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Wasserversorgung: Ausgelaugte Gletscher können Mega-Dürren in Zukunft nicht mehr abfedern

Tue, 18 Nov 2025 12:08:03 +0100

Könnte eine Dürre wirklich kein Ende nehmen? In Chile herrscht bereits seit fünfzehn Jahren eine schwere und anhaltende Dürre, und das Land scheint seine unschätzbaren Wasserressourcen zu verlieren. So überraschend dies auch klingen mag: Niemand hat das vorausgesehen. „Klimawissenschafter:innen haben erst 2015 erkannt, dass die anhaltende Dürre in Chile wirklich ein großes Problem ist“, sagt Francesca Pellicciotti, Professorin am Institute of Science and Technology Austria (ISTA). „Die Megadürre in Chile wurde in keinem Klimamodell vorhergesagt. Die bestehenden Modelle zeigten sogar absurd niedrige Wahrscheinlichkeiten für ein solch extremes Ereignis. Und doch ist es eingetreten und dauert immer noch an.“ Angesichts dieser Erkenntnisse stellt sich die Frage: Sind wir auf zukünftige Klimakatastrophen vorbereitet?

Nun hat sich Pellicciotti zusammen mit Álvaro Ayala und Eduardo Muñoz-Castro, zwei chilenischen Geowissenschaftern, die derzeit an der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL in der Schweiz tätig sind, mit diesem Problem befasst. Mit einem Team internationaler Forscher:innen haben sie ein kühnes Zukunftsszenario modelliert, das auf der anhaltenden Megadürre in Chile basiert. Im Mittelpunkt ihrer Analyse stehen die Gletscher in den südlichen Anden, die majestätischen ‚Wassertürme‘, die derzeit die anhaltende Megadürre auf Kosten ihres eigenen Überlebens abfedern.

‚Chile 2.0‘ – Erneute Megadürre bis 2100?

Mit der Atacama-Wüste im Norden ist die semiaride Zentralregion Chiles für die Wasserversorgung auf Schnee angewiesen. Während Dürreperioden kommt dabei das Schmelzwasser der Gletscher zu Hilfe. Laut Ayala waren die Menschen in Chile an wiederkehrende Dürren alle fünf bis sechs Jahre gewöhnt, die in der Regel ein bis zwei Jahre andauerten. „In den ersten Jahren der aktuellen Megadürre hofften die Einwohner:innen weiterhin, dass sich die Lage in Chile im nächsten Jahr verbessern würde, genauso dann auch wieder im darauffolgenden Jahr“, sagt er. Doch bald folgte die Ernüchterung.
Vielleicht braucht es nur einen mutigeren wissenschaftlichen Ansatz, um Megadürren zu verstehen. „Álvaro stellte eine elegante Frage: ‚Was würde passieren, wenn Chile gegen Ende des Jahrhunderts von einer ähnlichen Megadürre heimgesucht würde?‘“, sagt Pellicciotti. „Diese einfache, aber sehr kluge Frage führte zu einigen wirklich coolen Ergebnissen.“

Die Hälfte der heutigen Schmelzwasserressourcen im Sommer

In ihrem Modell konzentrierte sich das Team auf die 100 größten Gletscher in den südlichen Anden (Zentralchile und Argentinien) und berücksichtigte dabei saisonale Schnee- und Niederschlagsmengen. Zuerst modellierten sie 10 Jahre vor Beginn der Dürre und 10 Jahre Megadürre. „Wir haben sichergestellt, dass wir eine klare Vorstellung vom Schicksal der Gletscher hatten, wie viel Masse sie verlieren und was mit dem Wasser geschieht“, sagt Ayala. „Dann haben wir das Modell bis zum Ende des 21. Jahrhunderts hochgerechnet, wenn die Gletscher deutlich kleiner sein werden als heute, und unter diesen Bedingungen eine ähnliche Megadürre simuliert.“

Die Wissenschafter:innen zeigten, dass in einem solchen Szenario die 100 größten Gletscher der südlichen Anden in den trockenen Sommermonaten nur noch die Hälfte des heutigen Schmelzwassers beitragen könnten. Für die kleineren Gletscher in der Region, die nicht in diese Arbeit einbezogen wurden, könnte die Situation noch dramatischer sein. „Die kleineren Gletscher werden bis dahin wahrscheinlich verschwunden sein, und eine zukünftige ‚Chile 2.0‘-Megadürre wird sehr wahrscheinlich einen schweren Schlag für ihre Ökosysteme bedeuten“, erklärt Ayala.

Megadürren als neue Normalität?

Sind diese Ergebnisse realistisch, wenn man bedenkt, dass wir nicht einmal die aktuelle Megadürre in Chile vorhergesehen haben? „Es besteht Einigkeit darüber, dass allgemeine Modelle die Extreme unterschätzen“, sagt Pellicciotti. Ein wiederkehrendes Muster ist, dass – inmitten des allgemeinen Trends der globalen Erwärmung – episodische Dürren als einzelne schwere Ereignisse auf einer sich allmählich verschlechternden Basis auftreten. Sie verstärken also episodisch den kontinuierlichen Verlust an Gletschermasse. Aber während Dürren regelmäßig auftreten, bleiben Megadürren beispiellos. „In Prognosen, die sehr schwere Szenarien berücksichtigen, können wir tatsächlich Megadürren vorhersehen. In gemäßigteren Szenarien ähneln die Niederschlagsmuster jedoch eher denen, die wir heute erleben“, sagt Pellicciotti. „Es muss also noch etwas anderes geben, das wir aus den Modellen nicht ablesen können.“

Kürzlich war Pellicciotti an einer weiteren Studie beteiligt, in der globale Daten aus 40 Jahren neu analysiert wurden, und die bestätigte, dass mehrjährige extreme Dürren häufiger, heißer und großflächiger werden. Auch wenn dies eine Ära von Megadürren ankündigen könnte, betonen viele Wissenschafter:innen, dass es nach wie vor schwierig ist, diese überhaupt zu definieren. Derzeit werden Megadürren anhand ihrer Auswirkungen auf die Vegetation so gekennzeichnet. Noch auffälliger ist, dass bei den jährlichen geowissenschaftlichen Tagungen deutlich wird, dass Forschende immer noch nicht wissen, was genau Megadürren verursacht, erklärt Pellicciotti.

