VBIO News

Kaputtes DNA-Reparaturwerkzeug beschleunigt Alterung

Tue, 03 Feb 2026 13:14:00 +0100

Obwohl die DNA im Zellkern dicht gepackt und gut geschützt ist, ist sie ständig Gefahren ausgesetzt – etwa durch normale Stoffwechselprozesse oder äußere Einflüsse wie Strahlung oder chemische Substanzen. Um dem entgegenzuwirken, verfügen Zellen über ein komplexes Netz an Reparaturmechanismen. Versagen diese Systeme, können sich DNA-Schäden ansammeln, die das Funktionieren der Zelle beeinträchtigen und zur Entstehung von Krebs, Alterungsprozessen und degenerativen Erkrankungen beitragen.

Eine besonders schwerwiegende Form von DNA-Schäden sind sogenannte DNA-Protein-Quervernetzungen (DNA-Protein Crosslinks, DPCs), bei denen Proteine an die DNA geheftet werden. DPCs können durch Alkoholkonsum, durch die Einwirkung von Substanzen wie Formaldehyd oder anderen Aldehyden oder durch Fehler von Enzymen entstehen, die an der Verdopplung oder Reparatur der DNA beteiligt sind. Weil DPCs die Verdopplung der DNA blockieren, können sie schwere Fehler bei der Zellteilung verursachen. Daher stellen DPCs eine erhebliche Bedrohung für die Integrität des Genoms dar.

Das Enzym SPRTN beseitigt DPCs, indem es die Verbindung zwischen DNA und Proteinen spaltet. Menschen, bei denen SPRTN mutiert ist und nicht mehr korrekt funktioniert, können bereits im Jugendalter Knochenfehlbildungen und Leberkrebs entwickeln. Diese seltene genetische Erkrankung ist als Ruijs-Aalfs-Syndrom bekannt. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind bislang nur unzureichend verstanden, spezifische Therapien gibt es nicht.

Jetzt konnte ein Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Ivan Ðikić vom Institut für Biochemie II der Goethe-Universität Frankfurt zeigen, dass der Verlust eines funktionsfähigen SPRTN-Enzyms nicht nur dazu führt, dass die DNA im Zellkern immer mehr Defekte aufweist. In Zellkulturexperimenten und mithilfe genetisch veränderter Mäuse stellten die Forschenden fest, dass zusätzlich DNA aus dem Zellkern ins Zellinnere, das Zytoplasma, gelangt.

DNA im Zytoplasma ist für die Zelle ein Alarmsignal. Denn solche DNA stammt normalerweise von eindringenden Viren oder Bakterien oder ist ein Zeichen für eine Entartung der Zelle. Zytoplasmatische DNA aktiviert daher Abwehrmechanismen der Zelle, indem sie den sogenannten cGAS-STING-Signalweg auslöst. Zudem setzt die Zelle Botenstoffe frei, die Immunzellen anlocken, die zu einer chronischen Entzündung führen.

Das Forschungsteam beobachtete, dass diese chronische Entzündungsreaktion besonders stark in Maus-Embryonen ausgeprägt ist. Sie hält an, bis die Mäuse ausgewachsen sind und zeigt sich dann vor allem in Lunge und Leber. In der Folge starben die Mäuse früh oder sie zeigten Symptome eines vorzeitigen Alterns, die denen von Menschen mit Ruijs-Aalfs-Syndrom ähneln. Blockierten die Forschenden die betreffende Immunreaktion, ließen sich viele der Symptome lindern.

„DNA-Protein-Quervernetzungen, die nicht repariert werden können, haben weitreichende systemische Konsequenzen“, erklärt Ðikić. „Sie gefährden nicht nur die Stabilität des Genoms, sondern treiben auch chronische Entzündungen an, die die Lebensspanne erheblich beeinflussen können.“

Der Mediziner und Molekularbiologe sieht darin das Potenzial für die Entwicklung neuer Therapien: „Neben dem Ruijs-Aalfs-Syndrom gibt es weitere seltene genetische Erkrankungen, bei denen DNA-Protein-Quervernetzungen eine wichtige Rolle spielen. Mit unserer Arbeit haben wir eine wichtige Grundlage geschaffen, um neue therapeutische Ansätze auch für diese Krankheiten zu entwickeln. Durch die Untersuchung der zugrunde liegenden Mechanismen seltener Erkrankungen haben wir einen neuen Zusammenhang zwischen DNA-Schäden, Entzündungsreaktionen und der Lebensspanne eines Organismus entdeckt. Das trägt auch dazu bei, die Biologie des Alterns besser zu verstehen.“

Zu den Partnern des Forschungsprojekts gehörten die Goethe-Universität und die Johannes Gutenberg-Universität Mainz (Institut für Molekularbiologie/Professorin Petra Beli und Institut für Transfusionsmedizin/Professorin Daniela Krause) innerhalb der Allianz der Rhein-Main-Universitäten (RMU), das Deutsche Konsortium für translationale Krebsforschung (DKTK), das Deutsche Krebsforschungszentrum (DKFZ), die EPFL Lausanne, die Charité Berlin sowie die Universitäten Köln und Split (Kroatien).

