bei komplexen klinischen Datensätzen sind diese Informationen jedoch häufig unbekannt.

Neue Methode erkennt Unterschiede auch ohne bekannte Gruppen

Mit metilene3, einem neuen Software-Tool, haben Forschende nun ein Verfahren entwickelt, das diese Einschränkung überwindet. Die Software kann DNA-Methylierungsmuster sowohl zwischen bereits definierten Gruppen vergleichen (überwachter Modus) als auch Proben anhand ihrer epigenetischen Eigenschaften eigenständig clustern (unüberwachter Modus).

Bei letzterem Modus wird nach DMRs gesucht, ohne dass die Proben zuvor in Gruppen wie etwa „gesund“ oder „krank“ eingeteilt sein müssen. Die Software segmentiert das Genom eigenständig anhand der Methylierungssignale und gruppiert die Proben vollautomatisch. Durch diese automatische Klassifizierung lassen sich epigenetische Ähnlichkeiten und Entwicklungszusammenhänge zwischen den Proben sichtbar machen. So lassen sich bislang unbekannte Zelltypen oder Krankheitsuntergruppen erkennen und Regionen identifizieren, in denen die Proben sowohl bereits bekannten Erkrankungen ähneln als auch sich davon unterscheiden. Gleichzeitig bleiben die biologischen Unterschiede nachvollziehbar, da sich jede Gemeinsamkeit und jeder Unterschied auf bestimmte Methylierungsmuster zurückführen lassen.

Praxistest anhand realer Datensätze

Anschließend testeten die Forschenden die Methode an verschiedenen biologischen Datensätzen. Bei menschlichen Blutzellen rekonstruierte metilene3 allein anhand ihrer DNA-Methylierung die bekannten Entwicklungswege verschiedener Immunzelltypen. Darüber hinaus identifizierte die Software regulatorische DNA-Bereiche, die mit Transkriptionsfaktoren verknüpft sind und die Identität dieser Zelltypen steuern. Die Ergebnisse belegen, dass sich mit dem Verfahren nicht nur Zellgruppen unterscheiden, sondern auch funktionell relevante regulatorische Elemente identifizieren lassen.

Auch bei Tumordaten erwies sich der Ansatz als äußerst leistungsfähig. In Datensätzen zu Glioblastomen identifizierte metilene3 verschiedene molekulare Untergruppen der Tumoren und erkannte sogar einzelne Proben mit ungewöhnlichen biologischen Eigenschaften.

In Gewebeproben von Bauchspeicheldrüsenkrebs konnte die Software zudem die schrittweise Entwicklung vom gesunden Gewebe über Krebsvorstufen bis hin zum Tumor nachvollziehen. Dabei entdeckten die Forschenden DNA-Regionen, in denen die Bindungsstellen der Transkriptionsfaktoren NF-κB und NFAT besonders häufig zusammen vorkommen. Diese Regionen könnten eine wichtige Rolle bei der Entstehung von Bauchspeicheldrüsenkrebs spielen und ein wichtiger Ansatzpunkt für weitere Untersuchungen sein. Die biologische Hypothese muss jedoch nun experimentell überprüft werden.

„Die durch das Machine-Learning-Verfahren identifizierten Veränderungen der DNA-Methylierung im Krebs ermöglichen direkte Rückschlüsse auf die molekularen Störungen bei Transkriptionsfaktoren“, unterstreicht Prof. Helene Kretzmer vom Hasso-Plattner-Institut in Potsdam. Gerade bei medizinischen Fragestellungen seien die Anforderungen an die Erklärbarkeit von Vorhersagen besonders hoch.

„Unsere Methode eröffnet neue Möglichkeiten, bislang verborgene biologische Zusammenhänge und Therapieansätze aufzufinden“, ergänzt Prof. Steve Hoffmann vom Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena.