Während die detaillierten Mechanismen noch untersucht werden, warnen viele Wissenschafter:innen zunehmend davor, dass Megadürren zur neuen Normalität geworden sind, und fordern die Entscheidungsträger:innen auf, entsprechend zu handeln. Manchmal bleibt es jedoch eine Herausforderung, die Förderinstitutionen von der Notwendigkeit zu überzeugen, Megadürren auf globaler Ebene zu erforschen. „Wir haben aufgrund des chilenischen Falls begonnen, Megadürren in Europa zu untersuchen“, sagt Pellicciotti. „Die Gutachter:innen standen unseren Bemühungen jedoch nicht immer positiv gegenüber und argumentierten, dass es seit dem Mittelalter keine Megadürre in Europa gegeben habe. Doch dann wurde Europa von einer Reihe von Dürren mit zunehmender Häufigkeit heimgesucht.“

Chile und Europa in einem Boot?

In Chile ist das Stichwort „Wüstenbildung“ kaum noch zu umgehen. „Wir beobachten, wie sich dieses Muster langsam vom Norden nach Süden ausbreitet. Die Wüsten im Norden zeigen uns also wahrscheinlich schon heute, wie Zentralchile in Zukunft aussehen könnte“, sagt Ayala. „Ähnlich verhält es sich in Europa: Man kann sich die Berge im Mittelmeerraum ansehen, um die Zukunft der Alpen zu verstehen.“

Vor diesem Hintergrund betont das Team die Notwendigkeit einer koordinierten globalen Klimapolitik, um wirksame Strategien für das Wassermanagement zu entwickeln. Während Chile Prioritäten gesetzt hat, muss Europa noch mit Wassermanager:innen zusammenarbeiten, um Szenarien für konkurrierende Wassernutzungen und Zuteilungsprogramme zu modellieren. Laut Pellicciotti müssen solche Szenarien auch Megadürren berücksichtigen, also ein System, das von Anfang an unter Wassermangel leidet.

Mit Blick auf ihr Heimatland fordern Ayala und Muñoz-Castro ebenfalls koordinierte Maßnahmen. „Wir müssen gut auf das vorbereitet sein, was als Nächstes kommt, da wir uns nicht mehr auf alle Faktoren verlassen können, die während der aktuellen Megadürre bisher ‚funktioniert‘ haben. Wir müssen mit unseren Wassermanagement-Plänen flexibel genug sein, um zukünftige Situationen zu bewältigen, ohne auf den Beitrag der Gletscher zu zählen“, schließt Ayala.

Institute of Science and Technology Austria ISTA

Originalpublikation:

Álvaro Ayala, Eduardo Muñoz-Castro, Daniel Farinotti, David Farías-Barahona, Pablo A. Mendoza, Shelley MacDonell, James McPhee, Ximena Vargas & Francesca Pellicciotti. 2025. Less water from glaciers during future megadroughts in the Southern Andes. Communications Earth & Environment. https://doi.org/10.1038/s43247-025-02845-6

Pinocchio-Chamäleon führt Forschende an der Nase herum

Tue, 18 Nov 2025 11:57:00 +0100

Madagaskar ist das Land der Chamäleons. Mehr als 40% aller bekannten Chamäleonarten leben auf der Insel vor der ostafrikanischen Küste, darunter auch das kleine, bereits seit fast 150 Jahren bekannte Pinocchio-Chamäleon. Es gehört zum Artenkomplex Calumma gallus, deren Männchen lange charakteristische Nasenfortsätze tragen. Wer dazu gehört, zeigte bisher vor allem die Form dieser verlängerten Schnauze.

Genetische und morphologische Analysen belegen nun, dass das als Pinocchio-Chamäleon bekannte Tier tatsächlich zu einer ganz eigenen, neuen Art gehört. Die Autoren der neuen Studie gaben ihm den wissenschaftlichen Namen Calumma pinocchio, so dass sein deutscher Name und sein wissenschaftlicher Name nun übereinstimmen.

Weitere neue Verwandtschaftsverhältnisse bei den Nasenchamäleons konnten die Forschenden durch den Blick in die Gene ihrer Sammlungsexemplare aufdecken: Sie identifizierten eine zweite neue Art: Calumma hofreiteri, die aufgrund der Form ihres Nasenfortsatzes und anderer Merkmale bisher der Art Calumma nasutum zugeordnet wurde.

„Die Genanalysen sind eindeutig: Die Nasenfortsätze dieser Chamäleons haben die bisherige Forschung quasi an der Nase herumgeführt", sagt Erstautor Dr. Frank Glaw von der zu den Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns gehörenden Zoologischen Staatssammlung. „Unsere Untersuchungen ergaben außerdem, dass sich die Nasenfortsätze in ihrer Länge, Form und Farbe vergleichsweise schnell verändern können. Sie unterliegen offenbar einer schnellen Evolution, eventuell angetrieben von den jeweiligen Vorlieben der Weibchen bei der Partnerwahl.“

Für die Neuzuordnung der Nasenchamäleons nutzte das internationale Forschungsteam neben klassischen Bestimmungsmethoden den sogenannten Museomics-Ansatz: also die Anwendung moderner, genetischer Methoden, mit denen man DNA-Sequenzen aus jahrhundertealten Museumsexemplaren gewinnen kann. Das älteste untersuchte Exemplar in dieser Studie war ein Chamäleon, das im Jahr 1836 gesammelt wurde. „Die Arbeit zeigt das große Potenzial der neuen Museomics-Methoden, um historische Museumsexemplare korrekt zuzuordnen“, ergänzt Prof. Miguel Vences von der Technischen Universität Braunschweig.

Mit den beiden Neubeschreibungen sind nun genau 100 Chamäleonarten aus Madagaskar bekannt, insgesamt gibt es derzeit 236 Arten dieser einzigartigen Echsengruppe.

SNSB – Zoologische Staatssammlung München

Originalpublikation:

Glaw, F., S. Agne, D. Prötzel, P.-S. Gehring, J. Köhler, M. Preick, F. M. Ratsoavina, N. Straube, K. Wollenberg-Valero, A. Crottini & M. Vences (2025): Towards a revision of the Malagasy chameleons of the Calumma gallus complex: Redefinition of Calumma nasutum based on a museomics approach, and descriptions of two new species. – Salamandra 61 (4): 442-466.