Goethe-Universität Frankfurt

Originalpublikation:

Ines Tomaskovic et al.: DNA-protein cross-links promote cGAS-STING–driven premature aging and embryonic lethality. Science391, eadx9445(2026). DOI:10.1126/science.adx9445

Mikroplastik ist nicht gleich Mikroplastik

Tue, 03 Feb 2026 11:27:19 +0100

Das Eindringen von Mikroplastik in aquatische Systeme ist ein zunehmendes Problem: Als allgegenwärtiger Stoff gefährdet Mikroplastik die Wasserqualität und damit die Biodiversität, potenziell sogar die menschliche Gesundheit. Das Verhalten und der Verbleib von Mikroplastik im Wasser sind bisher allerdings nur unzureichend verstanden. Bislang rückten Studien Ozeane und große Gewässer in den Fokus, während Fluss-Systeme weniger untersucht wurden. Zudem wurden in den Studien meist kugelförmige Mikroplastikteilchen verwendet, wobei in der Umwelt typischerweise andersförmige Partikel wie Fragmente und Fasern vorkommen. Die Studie unter Führung des SFB Mikroplastik der Universität Bayreuth hat nun untersucht, welchen Einfluss die Form von Mikroplastik auf sein Verhalten in Flüssen hat. Dies ist ein wichtiger Schritt hin zu einer schlüssigen Risikobewertung von Mikroplastik für die Umwelt und letztendlich für den Menschen, da das Verhalten von Mikroplastik bedingt, wo Organismen mit den Partikeln in Berührung kommen.

Die Bayreuther Forschenden haben das unterschiedliche Verhalten von in der Natur häufig vorkommenden Mikroplastikfragmenten und -fasern im Vergleich zu kugelförmigen Mikroplastikteilchen untersucht. Diese Kügelchen werden üblicherweise in wissenschaftlichen Studien zu Mikroplastik verwendet. Hierfür hat das Team um Erstautor Marco La Capra, Doktorand am Lehrstuhl für Hydrologie der Universität Bayreuth und Mitglied des SFB Mikroplastik, in einem kontrollierten Laborumfeld natürliche Flussbedingungen mithilfe einer sogenannten Fließrinne nachgebaut: In einem transparenten Kanal mit naturgetreuem Sediment wird über ein Pumpsystem kontinuierlich Wasser durch die Fließrinne geleitet. So lässt sich die Strömungsstärke exakt einstellen.

„Im Versuchsaufbau haben wir verschiedenförmiges Mikroplastik in variierenden Fließgeschwindigkeiten und mit verschiedenen Sedimentbett-Zusammensetzungen untersucht. Damit konnten wir ein breites Spektrum fluvialer Lebensräume nachahmen – von reißenden Gebirgsbächen bis zu Tieflandflüssen. So konnten wir mit unseren Messinstrumenten die komplexen Zusammenhänge von hydrodynamischen Kräften, Partikelauftrieb und Turbulenzen erfassen“, sagt La Capra.

„Die Studie zeigt eindeutig, dass sich Fasern – die einen erheblichen Anteil des in aquatischen Umgebungen vorkommenden Mikroplastiks ausmachen – in ihrem Verhalten von anderen Partikelformen unterscheiden, ein Aspekt, den wir erst beginnen zu verstehen“, so Dr. Sven Frei von der Wageningen University & Research in den Niederlanden und assoziierter Wissenschaftler am Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BAYCEER) der Universität Bayreuth.

Die Studienergebnisse zeigen, dass sich je nach Oberflächenbeschaffenheit der Partikel auch ihr Verhalten in und am Sediment ändert. So lagern sich kugelförmige Partikel so gut wie gar nicht in und am Sediment ab und werden durch den Wasserstrom direkt weitertransportiert. Fragmente dringen dagegen ins Sediment ein und dringen je nach Art des Sediments tiefer oder werden schneller wieder ausgespült. Fasern hingegen lagern sich am Sediment an und können sich dort bis zu gewissen Strömungsstärken verankern. Das bedeutet, dass beispielsweise bei Hochwasser-Ereignissen eine deutlich erhöhte Mikroplastikfreisetzung aus dem Sediment stattfinden kann und deshalb die Belastungsprognosen für die Umwelt neu bewertet werden müssen, als bisher durch die Laborstudien angenommen.