Neue Möglichkeiten für Forschung und Medizin

Mit metilene3 steht den Forschenden nun ein Werkzeug zur Verfügung, das die Analyse komplexer DNA-Methylierungsdaten deutlich erweitert. Insbesondere bei heterogenen Gewebeproben oder klinischen Datensätzen, in denen sich biologische Gruppen nicht immer im Vorfeld definieren lassen, kann die Methode dabei helfen, bislang verborgene, neue Zusammenhänge aufzudecken. Die Autoren der Studie sehen daher großes Potenzial der Software für die Erforschung von Alterungsprozessen, Krebs und anderen Erkrankungen sowie für die Identifizierung neuer Biomarker. Das Tool soll künftig auch für weitere Sequenzierungstechnologien und Einzelzellanalysen eingesetzt werden, um die Analyse epigenetischer Daten noch breiter nutzbar zu machen.

„Je besser wir die epigenetischen Muster verstehen, desto gezielter können wir die biologischen Prozesse dahinter entschlüsseln. Die Software bietet dafür eine wichtige Grundlage und könnte dabei helfen, aus großen Datensätzen neue Hypothesen für die biomedizinische Forschung abzuleiten“, sagt Kretzmer.

Leibniz-Institut für Alternsforschung - Fritz-Lipmann-Institut e.V.

Originalpublikation:

Zhu, Z., Bernhart, S.H., Jühling, F. et al. metilene³: identifying DMRs across multiple conditions with auto-classification. Nat Commun 17, 5848 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-74931-y

Der Quellcode des Programms ist frei über das metilene3 GitHub-Repository zugänglich. https://github.com/zzhu1372/metilene3

Mit Zucker gegen einen gefährlichen Pilz

Tue, 25 Aug 2026 10:32:22 +0200

Pilze sind besonders gefährliche Krankenhauskeime: Besonders betroffen davon sind Menschen, deren Immunsystem bereits geschwächt ist. Eine Herausforderung ist der neu auftretende, multiresistente Hefepilz Candida auris. Er wurde 2009 erstmals in Japan entdeckt und breitet sich seither weltweit aus. Bislang gibt es weder Impfstoffe noch schnelle Verfahren zur Diagnose. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) stuft C. auris seit 2022 als Pilzerreger mit kritischer Priorität ein.

Nun haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Kolloid- und Grenzflächenforschung, der Freien Universität Berlin und des Centre for Medical Mycology der University of Exeter im Vereinigten Königreich ein Zuckermolekül synthetisiert, das eine Struktur auf der Oberfläche von C. auris nachahmt. Das Molekül kann als Angriffspunkt für einen Impfstoffkandidaten und für Antikörper dienen und wurde außerdem für die Entwicklung eines Schnelltests genutzt.

„Mit der chemischen Synthese können wir einzelne Zuckerstrukturen des Pilzes exakt nachbauen und herausfinden, welche davon das Immunsystem erkennt“, sagt Peter H. Seeberger, Direktor am Max-Planck-Institut. „Das eröffnet uns die Möglichkeit, eine Strategie für die Bekämpfung von Candida auris zu finden.“

Die entscheidende Zuckerstruktur identifiziert

Die Entwicklung eines Impfstoffes gegen den Hefepilz C. auris ist eine besondere Herausforderung. Zellwände von Pilzen bestehen zu einem großen Teil aus unterschiedlichen komplizierten Zuckerstrukturen. Welche dieser Strukturen das Immunsystem erkennt und eine schützende Immunantwort auslöst, lässt sich deshalb nicht einfach bestimmen. Aus diesem Grund stellten die Forschenden die Zuckerstrukturen im Labor chemisch her. So konnten sie einzelne Moleküle mit genau definierter Zusammensetzung und Struktur untersuchen. Auf diese Weise identifizierten sie das vielversprechende Molekül, das aus vier miteinander verbundenen Zuckerbausteinen besteht und den Zuckern auf der Oberfläche der Pilze entspricht. Es handelt sich um ein β-Mannan-Tetrasaccharid.