Gezielter Proteinabbau: Forschende schalten schädliche Proteine in Tumorzellen aus

Tue, 18 Nov 2025 10:51:36 +0100

Eigentlich ist das Protein CHK1 für den menschlichen Körper lebenswichtig: Wenn bei der Zellteilung Fehler passieren und das Erbgut beschädigt wird, stoppt es den Prozess, damit die Zelle die Schäden reparieren kann. Allerdings unterscheidet das Protein nicht zwischen normalen und Tumorzellen – es schützt sie gleichermaßen.

Prof. Dr. Wolfgang Sippl forscht am Institut für Pharmazie der MLU dazu, wie man Proteinen wie CHK1 in Tumorzellen gezielt den Garaus machen kann. „Die Grundidee ist relativ einfach: Wird CHK1 gestört, können sich Krebszellen nicht mehr reparieren. Klassische Arzneistoffe zielen deshalb darauf ab, die Aktivität von CHK1 in Tumorzellen zu behindern. Ich forsche an sogenannten PROTAC-Molekülen, die dafür sorgen, dass bestimmte Proteine vom Körper selbst abgebaut werden“, erklärt Sippl. Die PROTAC-Technologie habe in den letzten Jahren vielversprechende klinische Kandidaten für die Tumortherapie hervorgebracht, so der Forscher.

Gemeinsam mit der Gruppe von Prof. Dr. Oliver Krämer am Institut für Toxikologie der Universitätsmedizin Mainz entwickelte Sippl erstmals ein PROTAC-Molekül namens MA203, das sich gezielt an das Tumorprotein CHK1 anheftet. Dort sorgt es dafür, dass das Protein von der zelleigenen Abbau-Maschinerie, dem Proteasom, erkannt und in unschädliche Einzelteile zerlegt wird. „Chemotherapeutika schädigen gezielt das Erbgut von Krebszellen, um ihre Vermehrung zu verhindern. Unser Molekül führte in Zellversuchen in Kombination mit den Medikamenten zu einem verstärkten Zelltod von festen Tumor- und Leukämiezellen“, sagt Sippl. Zugleich zeigten die Untersuchungen, dass MA203 mehrere Arten gesunder Zellen unbeeinträchtigt lässt.

Die Forschenden beobachteten zudem eine Art Dominoeffekt: Nachdem das CHK1-Protein in Tumorzellen ausgelöscht wurde, begann auch der Zerfall weiterer zentraler Proteine, die Tumoren zur Vervielfältigung und Reparatur ihres Erbguts benötigen. „Unsere Studie liefert neue Einblicke in die Funktionen von CHK1 und belegt das Potenzial von PROTACs für die gezielte Ausschaltung von wichtigen Faktoren der Tumorregulation“, sagt Sippl. Die Forschenden aus Halle und Mainz planen weitere Untersuchungen, um das klinische Potenzial von CHK1-gerichteten PROTACs zu evaluieren.

Bislang wurden die Versuche nur in Zellkulturen durchgeführt. Bis aus MA203 ein fertiges Medikament werden könnte, sind jedoch noch zahlreiche Untersuchungen nötig. Dazu gehören auch groß angelegte klinische Studien am Menschen.

Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Originalpublikation: Ashry R. et al. Identification of a Proteolysis-Targeting Chimera that Addresses Activated Checkpoint Kinase-1 Reveals its Non-Catalytic Functions in Tumor Cells. Angewandte Chemie (2025). doi: https://doi.org/10.1002/anie.202514788

Seltene genetische Varianten erhöhen ADHS-Risiko um das bis zu 15-Fache

Tue, 18 Nov 2025 10:34:21 +0100

Die Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitätsstörung (ADHS) ist eine Neuroentwicklungsstörung mit hoher Erblichkeit, deren genetische Grundlage aus Tausenden von Varianten besteht. Die meisten dieser Varianten erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer ADHS-Diagnose jedoch nur geringfügig.

Eine internationale Studie unter der Leitung von Forschenden der Universität Aarhus (Dänemark) in Zusammenarbeit mit Partnern wie dem Broad Institute of MIT und Harvard (USA), der Radboud Universiteit (Niederlande) und dem Universitätsklinikum Würzburg (UKW) zeigte nun, dass auch sogenannte „high-effect genetic variants“, also seltene, stark wirkende genetische Varianten, eine wichtige Rolle spielen. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift NATURE veröffentlicht.

Störungen der Gehirnentwicklung und -funktion sind zentral für die Entstehung von ADHS

Die Forschenden fanden heraus, dass Personen mit seltenen Varianten in den drei Genen MAP1A, ANO8 und ANK2 ein deutlich erhöhtes ADHS-Risiko aufweisen, zum Teil um mehr als das 15-Fache. Diese genetischen Varianten sind zwar sehr selten, beeinflussen jedoch stark die Aktivität von Genen in den Nervenzellen. Bei Menschen, die diese Varianten tragen, kann die Entwicklung und Kommunikation zwischen den Nervenzellen daher gestört sein, was zu ADHS führen kann. „Die Ergebnisse zeigen erstmals klar benannte Gene, in denen seltene, stark wirkende Varianten eine hohe Anfälligkeit für ADHS verursachen und grundlegende biologische Mechanismen beeinflussen“, fasst Professor Anders Børglum vom Department of Biomedicine der Universität Aarhus, der Seniorautor der Studie, zusammen.