„Durch die Ergebnisse der Studie zeigt sich, dass Mikroplastik nicht als homogene Stoffgruppe betrachtet werden kann, sondern durch ihre extrem vielseitigen Eigenschaften und Beschaffenheiten immer im Einzelfall untersucht werden muss, was die Komplexität der Forschung und die noch vielen offenen, aber dringenden Fragen, gerade in Hinsicht auf Gefahren für Mensch, Natur und Umwelt verdeutlicht“ stellt Prof. Dr. Laforsch, Inhaber des Lehrstuhls Tierökologie der Universität Bayreuth und Sprecher des SFB Mikroplastik, klar.

Universität Bayreuth

Originalpublikation:

La Capra, M., Wagner, D., Agarwal, S. et al. Mobility and retention of microplastic fibers and irregular plastic fragments in fluvial systems: an experimental flume study. Micropl.&Nanopl. 6, 6 (2026). doi.org/10.1186/s43591-025-00165-2

Mit Fangnetz und Lichtschalter gegen Superkeime

Tue, 03 Feb 2026 11:22:32 +0100

Bakterielle Infektionen verursachen weltweit rund 7,7 Millionen Todesfälle pro Jahr, und die zunehmende Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika verschärft das Problem weiter. Gerade Infektionen in Wunden sind aber nicht nur zunehmend schwer behandelbar, sondern behindern gleichzeitig auch die Heilung des umliegenden Gewebes. Dies, da sie eine fehlgeleitete Entzündungsreaktion verursachen bei der das Immunsystem dauerhaft aktiviert bleibt, gesundes Gewebe schädigt und die für die Heilung nötigen Reparaturprozesse blockiert. Antibiotika können hier, selbst wenn sie gegen die Keime wirksam sind, nicht viel ausrichten.

Wie die Proteinnetze unserer Immunzellen

Genau hier setzt ein neuer Ansatz an, den ETH-Professor Raffaele Mezzenga und sein Team gemeinsam mit Forschenden der Shanghai University kürzlich in der Fachzeitschrift externe SeiteNature Communications vorgestellt haben.

Inspiriert ist er von den netzartigen Proteinstrukturen, die Immunzellen freisetzen, um Krankheitserreger einzufangen und unschädlich zu machen. Diese sogenannten Neutrophil Extracellular Traps, kurz NETs sind eine Art natürlicher «Fangnetze», die verhindern, dass sich Infektionen im Körper ausbreiten.

Versuche, solche Strukturen künstlich nachzuahmen, gab es bereits. Doch die dabei verwendeten synthetischen Materialien erwiesen sich zum Teil als zu wenig stabil, nicht genügend verträglich oder aber wenig wirksam gegen resistente Keime.

Antibakterielles Enzym mit Infrarotlicht aktiviert

«Im Gegensatz zu vielen synthetischen Ansätzen setzen wir auf ein natürliches, proteinbasiertes System,» erläutert Mezzenga. Ihr Gel wird aus Hühnereiweiss gewonnen und besteht aus einem dichten Geflecht winziger Proteinfasern aus in dieser Form noch inaktivem Lysozym – einem antibakteriellen Enzym, das auch im menschlichen Körper vorkommt. Das Gel wirkt in dieser Form wie ein physisches Netz, das sich über die Wunde legt und darin enthaltene Bakterien festhält.

Der entscheidende Schritt für die Aktivierung des Enzyms erfolgt erst auf Knopfdruck: Wird das Gel mit Nahinfrarot-Licht bestrahlt – einer schonenden, wenig invasiven Methode –, erwärmt sich ein dafür gezielt eingelagertes Farbmolekül. Durch die Wärme, die das Farbmolekül generiert, löst sich wiederum ein Teil des Faser-Netzes vorübergehend auf und einzelne Lysozym-Moleküle werden freigesetzt. In diesem Zustand sind sie biologisch aktiv, wie man es nennt: Sie greifen gezielt die Zellwände der Bakterien an und töten diese ab.

Heilung statt Dauerentzündung

Parallel dazu setzt das Gel bei Lichtaktivierung Magnesiumionen frei. Diese wirken nicht antibakteriell, sondern beruhigen gezielt das Immunsystem: Entzündungsfördernde Immunzellen werden in einen regenerativen Zelltyp umprogrammiert. Statt Entzündungsreaktionen aufrechtzuerhalten, unterstützen die Zellen nun aktiv die Gewebereparatur – und fördern so die Heilung, anstatt sie zu behindern.

Sobald der Lichtimpuls endet, finden sich die Proteinfasern wieder zu einem stabilen Netz zusammen. Das Gel wird erneut zu einem Gerüst, das den Zellen Halt gibt und die Regeneration des Gewebes unterstützt.