Vom Zuckermolekül zum Impfstoffkandidaten

Damit das Immunsystem diese spezifische Zuckerstruktur gezielt erkennt, wurde der Zucker an ein Trägerprotein gekoppelt. Die Kombination aus Zucker und Protein wird als Glykokonjugat bezeichnet; sie trägt dazu bei, eine gezielte Immunantwort gegen die Zuckerstruktur auszulösen. In der Studie zeigte sich in einem Infektionsmodell mit Mäusen, dass die Impfung mit dem Glykokonjugat eine spezifische Immunantwort auslöste. Die Tiere bildeten Antikörper, die gezielt die synthetische Zuckerstruktur erkannten. Bei den geimpften Tieren war die Pilzlast nach der Infektion in Niere und Milz reduziert. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass eine einzelne, chemisch definierte Zuckerstruktur ausreicht, um gegen Candida auris eine gezielte Immunantwort aufzubauen und die Infektion im Tiermodell zu begrenzen“, sagt Seeberger. „Damit haben wir einen wichtigen präklinischen Wirksamkeitsnachweis für diesen Impfstoffansatz.“

Derselbe Zucker ermöglicht Therapie und Diagnose

Die Forschenden entwickelten außerdem einen Antikörper, der die Zuckerstruktur erkennt. Im Tiermodell schützte dieser die Mäuse ebenfalls vor der Infektion, sodass bei passiv immunisierten Mäusen die Pilzlast in der Milz reduziert war. Doch die Zuckerstruktur kann noch mehr: Die Antikörper lassen sich auch zur Erkennung des Pilzes einsetzen. Die Forschenden entwickelten damit einen Schnelltest nach einem ähnlichen Prinzip wie bei einem Schwangerschafts- oder Corona-Schnelltest. Der Test erkennt Strukturen auf der Oberfläche von C. auris und könnte perspektivisch eine schnelle Identifizierung des Pilzes ermöglichen. „Dass dieselbe Zuckerstruktur sowohl für einen Impfstoff als auch für Antikörper und einen diagnostischen Test genutzt werden kann, ist besonders interessant. Wir zeigen damit, welches Potenzial chemisch definierte Glykane für die Infektionsmedizin haben“, sagt Seeberger.

Den Forschenden ist damit eine Reihe an Erfolgen gelungen: Mit einem einzigen, chemisch definierten Zuckermolekül konnten sie einen Impfstoffkandidaten entwickeln, schützende Antikörper identifizieren und einen Prototypen für einen Schnelltest herstellen. Die Ergebnisse verbinden damit Impfung, passive Immunisierung und Diagnostik auf Grundlage einer einzigen definierten Zuckerstruktur. Die zuckerbasierten Ansätze befinden sich noch in der präklinischen Entwicklung. Der Impfstoffkandidat und die Antikörper wurden bislang in Tiermodellen untersucht. Auch beim Schnelltest handelt es sich um einen Prototypen. Bis zu einer möglichen Anwendung am Menschen sind weitere Untersuchungen erforderlich.

Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung

Originalpublikation:

E. E. Reuber, A. Pradhan, and I. Leaves, et al.: A Synthetic β-Mannan Epitope Enables Immunization and Detection of Candida auris, Angewandte Chemie International Edition (2026): e9466991. https://doi.org/10.1002/anie.9466991

Neue Gefahr für Bienen: Tropilaelaps stellt Imkerei vor neue Herausforderungen

Tue, 25 Aug 2026 10:22:46 +0200

Honigbienen sichern einen Großteil der landwirtschaftlichen Bestäubung. Doch neben der Varroamilbe könnte künftig ein weiterer Parasit die Imkerei in Europa vor große Herausforderungen stellen: Tropilaelaps mercedesae.

Diese Milbe parasitierte ursprünglich ausschließlich asiatische Riesenhonigbienen. Vor mehr als 60 Jahren gelang ihr jedoch der Sprung auf die Westliche Honigbiene (Apis mellifera). Seither hat sie ihr Verbreitungsgebiet kontinuierlich erweitert. Funde in Westasien und Osteuropa zeigen, dass sie inzwischen auch Regionen mit gemäßigtem Klima erreicht hat und dort überleben kann.