Die Analyse kombinierter genetischer und Genexpressionsdaten zeigt, dass die seltenen, an ADHS beteiligten Varianten insbesondere die Funktion dopaminerger und GABAerger Neurone beeinflussen. Diese Zelltypen sind für Aufmerksamkeit, Impulskontrolle und Motivation von großer Bedeutung. Die Auswirkungen lassen sich bereits im fetalen Leben nachweisen und reichen bis ins Erwachsenenalter. „Unsere Ergebnisse unterstützen die Annahme, dass Störungen der Gehirnentwicklung und -funktion zentral für die Entstehung von ADHS sind“, erklärt Ditte Demontis, Professorin am Department of Biomedicine der Universität Aarhus und Erstautorin der Studie. „Unsere Kolleginnen und Kollegen am Broad Institute analysierten, welche Proteine mit den Proteinen interagieren, die von den drei identifizierten ADHS-Genen kodiert werden, und identifizierten ein größeres Netzwerk von Proteinen, das ebenfalls bei anderen neurologischen Entwicklungsstörungen wie Autismus und Schizophrenie eine Rolle spielt. Das liefert Einblicke in biologische Zusammenhänge über mehrere psychiatrische Diagnosen hinweg.“

Auswirkungen auf Intelligenz, Bildung und Beschäftigung

Die seltenen genetischen Varianten beeinflussen nicht nur, wer ADHS entwickelt, sondern auch, wie es den Betroffenen im Bildungssystem und auf dem Arbeitsmarkt ergeht. Durch die Verknüpfung genetischer Daten mit dänischen Registerdaten fanden die Forschenden heraus, dass Personen mit ADHS und seltenen Varianten im Durchschnitt einen geringeren Bildungsstand und einen niedrigeren sozioökonomischen Status haben als Betroffene ohne diese Varianten. Bei Erwachsenen mit ADHS der Würzburger Stichprobe wurde eine durchschnittliche Abnahme des IQ-Werts um etwa 2,25 Punkte pro seltener Hochrisikovariante beobachtet.

Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der biologischen Grundlagen von ADHS und könnten die Basis für zukünftige Behandlungsmethoden bilden. Laut Studienteam ist das erst der Anfang. Ihre Berechnungen zeigen, dass es viele weitere seltene kausale Varianten gibt, die in noch größeren Studien identifiziert werden können.

Daten von fast 1.000 Patientinnen und Patienten kamen aus Würzburg

„Ich freue mich sehr, dass wir in Würzburg zu diesen wichtigen Erkenntnissen wesentlich beitragen konnten“, sagt Prof. Dr. Klaus-Peter Lesch. Der Psychiater und Verhaltenswissenschaftler war von 1985 bis 2023 an der Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie tätig und ist jetzt Seniorprofessor an der Klinik für Kinder- und Jugendpsychiatrie. Von 2010 bis 2023 hatte er den Lehrstuhl für Molekulare Psychiatrie inne und leitete von 2004 bis 2011 die von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderte Klinische Forschergruppe zur Erforschung des Aufmerksamkeitsdefizit-/Hyperaktivitäts-Syndroms (KFO 125).

In die aktuelle Studie flossen genetische Analysen von fast 9.000 Personen mit ADHS und von 54.000 Personen ohne ADHS ein. Diese wurden mit Analysen der Gehirnzellfunktion und Registerdaten zu Bildung und sozioökonomischem Status kombiniert. Das Universitätsklinikum Würzburg steuerte die diagnostische Evaluierung und das Biomaterial von fast 1.000 Patientinnen und Patienten mit ADHS des Erwachsenenalters bei.

Bei bis zu 60 Prozent der Betroffenen besteht ADHS im Erwachsenenalter fort

„ADHS über die gesamte Lebensspanne“ ist einer der gemeinsamen Forschungsschwerpunkte der beiden Kliniken für Kinder- und Jugendpsychiatrie sowie Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie. Die Störung ist die häufigste neuroentwicklungsbedingte Störung im Kindesalter. Bei bis zu 60 Prozent der Betroffenen besteht sie auch im Erwachsenenalter fort und ist mit erheblichem psychischem Leidensdruck verbunden – etwa durch wiederholte Misserfolge oder Frustrationserleben. Zudem entwickeln viele Erwachsene mit ADHS im Laufe ihres Lebens mindestens eine weitere psychische Erkrankung, zum Beispiel Depression, Angststörungen oder Suchterkrankungen. Allerdings sprechen nur etwa die Hälfte der Betroffenen ausreichend auf die derzeit gängigen Behandlungsformen, wie beispielsweise Psychostimulanzien oder psychotherapeutische Verfahren, an. „Mit unserer Forschung möchten wir daher ein besseres Verständnis der neurobiologischen und psychologischen Ursachen von ADHS und seinen häufigen Begleiterkrankungen gewinnen, um langfristig die dringend notwendige Entwicklung zusätzlicher Therapieansätze zu unterstützen“, so Dr. Georg Ziegler, leitender Oberarzt und Leiter der Forschungsgruppe zu ADHS im Erwachsenenalter.

Universitätsklinikum Würzburg

Originalpublikation:

Demontis, D., Duan, J., Hsu, YH.H. et al. Rare genetic variants confer a high risk of ADHD and implicate neuronal biology. Nature (2025). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09702-8

Ozeanforschende fordern klare Regeln für CO2-Entnahme-Methoden

Tue, 18 Nov 2025 10:26:33 +0100

Methoden zur aktiven Entfernung von Kohlendioxid (CO₂) aus der Atmosphäre (Carbon Dioxide Removal, CDR) werden derzeit intensiv erforscht, auch im Ozean – die so genannten marinen CDR- Methoden (mCDR). Ziel dieser Ansätze ist es, schwer vermeidbare Restemissionen zu kompensieren und langfristig zur Erreichung der Klimaziele des Pariser Abkommens beizutragen.

Damit solche Verfahren künftig sicher und nachvollziehbar angewendet werden können, braucht es ein verlässliches System zur Überwachung (Monitoring), Berichterstattung (Reporting) und Überprüfung (Verification), kurz MRV. Dieses soll erfassen, wie viel CO₂ tatsächlich entzogen und wie dauerhaft es gespeichert wird sowie mögliche Umweltauswirkungen dokumentieren.