Die Besonderheit des Hydrogels liegt also in der Reversibilität der Fasern: Sie können sich öffnen und wieder zusammenfinden. «Unsere Technologie kombiniert antibakterielle Wirkung, Entzündungshemmung und Wundheilung. Insbesondere für diabetische Patient:innen mit chronischen Wunden oder solche mit Antibiotikaresistenzen, könnte dies dereinst neue Möglichkeiten eröffnen», sagt Qize Xuan von der Universität Shanghai, Erstautor der Studie und ehemaliger Gastdoktorand in Mezzengas Labor.

Bakterienlast in Tierversuchen um 95 Prozent reduziert

Getestet wurde das Hydrogel bereits in präklinischen Studien an Mäusen und Schweinen. Im Mausmodell reduzierte das Gel die Bakterienlast in einer mit dem antibiotikaresistenten MRSA-Keim-infizierten Wunde um über 95 Prozent. Die behandelte Wunde verschloss sich zudem nahezu vollständig innerhalb von 15 Tagen, während unbehandelte Kontrollwunden deutlich verzögert heilten. Auch im Schweinemodell zeigte sich eine beschleunigte Wundheilung und eine deutlich geringere bakterielle Besiedlung. Zudem schuf das Material ein günstiges Umfeld für die Neubildung von Knochen- und Weichgewebe.

Das Gel, das direkt auf der Wunde aufgetragen wird, verbleibt während des Heilungsprozesses auf der Wunde. Es zieht in das Gewebe ein und baut sich schrittweise selbst ab, während sich das Gewebe regeneriert.

Bis das Gel dereinst die Patient:innen erreichen könnte, ist es aber noch ein langer Weg. Als nächster Schritt sind klinische Studien nötig. «Dafür suchen wir jetzt industrielle Partner», sagt Mezzenga. «Solche Studien sind aufwendig, teuer und nur in enger Zusammenarbeit mit Kliniken realisierbar.»

EH Zürich

Originalpublikation:

Xuan Q, Li H, Gao Y, Qiao X, Feng Y, Yu X, Cai J, Jin T, Liu B, Peydayesh M, Su J, Fischer P, Wang P, Chen C, Zhou J, Mezzenga R: Photo-reversible amyloid nanoNETs for regenerative antimicrobial therapies. Nature Communications, 10. Dezember 2025, DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65976-6

Luftverschmutzung verursacht soziale Instabilität in Ameisenkolonien

Tue, 03 Feb 2026 10:56:01 +0100

In Experimenten mit sechs Ameisenarten konnte ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie bei fünf Arten nachweisen, dass Ameisen, die Ozon ausgesetzt waren, von ihren Nestgenossinnen nicht mehr erkannt wurden – und stattdessen als Feinde attackiert wurden. Verantwortlich dafür sind Alkene: organische Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die einen kleinen aber entscheidenden Bestandteil des Duftprofils bilden. Ozon reagiert gezielt mit diesen Doppelbindungen und zerstört sie. Selbst winzige Veränderungen im Duftsignal genügen, um die soziale Identität zu verfälschen – ein dramatisches Beispiel dafür, wie menschliche Umweltverschmutzung soziale Systeme in der Natur stören kann.

Die Arbeitsgruppe Geruchsgesteuertes Verhalten von Markus Knaden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie beschäftigt sich schon seit längerem mit den Auswirkungen von Ozon auf die chemische Kommunikation von Insekten. So konnte das Forschungsteam zeigen, dass erhöhte Ozonwerte das Paarungssignal bei Fruchtfliegen verändern, weil die Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen in den Sexualpheromonen der Insekten durch Ozon aufgebrochen werden. Nachdem männliche Fliegen Ozon ausgesetzt waren, konnten sie Weibchen nicht mehr von anderen Männchen unterscheiden. Außerdem veränderte Ozon Paarungssignale so, dass die Paarungsgrenze zwischen verschiedenen Fliegenarten aufgehoben wurde, was zum Auftreten fortpflanzungsunfähiger Hybriden führte.

Diese Erkenntnisse führten Markus Knaden und sein Team dazu, auch die Auswirkungen von Ozon auf das Zusammenleben sozialer Insekten wie Ameisen zu untersuchen, denn die Nesterkennung in der Kolonie beruht ebenfalls auf chemischen Signalen beruht.