Wie groß das Risiko für Europa tatsächlich ist und welche Konsequenzen sich daraus ergeben, fasst eine Übersichtsarbeit unter Leitung von Dr. Kirsten Traynor, Leiterin der Landesanstalt für Bienenkunde an der Universität Hohenheim, zusammen.

Schwere Schäden an Brut und Volk

Tropilaelaps befällt die Brut von Honigbienen und verursacht bereits während der Larven- und Puppenentwicklung erhebliche Schäden. Die Milben ernähren sich von der Körperflüssigkeit, der Hämolymphe, der sich entwickelnden Bienen und hinterlassen zahlreiche Einstichstellen. Die Folgen reichen von Missbildungen an Antennen, Flügeln und Beinen über ein geringeres Körpergewicht bis hin zu einer eingeschränkten Flug- und Lernfähigkeit der schlüpfenden Bienen. Zudem überträgt Tropilaelaps verschiedene Krankheitserreger.

Die Auswirkungen beschränken sich jedoch nicht auf einzelne Bienen: „Befallene Völker entwickeln sich deutlich schwächer, produzieren weniger Honig und weisen eine erhöhte Sterblichkeit sowohl bei der Brut als auch bei erwachsenen Tieren auf“, beschreibt Dr. Traynor die Folgen. „Imker:innen aus bereits betroffenen Regionen Asiens und Russland berichten von erheblichen Völkerverlusten und einem andauernd hohen Aufwand für die Bekämpfung.

Die neue Milbe erfordert eine Anpassung des Völkermanagements, insbesondere durch regelmäßige vollständige Brutpausen im Abstand von zwei bis drei Monaten. Dies dürfte nicht nur erhebliche Auswirkungen auf den Honigertrag haben, sondern auch den Arbeits- und Kostenaufwand für Imkerinnen und Imker deutlich erhöhen.“

Frühzeitige Erkennung entscheidend

Besonders problematisch ist die außergewöhnliche Biologie von Tropilaelaps mercedesae. Anders als die weltweit verbreitete Varroamilbe verbringt sie nur eine sehr kurze Phase auf erwachsenen Bienen. Stattdessen hält sie sich überwiegend in der verdeckelten Brut auf und wechselt bereits nach wenigen Tagen von einer Brutzelle in die nächste. Dadurch kann Tropilaelaps neue Fortpflanzungszyklen wesentlich schneller durchlaufen als Varroa destructor.

„Die Gefahr liegt nicht nur in den direkten Schäden an der Brut, sondern auch in der Geschwindigkeit, mit der sich dieser Parasit vermehren und ausbreiten kann“, sagt die Expertin: „Unter günstigen Bedingungen vermehrt sich Tropilaelaps innerhalb eines Monats etwa um den Faktor 2,7, während sich die Population der Varroamilbe im gleichen Zeitraum etwa verdoppelt.“

Hinzu kommt, dass die Symptome einem Varroabefall ähneln. Deshalb wird Tropilaelaps häufig mit Varroa verwechselt oder erst spät erkannt. „Weil die Milbe auf erwachsenen Bienen kaum auffällt, bleibt sie oft lange unentdeckt“, so Dr. Traynor. Gleichzeitig erschwert ihre kurze Aufenthaltszeit auf erwachsenen Bienen sowohl die Überwachung als auch die Bekämpfung.

Eigenständige Strategien erforderlich

Nach Einschätzung des internationalen Forschungsteams wird Tropilaelaps innerhalb der nächsten drei bis sieben Jahre auch Deutschland erreichen. Warum sich die Milbe in den vergangenen Jahren so schnell ausgebreitet hat, ist noch nicht geklärt. Die Expert:innen befürchten jedoch, dass sie dann in der Imkerei größere Schäden verursachen könnte als Varroa und damit auch die Bestäubungsleistung beeinträchtigen.