Das ist die Empfehlung eines so genannten Zukunftsdossiers des European Marine Board (EMB Future Science Brief No.13: Monitoring, Reporting and Verification for marine Carbon Dioxide Removal), das heute in Brüssel vorgestellt wird. 13 Forschende haben dazu in einer internationalen Arbeitsgruppe die neuesten Erkenntnisse zusammengetragen. Unter ihnen war auch Prof. Dr. Andreas Oschlies, Leiter der Forschungseinheit Biogeochemische Modellierung am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

„Derzeit verfügt keine marine CO₂-Entnahmemethode über ein ausreichend robustes MRV-System“, sagt Dr. Helene Muri, Senior Researcher am Norwegian Institute for Air Research (NILU) und der Norwegian University of Science and Technology (NTNU), die die internationale Arbeitsgruppe gemeinsam mit Dr. Olivier Sulpis vom CEREGE – Universität Aix-Marseille, CNRS, IRD leitete. „Das bedeutet, dass eine effiziente und sichere Umsetzung derzeit noch nicht gewährleistet ist.“

Forschungslücken und Handlungsbedarf

Das EMB-Zukunftsdossier benennt zentrale Wissenslücken: Noch ist nicht vollständig klar, wie die verschiedenen mCDR-Methoden auf Prozesse im Ozean wirken und wie lange der gebundene Kohlenstoff tatsächlich dort verbleibt. Diese Unsicherheiten erschweren derzeit die Bewertung möglicher Risiken und Chancen.

„Verantwortungsvolle Klimapolitik braucht verlässliche Daten“, sagt Prof. Dr. Andreas Oschlies vom GEOMAR. Dazu zählen laut Bericht vor allem Beobachtungsdaten, Modellierungsansätze und technologische Innovationen, die die Entwicklung wissenschaftlich fundierter MRV-Systeme ermöglichen. Oschlies: „Forschungsergebnisse der deutschen Forschungsmission CDRmare aus Labor- und Mesokosmos-Experimenten sowie modellierenden Arbeiten lassen einige CO₂-Entnahmemethoden vielversprechend erscheinen. Aber erst, wenn wir die Wirksamkeit und mögliche Nebenwirkungen solcher Maßnahmen in der Meeresumwelt genau kennen, können wir verantwortungsvoll entscheiden, ob und wo sie sinnvoll eingesetzt werden können.“

Klare Regeln und globale Verantwortung

Neben wissenschaftlichen Fragen rückt der Bericht auch die Governance-Frage in den Mittelpunkt: Bislang gibt es keine spezifischen rechtlichen oder institutionellen Rahmenbedingungen für MRV-Systeme im Bereich mariner CO₂-Entnahme.
„Wir brauchen einheitliche, verbindliche Regeln, die Transparenz schaffen und die Fragmentierung der bestehenden Systeme überwinden“, fordert Helene Muri. Nur so könne sichergestellt werden, dass künftige CO₂-Entnahmeaktivitäten im Ozean im Einklang mit dem Schutz mariner Ökosysteme umgesetzt werden.

Und bei all diesen Fragen muss die schnelle Reduktion von Treibhausgasen absolute Priorität haben, betonen die Wissenschaftler:innen. CO₂-Entnahme kann diesen Prozess nicht ersetzen, sondern höchstens ergänzen, um langfristig die Klimaziele noch zu erreichen.

GEOMAR

https://www.marineboard.eu/marine-carbon-dioxide-removal

Winziger Metallbaustein entscheidet, ob Protein-Fabriken in Zellen reibungslos arbeiten

Tue, 18 Nov 2025 10:16:50 +0100

Metallionen sind wichtige Bausteine des Lebens: So spielen Eisen-Ionen in sogenannten Eisen-Schwefel-Clustern eine zentrale Rolle in Proteinen, also in Eiweißmolekülen, die an verschiedenen, essenziellen Prozessen der Biologie beteiligt sind: Dazu zählen Stoffwechselwege wie die mitochondriale Atmungskette oder der Citratzyklus.

Dass ein winziger Metallbaustein genauso auch für die Proteinproduktion selbst entscheidend ist, haben Forschende der RPTU jetzt zeigen können. PD Dr. Daili Netz – vom Fachbereich Chemie der RPTU – und Doktorandin Nadine Duppe haben dahingehend das Protein Mak16 unter die Lupe genommen. Dazu sollte man wissen: Mak16 nimmt bei der Herstellung von Ribosomen, also bei der Herstellung der „Protein-Fabriken“ in unseren Zellen, eine Schlüsselrolle ein.

Das Team um Daili Netz stellte fest, dass Mak16 – im Zuge des Aufbaus von Ribosomen – nur dann stabil ist und korrekt mit seinem wichtigen Partnerprotein Rpf1 zusammenarbeitet, wenn es den Eisen-Schwefel-Baustein [4Fe-4S] enthält. Der [4Fe‑4S]‑Cluster besitzt eine Struktur, bei der sich vier Eisen‑ und vier Schwefel‑Ionen in etwa kubischer Anordnung alternierend an den Ecken des „Würfels“ befinden. Fehlt dieser Baustein, dann bricht – vereinfacht ausgedrückt – die Ribosomen-Produktion ein, und die Zelle kann daraufhin keine neuen Proteine produzieren.

Fehlt der Cluster, dann können die Ribosomen nicht richtig aufgebaut werden

„Mak16 trägt einen Eisen-Schwefel-Baustein in einer Tasche im Protein“, erklärt Daili Netz zum detaillierten Aufbau der Verbindung. „Diese Tasche besteht aus vier Aminosäuren, den Cysteinresten, die den Cluster festhalten und ihm helfen, stabil im Protein zu binden.“

Um zu zeigen, wie wichtig dieser Cluster für die Zusammenarbeit mit Rpf1 ist, hat das Forschungsteam Mak16 gezielt in zwei Varianten hergestellt: einmal in seiner „normalen“ Form mit intakter Tasche und Cluster. Und einmal so verändert, dass die Tasche den Cluster nicht mehr halten kann. Mittels Immunpräzipitation, was man sich wie eine Art „Protein-Angeln“ vorstellen kann, haben die Forschenden zeigen können, dass nur Mak16 mit intakter Tasche und Cluster das Protein Rpf1 zuverlässig festhalten kann. „Fehlt der Cluster, dann funktioniert die Bindung überhaupt nicht, es bildet sich kein Komplex“, erklärt Daili Netz – und ergänzt, mit Blick darauf, dass Ribosomen aus Proteinen und ribosomaler RNA (rRNA) bestehen: „Wir haben außerdem geschaut, ob die Ribosomen in Hefezellen korrekt zusammengebaut werden. Und konnten sehen, dass die Herstellung der rRNA und die Reifung der Ribosomen stark davon abhängt, ob Mak16 den Cluster trägt. Fehlt der Cluster, dann können die Ribosomen nicht richtig aufgebaut werden.“