Die Erkennung von Nestgenossinnen: Ein „Handschlag“ aus Molekülen

Die Erkennung von Nestgenossinnen basiert in der Regel auf einer artspezifischen Mischung aus Kohlenstoffwasserstoffverbindungen, die Ameisen in ihren Drüsen produzieren. Diese Mischung besteht hauptsächlich aus stabilen Alkanen, aber auch aus Alkenen – Verbindungen mit Kohlenstoff-Kohlenstoff-Doppelbindungen, die oxidiert und abgebaut werden können. Obwohl Alkene nur in sehr geringen Mengen vorkommen, sind sie entscheidend für die koloniespezifische Duftsignatur. Ameisen lernen gleich nach dem Schlüpfen die besondere Duftmischung ihrer Kolonie kennen. Später, wenn sie mit anderen Ameisen in Kontakt kommen, vergleichen sie den Duft dieser Ameisen mit dem bekannten Duft ihrer eigenen Kolonie. Erkennen sie den Duft wieder, werden die anderen Ameisen als Nestgenossinnen angesehen und freundlich behandelt. Andernfalls kommt es in der Regel zu Aggressionen gegenüber Ameisen, deren Duftprofil nicht mit dem der eigenen Kolonie übereinstimmt. „Wir wollten wissen, ob erhöhte Ozonkonzentrationen eine Veränderung des Duftprofils und damit Aggressionen gegenüber Ameisen hervorrufen würden. Die entscheidende Frage für uns war: Kann die ausbalancierte Sozialstruktur von Ameisenkolonien durch Luftverschmutzung aus dem Gleichgewicht gebracht werden?“, sagt Erstautor Nan-Ji Jiang.

Ozonbelastete Nestgenossinnen werden wie fremde Eindringlinge angegriffen

Für die Experimente setzten die Forschenden Ameisen von sechs verschiedenen Arten einer Ozonkonzentration von 100 ppb (parts per billion) aus, einer Belastung, wie sie im Sommer häufig in belasteten Regionen gemessen wird. Nach 20-minütiger Ozonexposition wurden die Ameisen in ihre Kolonie zurückgebracht. Bei fünf der untersuchten Arten wurden ozonbelastete Ameisen mit Drohungen und Aggressionen empfangen, obwohl sie derselben Kolonie angehörten. „Uns interessierte, ob dies tatsächlich mit einer veränderten Menge an Alkenen auf der Körperoberfläche der Ameisen einhergeht. Dies war schwierig zu messen, da auch bei unbelasteten Ameisen die Menge an Alkenen extrem niedrig ist. Mit thermodesorbierender Gaschromatographie konnten wir jedoch die Menge dieser Verbindungen sogar an einzelnen Ameisen messen,“ erläutert Markus Knaden.

Alkene: ein sehr geringer, aber entscheidender Anteil an Kohlenwasserstoffen auf Ameisen – mit dramatischen Folgen bei Schadstoffbelastung

Die Duftmischung der Kolonie besteht größtenteils aus stabilen Alkanen, die durch Ozon nicht oxidiert werden. Im Vergleich dazu machen Alkene nur einen Bruchteil der Verbindungen in der Duftsignatur von Ameisen aus. „Wir hatten damit gerechnet, dass die Ozonexposition die Erkennung von Nestgenossinnen beeinflusst, da uns bekannt war, dass Ameisen zumindest geringe Mengen leicht abbaubarer Alkene auf ihrer Außenhaut tragen. Die dramatische Verhaltensänderung nach Ozonbelastung hat uns jedoch überrascht. Offenbar sind Alkene trotz ihrer geringen Menge äußerst wichtig für den spezifischen Duft der Kolonie,“ sagt Markus Knaden.

Klonale Räuberameisen vernachlässigen die Brutpflege nach Ozonbelastung

In nur einer untersuchten Art – der klonalen Räuberameise Ooceraea biroi - wurden keine Aggressionen gegenüber Nestgenossinnen nach Ozonbelastung beobachtet. Dies könnte auf die besondere Biologie dieser Art zurückzuführen sein. Alle Individuen vermehren sich klonal, eine Königin gibt es nicht und das Aggressionsniveau zwischen Individuen verschiedener Kolonien ist generell gering.

Da Ozon bei Ooceraea biroi keine Aggressionen zwischen Nestgenossinnen auslöste, bot sich die Möglichkeit in Zusammenarbeit mit der Lise-Meitner-Forschungsgruppe Sozialverhalten unter der Leitung von Yuko Ulrich, andere potenzielle langfristige schädliche Auswirkungen zu untersuchen. Verhaltensbeobachtungen ergaben, dass erwachsene Ameisen in ozonbelasteten Kolonien einen größeren Abstand zu den Larven hielten als in ozonfreier Umgebungsluft. Außerdem starben viele Larven. Da Ozon selbst als direkte Ursache für den Tod der Larven weitgehend ausgeschlossen werden konnte, gehen die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass die Vernachlässigung der Brutpflege und der Tod der Larven auf eine gestörte chemische Kommunikation zwischen den erwachsenen Ameisen und den Larven zurückzuführen sind.