„Tropilaelaps kann nicht als ‚weitere Varroa‘ betrachtet werden“, warnt die Bienenkundlerin. „Ihre Biologie unterscheidet sich in wesentlichen Punkten von der der Varroamilbe. Umso wichtiger ist es, Überwachungs- und Bekämpfungsstrategien frühzeitig weiterzuentwickeln und Maßnahmen international abzustimmen, bevor sich die Milbe in weiteren Regionen etablieren kann“, sagt Dr. Traynor.

Als besonders geeignet gelten Untersuchungen der verdeckelten Brut sowie das Sammeln natürlich abgefallener Milben auf Bodeneinlagen. Darüber hinaus entwickeln Forschende neue Nachweismethoden auf Basis von Umwelt-DNA (eDNA), die insbesondere in tropischen Regionen vielversprechende Ergebnisse liefern.

Universität Hohenheim

Originalpublikation:

Williams GR, Aurell D, Gill MC, Khongphinitbunjong K, Tokach R, Traynor KS: Tropilaelaps mercedesae: rapid geographic expansion in a novel honey bee host. Trends in Parasitology, Available online 5 August 2026; https://doi.org/10.1016/j.pt.2026.07.002

Nachbarschaftshilfe: Bodenbakterien versorgen sich gegenseitig mit Nährstoffen

Mon, 24 Aug 2026 12:34:30 +0200

Eine neue Studie des Forschungsteams um Prof. Dr. Christian Kost, Professor für Ökologie an der Uni Osnabrück, liefert nun neue Belege dafür. „Wir haben Bodenproben in Jena, Thüringen, gesammelt und daraus knapp 7.000 Bakterienstämme aus 27 Bakteriengemeinschaften isoliert“, erklärt Prof. Kost. „Im Labor haben wir dann untersucht, welche Bakterien dazu in der Lage waren, bestimmte Nährstoffe selbst herzustellen und welche auf die Nährstoffaufnahme aus der Umgebung angewiesen sind.“

Das Ergebnis: Etwa die Hälfte aller Bakterien einer Bakteriengemeinschaft konnte selbst keine oder nur bestimmte Aminosäuren produzieren. Aminosäuren sind für die Herstellung von Proteinen essentiell und stellen deswegen einen lebenswichtigen Nährstoff dar. In weiteren Experimenten konnte das Forschungsteam zeigen, dass isolierte auxotrophe Bakterien in Mischkulturen mit anderen Bakterienstämmen mit ebendiesen Nährstoffen versorgt wurden und dass ihr Wachstum von einer solchen Versorgung abhing.

Eine anschließende genetische Analyse legte nahe, dass eine Anreicherung mobiler DNA-Abschnitte möglicherweise die Entstehung der beobachteten Auxotrophien erklären kann. Diese mobilen Elemente sind dafür bekannt, Gene auszuschalten und könnten so die eigenständige Produktion von Aminosäuren bei Bakterien unterbrechen.

„Alles in allem unterstützen unsere Untersuchungen die Schwarze Königin Hypothese und zeigen, dass Bodenbakterien nicht nur um Nährstoffe konkurrieren. Im Gegenteil: Sie koexistieren in einer Art Netzwerk, in dem sie sich gegenseitig mit Nährstoffen versorgen und ermöglichen damit überhaupt erst ihr Überleben“, so Prof. Kost. Darüber hinaus lieferten die Ergebnisse zusätzlich eine Erklärung dafür, warum isolierte Bakterienstämme unter Laborbedingungen oft nur schwer zu kultivieren sind. „Diese Studie bietet neue Einblicke in die Art und Weise, wie Bakterien in ihrer natürlichen Umgebung miteinander zusammenleben. Die dabei gewonnen Erkenntnisse können außerdem dabei helfen, Bakteriengemeinschaften besser zu verstehen, die in der Biomedizin oder Landwirtschaft eine wichtige Rolle spielen.“

Universität Osnabrück

Originalpublikation:

Yousif, G., Zorrilla, F., Dash, S. et al. Obligate cross-feeding of metabolites is common in soil microbial communities. Nat Microbiol (2026). doi.org/10.1038/s41564-026-02457-6