Details über den Eisen-Schwefel-Baustein aufgeklärt

Unter der Leitung von Professor Antonio Pierik – Fachbereich Chemie der RPTU – wurde die metallische Natur des Clusters mittels Elektronenspinresonanz (EPR) Spektroskopie nachgewiesen, ergänzt durch Mössbauer-Analysen von Professor Volker Schünemann – Fachbereich Physik der RPTU – und seinem Doktoranden Lukas Knauer. Die Mössbauer-Spektroskopie kann als eine Art superpräziser Eisen-Scanner verstanden werden – denn mittels dieser hoch spezialisierten Methode konnten die Forschenden unter anderem analysieren, wie die Eisenbausteine in der Protein-Struktur gebunden sind. Antonio Pierik erklärt zu den Hintergründen der Untersuchungen: „Mit EPR-Spektroskopie können wir die Eisen-Ionen sehen, weil sie ungepaarte Elektronen haben, die im Magnetfeld bei sehr niedrigen Temperaturen, einen Fingerabdruck erzeugen. Die Schwefel-Ionen selbst sieht man nicht direkt, aber sie beeinflussen die Eisen-Ionen so stark, dass man auch ihre Anwesenheit und Anordnung erkennen kann.“ EPR und Mössbauer-Analysen zeigen zusammenfassend, dass Mak16 einen [4Fe-4S]-Cluster enthält, der in zwei stabilen Zuständen vorkommt. Daili Netz: „So konnten wir verstehen, wie die Metallionen im Protein organisiert sind und wie Mak16 dadurch seine Aufgaben in der Zelle erfüllen kann.“

Eine weitere Erkenntnis der Forschenden: Der [4Fe-4S]-Cluster reagiert sehr empfindlich auf oxidativen Stress. Zerfällt der Cluster aufgrund dessen, dann stoppt die Ribosomen-Produktion. So wirkt der Cluster nicht nur als essenzieller Baustein, sondern auch als Sensor, der der Zelle signalisiert, wann die Proteinproduktion reduziert werden sollte.

Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert. „Eisen-Schwefel-Cluster steuern zentrale Zellprozesse wie Stoffwechsel, DNA-Synthese und -Reparatur, Signalübertragung und enzymatische Funktionen und helfen den Zellen, auf Stress zu reagieren. Dass nun ein einzelner [4Fe-4S]-Cluster direkt den Aufbau von Ribosomen beeinflusst, gibt uns neue Einblicke in die Mechanismen der Proteinherstellung, erweitert unser Verständnis der Zellbiologie und erklärt, wie Störungen in diesen Prozessen zu Problemen bei der Proteinproduktion oder bei zellulären Stressreaktionen führen können“, stellt Daili Netz die Besonderheiten der aktuellen Forschungsergebnisse heraus.

RPTU Kaiserslautern-Landau

Originalpublikation:

Nadine Duppe, Lukas Knauer, Marc Hagebölling, Lena Langner, Martin Stümpfig, Volker Schünemann, Antonio J Pierik, Daili J Netz (2025): The function of Mak16 in ribosome biogenesis depends on its [4Fe-4S] cluster; PNAS; https://doi.org/10.1073/pnas.2513844122

Neuer Film zum Insektensterben: Uni Hohenheim bringt Wissenschaft ins Klassenzimmer

Mon, 17 Nov 2025 12:26:51 +0100

Diesen und weitere Filme, die sich für den Unterricht eigen, bietet die Universität Hohenheim auf ihrer neuen YouTube-Playlist https://t1p.de/playlist-schule. Das Material ergänzt die vorhandenen Angebote für Schulen – vom Schülerlabor HoLa-Science, das Biobücher lebendig werden lässt, bis zum Besuchsprogramm zur Berufs- und Studienorientierung. https://www.uni-hohenheim.de/angebote-fuer-schulen

Fast vier Milliarden Euro – das ist der Wert alles Essbaren, das durch Bestäuber in Deutschland jährlich entsteht. Doch Bienen, Wespen, Fliegen und Käfer sind in Gefahr, immer mehr Arten sterben aus. „Das klingt ja jetzt echt übel. Aber was hat das Insektensterben mit mir zu tun?“ Diese Frage stellt sich nicht nur Schülerin Charlotte im neuen Lehrfilm des Hohenheimer Professors Georg Petschenka.

Die Antwort lässt der Insektenforscher in seinem gut 17-minütigen Film vier Kolleg:innen geben. Sie berichten über ihre Arbeit, ihre Faszination für die Sechsbeiner und die alarmierenden Entwicklungen der letzten Jahrzehnte. „Ob als Bestäuber oder als Nützlinge im biologischen Pflanzenschutz – Honigbienen und Wildinsekten sind für uns Menschen lebenswichtig“, hält Petschenka fest. „Wir müssen junge Menschen für das Thema sensibilisieren. Es ist nicht nur wichtig, die Arten zu kennen, sondern auch zu verstehen, welche Funktionen sie im Ökosystem haben und wie man sie schützen kann. Dem Biologie-Unterricht kommt dabei eine wesentliche Rolle zu.“

Der Film ist ein weiterer Baustein in der Arbeit des Kompetenzzentrums Biodiversität und integrative Taxonomie (KomBioTa). Diese Einrichtung der Universität Hohenheim und des Naturkundemuseums Stuttgart fördert das Thema Biodiversität – unter anderem mit einem jährlich stattfindenden Boys Day für Schüler.

Für den Unterricht: Videos zu Wissenschaft und Gesellschaftsthemen

Das Video ist das jüngste Angebot der Universität Hohenheim an Film-Material, das sich für den Unterricht eignet. Unter dem Motto „Forschen, Verstehen, Diskutieren“ finden Lehrkräfte in der neuen YouTube-Playlist spannende Filme, mit denen sie ihren Unterricht bereichern können.