Umweltgifte bedrohen die soziale Struktur vieler Insektenarten

Während das globale Insektensterben vor allem mit dem Einsatz von Pestiziden und dem Verlust von Lebensräumen in Verbindung gebracht wird, werden in dieser Studie Luftschadstoffe als mögliche Verursacher diskutiert. Die Gesamtbiomasse aller schätzungsweise 30.000 verschiedenen Ameisenarten entspricht etwa der Gesamtbiomasse aller Vögel und Säugetiere zusammen. Ameisen erfüllen wichtige Ökosystemleistungen, wie die Verbreitung von Samen und die Bekämpfung von Schädlingen. Auch andere soziale Insekten, wie Bienen, auf deren Bestäubung ein Großteil unserer Nutzpflanzen angewiesen ist, könnten durch erhöhte Schadstoffwerte in ähnlicher Weise beeinträchtigt werden könnte. „Oxidierende Schadstoffe wie Ozon und Stickoxide werden oft wegen ihrer schädlichen Auswirkungen auf den Menschen thematisiert. Wir sollten uns jedoch auch darüber bewusst sein, dass diese vom Menschen verursachten Schadstoffe auch unsere Ökosysteme erheblich schädigen können,“ sagt Bill Hansson, einer der Hauptautoren der Studie.

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Originalpublikation:

Jiang, N.-J.; Bhat, B. A.; Briceño Aguilar, E.; Lehmann, A.; Ulrich, Y.; Hansson, B. S.; Knaden, M. (2026). Oxidising pollutants can disrupt nestmate recognition in ants. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 123(0), e2520139123. doi: 10.1073/pnas.2520139123, https://doi.org/10.1073/pnas.2520139123

Die unsichtbaren Welten unter unseren Füßen

Tue, 03 Feb 2026 10:47:20 +0100

Bisherige Einblicke in mikrobielle Gemeinschaften im Grundwasser basieren vor allem auf Proben von frei im Wasser schwebenden Mikroorganismen. Vorangegangene Studien deuteten jedoch bereits darauf hin, dass dies nur einen kleinen Teil des Bildes erfasst. Tatsächlich leben die allermeisten Mikroorganismen im Untergrund als Biofilme fest an Gesteinsoberflächen – sie sind dort bis zu tausendmal häufiger als freischwimmende Organismen.

Um die bislang kaum untersuchte Lebensweise dieser „angehefteten“ Mikroorganismen besser zu verstehen, analysierte das Forschungsteam um Dr. Martin Taubert vom Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“ an der Friedrich-Schiller-Universität Jena mikrobielle Gemeinschaften, die sich auf Karbonatgestein in einem natürlichen Grundwasserleiter im Thüringer Hainich angesiedelt hatten. Mithilfe moderner Genom-Analysen verglichen die Forschenden die angehefteten Gemeinschaften mit freilebenden Mikroorganismen aus dem gleichen System.

Zwei kontrastierende mikrobielle Ökosysteme

Das Ergebnis ist eindeutig: Trotz ihres engen räumlichen Kontakts und möglicher Wechselwirkungen bilden die Mikroorganismen im Wasser und am Gestein zwei stark kontrastierende ökologische Gemeinschaften. Nicht nur unterscheiden sich die Arten stark, auch ihre Fähigkeiten sind grundlegend verschieden.

„Wir haben herausgefunden, dass die Lebensweise der Mikroorganismen – angeheftet am Gestein oder frei im Wasser schweben – einen stärkeren Einfluss auf die Struktur der Lebensgemeinschaft haben als Umweltfaktoren, wie beispielsweise die Verfügbarkeit von Sauerstoff“, erläutert Alisha Sharma, die die Studie im Rahmen ihrer Promotion durchgeführt hat.

Die an Gestein gebundenen Mikroben sind hoch spezialisiert. Sie können Energie aus anorganischen Stoffen wie Eisen oder Schwefel gewinnen und dabei Kohlendioxid binden. Damit tragen sie aktiv zur Kohlenstoffspeicherung im Untergrund bei. Die frei im Wasser lebenden Mikroorganismen sind dagegen funktionell deutlich eingeschränkter.
„Wenn wir die an Gestein angeheftete Gemeinschaft ignorieren, übersehen wir einen wichtigen funktionellen Akteur im Grundwassersystem“, erklärt Dr. Martin Taubert, Arbeitsgruppenleiter im Exzellenzcluster. „Diese Mikroorganismen leisten einen wichtigen Beitrag zu zentralen chemischen Prozessen wie dem Kohlenstoffkreislauf.“

Bedeutung für Umwelt, Wasserwirtschaft und Klimamodelle

Die Erkenntnisse haben konkrete praktische Relevanz. Grundwasser ist eine der wichtigsten Trinkwasserressourcen weltweit. Ein besseres Verständnis der mikrobiellen Prozesse im Untergrund hilft, Stoffumsetzungen im Untergrund realistischer zu bewerten, etwa bei der natürlichen Selbstreinigung von Grundwasser oder bei der langfristigen Speicherung von Kohlenstoff.

Zudem legen die Ergebnisse nahe, dass Grundwasserökosysteme in Karbonatgestein deutlich mehr Kohlendioxid im Untergrund binden können als bisher angenommen – ein Aspekt, der für Klimamodelle und Bewertungen natürlicher Kohlenstoffsenken relevant ist.

Beitrag zum Exzellenzcluster „Balance of the Microverse“

Die Studie steht exemplarisch für den Forschungsansatz des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“. Ziel des Clusters ist es, zu verstehen, wie mikrobielle Gemeinschaften ihre Umwelt formen – und wie umgekehrt Umweltbedingungen das mikrobielle Gleichgewicht beeinflussen.

„Mikroorganismen halten viele natürliche Systeme im Gleichgewicht, ohne dass wir es bemerken“, sagt Prof. Kirsten Küsel, Professorin für Aquatische Geomikrobiologie und Sprecherin des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“. „Indem wir ihre verborgenen Lebensräume erschließen, verstehen wir besser, wie stabil – oder verletzlich – diese Systeme wirklich sind.“

Die Arbeit zeigt eindrücklich, dass das mikrobielle Leben im Untergrund kein passiver Hintergrund ist, sondern ein aktiver Gestalter der Umwelt – mit Bedeutung weit über den Boden unter unseren Füßen hinaus.

Universität Jena

Originalpublikation:

Sharma, A., Küsel, K., Wegner, CE. et al. Two worlds beneath: Distinct microbial strategies of the rock-attached and planktonic subsurface biosphere. Microbiome (2026). https://doi.org/10.1186/s40168-025-02325-1

Positionspapier der Bundesregierung zum zehnten EU-Rahmenprogramm für Forschung und Innovation (FP10) veröffentlicht

Mon, 02 Feb 2026 12:59:17 +0100

Im Positionspapier werden die folgenden Kernthesen für FP10 formuliert:

Die exzellentesten Ideen finden und fördern.
Die Zusammenarbeit in Europa leichter, agiler und besser machen.
Das Transferdefizit in Europa überwinden.
Die Anziehungskraft Europas für Talente und Investitionen steigern.
Die strategische Wettbewerbsfähigkeit und Resilienz Europas durch Verbundforschung stärken.
Zukunftsgerechte disruptive Geschäftsmodelle mit einer Innovationsförderung aus einem Guss beflügeln.
Zugang zu weltweiten Märkten und Wissen sichern.

Seit September 2025 laufen die legislativen Beratungen und Verhandlungen des Rates und des Europäischen Parlaments zu den Rechtsakten. Die Verhandlungen werden voraussichtlich bis 2027 abgeschlossen sein.

Bundesministerium für Forschung, Technologie und Raumfahrt

Zum Dokument

Zukunftsagenda für den Wissenschaftsstandort Deutschland

Mon, 02 Feb 2026 11:42:33 +0100

Der Wissenschaftsrat schlägt eine Agenda hierfür vor und entwirft ein Zielbild für das Jahr 2040: Deutschland soll ein weltweit sichtbarer und wettbewerbsfähiger Wissenschaftsstandort sowie ein Modell freier und starker Wissenschaft sein – geprägt durch Spitzenforschung, hochwertige Bildungsangebote und hohe gesellschaftliche Wirksamkeit.

Die Agenda beschreibt zehn Handlungsfelder, die für ein leistungsfähiges Wissenschaftssystem entscheidend sind, das hohen Erwartungen gerecht werden soll, etwa an Innovation und produktivem Nutzen oder an Bildung und Beiträgen zu Sicherheit und gesellschaftlichen Herausforderungen. Damit verbunden sind konkrete Handlungsvorschläge für Politik und Wissenschaft.

„Wir drohen in Zukunft den Anschluss zu verlieren, wenn wir nicht heute die Weichen richtig stellen. Die Wissenschafts- und Innovationspolitik muss schneller und wirksamer auf neue Umstände reagieren können“, betont der Vorsitzende des Wissenschaftsrats, Wolfgang Wick. „Dafür müssen Prioritäten gesetzt werden, um auch mit begrenzten Ressourcen Veränderungen voranzutreiben. Es braucht eine bessere und schnellere Koordination über Ressortgrenzen hinweg sowie zwischen Bund und Ländern. Vertrauen und Eigenverantwortung müssen gestärkt, Kontrolle und Hemmnisse abgebaut sowie Entscheidungswege, Förderinstrumente und Verwaltungsprozesse vereinfacht werden“, so Wick.

In seiner Agenda fordert der Wissenschaftsrat neben Reformen entschlossene Profilierung, Investitionen und Konsolidierung. Wissenschafts- und Innovationspolitik muss in den kommenden Jahren genügend Mittel mobilisieren, um die Souveränität und Stärke von Wissenschaft und Innovation in Deutschland zu sichern und auszubauen. Mittel für Bildung, Forschung und Innovation sichern die Zukunftsfähigkeit der Gesellschaft und dürfen nicht länger als konsumtive Ausgaben gelten.