Neben dem Insektensterben reichen die Themen von Weizen, Vollkorn und Urgetreide bis zu Social Media, Food Influencern, Hashtags, Social Bots und dem digitalen Kulturkampf. Kurz: Ideal für Lehrkräfte, die moderne Wissenschaft und Medienkompetenz im Unterricht praxisnah vermitteln wollen. Das Filmmaterial ergänzt die bestehenden Angebote der Universität Hohenheim für Schulen. https://t1p.de/playlist-schule

HoLa Science, das Hohenheimer Lehr- und Lernlabor für MINT- und Agrarforschung

Naturwissenschaften zum Anschauen, Anfassen – und selber machen: Das bietet das Hohenheimer Lehr- und Lernlabor für MINT- und Agrarforschung. In eigenen Versuchen können Schüler:innen pipettieren, mikroskopieren und zentrifugieren. Und zum Beispiel herausfinden, ob eine Pflanze gentechnisch verändert wurde.

Die Module sind praxisnah und aktuell. Sie machen große gesellschaftliche Themen wie Nachhaltigkeit, Klimawandel, Lebensmittelproduktion und gesunde Ernährung oder die Landwirtschaft der Zukunft für die Schüler:innen konkret erfahrbar.

Die Module können zu ganzen „Experimentiersafaris“ kombiniert werden. Sie richten sich an die gymnasiale Ober- und Mittelstufe sowie an Real- und Gemeinschaftsschulen und sind online über die Seite von HoLa Science buchbar. http://hola-science.uni-hohenheim.de/

Universität Hohenheim

Abhängige Parasiten: Wie Blütenpflanzen Sonne schnorren

Mon, 17 Nov 2025 10:53:29 +0100

Es gilt als unerschütterliches Lehrbuchwissen: Alle Pflanzen besitzen kleine Zellorganellen namens Plastiden – dazu gehören auch die Chloroplasten, die für die Photosynthese zuständig sind. Laut der sogenannten Endosymbiontentheorie entstanden diese Plastiden vor über einer Milliarde Jahren, als eine Urzelle ein photosynthetisches Bakterium aufnahm, es aber nicht verdaut, sondern in eine Art „Mitbewohner“ verwandelte, der fortan Energie produzierte. „Doch – wie so oft in der Natur – gibt es Ausnahmen: Die Sommerwurzen (Orobanchen) beispielsweise oder auch die Gattung Cuscuta aus der Familie der Windengewächse haben die Fähigkeit zur Photosynthese komplett aufgegeben und leben als clevere Parasiten. Solche Holoparasiten zapfen andere Pflanzen an, um an Nährstoffe zu kommen, anstatt selbst Energie zu erzeugen“, erklärt Prof. Dr. Stefan Wanke vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und der Goethe-Universität Frankfurt. Sein Kollege und Erstautor der Studie Dr. Matthias Jost ergänzt: „Mit modernen DNA-Sequenzierungsmethoden wurde in den letzten Jahren entdeckt, dass manche dieser Holoparasiten ihren Reduktionsprozess sogar noch weitergetrieben haben – bis hin zum vollständigen Verlust des Plastiden-Genoms. Das war bislang bei zwei Gruppen bekannt: bei den Rafflesiaceae, zu denen die spektakuläre Titanenwurz (Rafflesia arnoldii) gehört, und bei der Grünalge Polytomella.“

Jost und Wanke haben nun gemeinsam mit einem internationalen Forschungsteam erstmalig nachgewiesen, dass es eine zweite Pflanzenfamilie innerhalb der Blütenpflanzen gibt – die Mystropetalaceae –, deren Plastidengenom vollständig verloren gegangen ist. Diese Familie umfasst die drei Gattungen Dactylanthus, Hachettea und Mystropetalon, die jeweils endemisch in Neuseeland, Neukaledonien und Südafrika vorkommen. Alle drei sind holoparasitische Pflanzen, also gänzlich von einer Wirtspflanze abhängig. „Dies ist erst der zweite bekannte Fall eines vollständigen Verlusts des Plastiden-Genoms bei höheren Pflanzen. Unsere Ergebnisse zeigen außerdem, dass der Verlust des Plastiden-Genoms in der Familie Mystropetalaceae nicht erst kürzlich passiert ist, sondern bereits beim gemeinsamen Vorfahren der gesamten Familie“, so Wanke. Dieser Ahn trennte sich wohl schon vor etwa 80 bis 100 Millionen Jahren von den photosynthetischen Pflanzen – also in einer Zeit, als viele heutige Blütenpflanzenfamilien erstmals in den Fossilfunden auftauchen, heißt es in der Studie.

Die Genomanalyse zeigt, dass nicht nur das Plastom fehlt, sondern auch viele Gene im Zellkern, die normalerweise Plastid-Proteine herstellen, verloren gegangen sind. Bei photosynthetischen Pflanzen sind rund zehn Prozent aller Gene im Zellkern mit Funktionen in den Plastiden verknüpft – bei Mystropetalaceae fehlen viele davon, insbesondere jene, die für die Genablesung und Proteinsynthese in den Plastiden nötig wären. Das stützt die Annahme der Forscher*innen, dass diese Gene im Laufe der Evolution verschwinden konnten, nachdem das Plastom selbst funktionslos geworden war.

Die neuen Erkenntnisse stellen grundlegende Annahmen der Pflanzenbiologie infrage. Lange galt das Plastiden-Genom als unverzichtbar für das Überleben einer Pflanzenzelle. Nun zeigt sich, dass selbst die nicht-photosynthetischen Funktionen der Plastiden vollständig auf den Zellkern übertragen oder sogar durch vom Wirt erworbene Gene ersetzt werden können. Dieser „horizontale Gentransfer“ ist bei vielen Holoparasiten dokumentiert und belegt, wie eng sich Wirt und Parasit im Laufe der Evolution aneinander anpassen.

„Unsere Entdeckung zeigt, dass der Verlust des Plastiden-Genoms kein einmaliges Ereignis ist, sondern sich im Verlauf der Evolution parasitischer Pflanzen mehrfach ereignet hat. Mystropetalaceae und Rafflesiaceae stellen wahrscheinlich die extremste Form pflanzlichen Parasitismus dar – sie haben nicht nur die Photosynthese aufgegeben, sondern fast alle Stoffwechselwege der Plastiden verloren und sind jetzt vollständig von ihren Wirten abhängig“, fasst Jost zusammen.

Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt

Originalpublikation:

Yu, R., Jost, M., Wanke, S., Bruy, D., Li, P., Nickrent, D.L. and Zhou, R. (2025), Evidence for plastome loss in the holoparasitic Mystropetalaceae. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.70709

Hiddensee-Heide im Fokus

Mon, 17 Nov 2025 10:42:56 +0100

Im Rahmen der Untersuchungen wurden zwei Heideflächen auf Hiddensee experimentellen Dürremanipulationen unterzogen: eine jüngere, regelmäßig mit Naturschutzmaßnahmen gepflegte Fläche und eine ältere, längere Zeit unbewirtschaftete Fläche. Das Ergebnis zeigt: Die ältere Heide hat die Trockenheit deutlich schlechter überstanden als die jüngere. Grund dafür ist die Biologie der Besenheide (Calluna vulgaris), die sich nach Pflegemaßnahmen wie Beweidung besonders gut regeneriert.

Regelmäßig gepflegte Flächen reagieren daher widerstandsfähiger auf wiederholte Trockenperioden. Allerdings ist eine Regeneration aus Samen durch Dürreperioden gefährdet. Auf Hiddensee wie in anderen Heidegebieten werden Naturschutzmaßnahmen an die Ergebnisse der Klimaforschung angepasst.

Entscheidend ist nicht nur die Intensität eines einzelnen Trockenjahres, sondern die Wiederholung über mehrere Jahre, die den Stress für die Pflanzen deutlich erhöht. „Die Trockenheit reduziert die Vitalität der Pflanzen. Wenn aber mehrere Trockenphasen hintereinander auftreten, wird der Schaden nicht nur addiert, sondern wird noch viel stärker“, erklärt Prof. Dr. Jürgen Kreyling.

Langzeitbeobachtungen und globale Bezüge

Seit Jahren verfolgt das Greifswalder Team die Entwicklung der Heide nach Trockenperioden. Zum einen mit Dürresimulationen über Regenausschlussdächern, zum anderen über langfristiges Monitoring: Einzelne Sträucher wurden markiert, Drohnenbefliegungen ergänzten die punktbasierten Beobachtungen.

Diese lokalen Beobachtungen bestätigen die globalen Ergebnisse der internationalen Studie „Drought intensity and duration interact to magnify losses in primary productivity“. Sie ist Teil des International Drought Experiment, das Internationale Dürre-Experiment, an dem über 170 Forschende auf sechs Kontinenten beteiligt sind. Über Dachkonstruktionen wurde der Niederschlag gezielt reduziert, um extreme Trockenperioden zu simulieren.

Universität Greifswald

Originalpublikation:

Timothy Ohlert et al., Drought intensity and duration interact to magnify losses in primary productivity. Science 390, 284-289 (2025). https://doi.org/10.1126/science.ads8144

Symbiotische Bakterien in Getreidekäfern bilden röhrenförmige Netzwerke zum Überleben

Fri, 14 Nov 2025 13:55:48 +0100

Intrazelluläre symbiotische Bakterien als Nährstofflieferanten für Getreideschädlinge

Sitophilus-Rüsselkäfer sind Schädlinge, die Getreidekulturen wie Weizen, Reis und Mais auf Feldern und in Silos befallen. Die Rüsselkäfer beherbergen symbiotische Bakterien, die als Sodalis pierantonius bekannt sind und in großer Zahl in spezialisierten Insektenzellen leben. Diese versorgen die Rüsselkäfer mit essentiellen Nährstoffen, die in Getreide nicht vorkommen. Diese Beziehung ist für beide Seiten vorteilhaft: Die Bakterien nutzen den bei der Verdauung entstehenden Zucker und versorgen das Insekt im Gegenzug mit essenziellen Nährstoffen wie Vitaminen und bestimmten Aminosäuren.

Obwohl die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Bedeutung dieses Austauschs erkannten, blieb der Prozess selbst unbekannt. Um diese Wechselwirkungen zu untersuchen, setzte das Forschungsteam auf Elektronenmikroskopie und eine Probenvorbereitungsmethode, die Membranen effektiver konserviert. Mithilfe dieser Methode konnten die Wissenschaftler einzigartige röhrenförmige Muster beobachten, die komplexe Membranstrukturen bilden, welche von den Bakterien aufgebaut werden. Um die Architektur und Zusammensetzung dieser Strukturen zu untersuchen, entwickelten die Wissenschaftler Beobachtungs- und Analysemethoden, für die sie 3D-Mikroskopie und den Teilchenbeschleuniger SOLEIL Synchrotron verwendeten.

Tubenets – echte Austauschnetzwerke, die von den Bakterien aufgebaut werden

Die Analyse ergab, dass diese Strukturen ein komplexes Netzwerk aus Röhren mit einem Durchmesser von 0,02 Mikrometern (µm) und einer Länge von mehreren Mikrometern im engeren Maßstab bilden. Sie verbinden die Bakterien durch zahlreiche Verbindungen miteinander. Ähnlich wie Mikrovilli, die fingerförmigen Zellfortsätze im menschlichen Darm, die Oberfläche für die Aufnahme von Nährstoffen während der Verdauung vergrößern, vergrößern diese röhrenförmigen Strukturen die Oberfläche der Bakterien für den Austausch von Nährstoffen mit den Wirtszellen. Dadurch können die Bakterien Zucker besser aufnehmen. Im Gegenzug produzieren die Bakterien wichtige Nährstoffe für die Zelle. Das Forschungsteam nannte diese Strukturen „Tubenets“, eine Kombination aus den Wörtern „Tube“ (Röhre) und „Network“ (Netzwerk), um ihre Form widerzuspiegeln.

Obwohl Forscherinnen und Forscher Strukturen kennen, die die Oberfläche für die Nährstoffaufnahme in vielzelligen Organismen wie dem Darm oder den Wurzeln von Pflanzen vergrößern, wurde eine solche Struktur erstmals in Bakterien identifiziert. Ähnliche Strukturen könnten auch in anderen Bakterienarten existieren und diesen eine effizientere Nährstoffaufnahme ermöglichen.

Die Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der intrazellulären Symbiose und könnten zu innovativen, nachhaltigen Strategien zur Unterbrechung der Wechselwirkungen zwischen Schädlingen und Mikroben führen.

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Originalpublikation:

Balmand, S. etal.: Bacterial tubular networks channel carbohydrates in insect endosymbiosis, Cell 188, 1–11 (2025), DOI: 10.1016/j.cell.2025.10.001