Wissenschaftsfinanzierung als staatliche Kernaufgabe muss verlässlich bleiben. Ziel bleibt exzellente Forschung und ein international sichtbarer Platz in der Spitzengruppe. Krisen und knappe Ressourcen erzwingen Konzentration. Ressourcen müssen gezielt und nachhaltig eingesetzt werden – durch klare Prioritäten sowie eine bessere Vernetzung und Bündelung von Kräften im wissenschaftlichen System.

Bund und Länder sollten mittelfristig Profil, Steuerung und Finanzierung der außeruniversitären Forschung neu ordnen. Dazu gehören ihre Unterscheidung voneinander, die Zusammenarbeit mit Hochschulen und der Umgang mit Forschungsinfrastrukturen. Auch das Verhältnis von institutioneller und projektbezogener Förderung gehört auf den Prüfstand: Nur so lassen sich Nachhaltigkeit, Verlässlichkeit und Freiräume in ein Gleichgewicht bringen.

Neben der Politik richtet sich die Agenda auch an die Wissenschaft und insbesondere an die Hochschulen als Schlüsselakteure gesellschaftlicher, politischer, technologischer Transformationen. Sie sollten Priorität in der Politik genießen. Zugleich sind sie strategisch gefordert: Gesellschaftliche und technologische Umbrüche erfordern eine neue Architektur des Studienangebots. Länder und Hochschulen sollten ihr Studienangebot länderübergreifend und wissenschaftsgeleitet prüfen. Wenig nachgefragte Studiengänge sind gegebenenfalls zu bündeln oder abgestimmt zurückzubauen. Gleichzeitig gilt es, Konzepte für den Umgang mit veränderten Studierendenzahlen, wachsender Heterogenität und neuen Lehrformen zu entwickeln sowie Maßnahmen zur Steigerung des Studienerfolgs auszubauen.

Wissenschaftsrat

https://www.wissenschaftsrat.de/download/2026/3014-26 - Zum Papier
https://www.wissenschaftsrat.de/download/2026/3014-26_K - Zur Kurzfassung

Unerwartetes Feedback im Klimasystem

Mon, 02 Feb 2026 11:32:42 +0100

Ein Sedimentkern aus dem pazifischen Sektor des Südpolarmeeres hat einem Forschungsteam um den Geochemiker Dr. Torben Struve von der Universität Oldenburg einen Hinweis auf eine unerwartete Klimarückkopplung in der Antarktis geliefert. Wie die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience berichten, bestand während vergangener Eiszeitzyklen ein enger Zusammenhang zwischen Veränderungen des Westantarktischen Eisschildes und dem Algenwachstum im Meer – allerdings anders als vermutet. Das Team schließt aus den Ergebnissen, dass der pazifische Sektor des Südpolarmeeres im Zuge der globalen Erwärmung in Zukunft womöglich weniger Kohlendioxid aufnehmen könnte als im Augenblick, wenn sich der als instabil geltende Westantarktische Eisschild weiter verkleinern sollte.

Der Sedimentkern, den das Team untersuchte, enthält Ablagerungen, die rund eine halbe Million Jahre in die Vergangenheit reichen und damit vier Eiszeitzyklen umfassen. Er wurde bereits 2001 auf einer Expedition des Forschungsschiffes Polarstern bei 116 Grad West und 62 Grad Süd in knapp 5.000 Metern Wassertiefe entnommen. Das Gebiet liegt zwischen Südamerika und Neuseeland südlich der sogenannten Polarfront und gehört damit zum Südpolarmeer.

Eine unerwartete Rolle in dem von den Forschenden beobachteten Klima-Feedback spielt das Element Eisen. „Im Normalfall wirkt die Zufuhr von Eisen im Südpolarmeer wie eine Düngung: Sie regt das Algenwachstum an, was wiederum dazu führt, dass der Ozean mehr Kohlendioxid aufnehmen kann“, erläutert Struve. Dies geschah früheren Untersuchungen zufolge etwa während vergangener Kaltzeiten: Damals wehten starke Winde vermehrt eisenhaltigen Staub von den Kontinenten ins Meer. Als Folge erhöhte sich das Algenwachstum, und das Südpolarmeer nördlich der Polarfront nahm mehr CO2 auf. Das verstärkte jeweils zu Beginn der Eiszeiten die globale Abkühlung.

Der in der aktuellen Studie untersuchte Sedimentkern zeichnete allerdings ein anderes Bild: Die Untersuchungen des Kerns ergaben, dass der Eiseneintrag dort – anders als in anderen Kernen aus benachbarten Meeresgebieten etwas weiter nördlich – vor allem in Warmzeiten besonders hoch war. Aus ihren Analysen ziehen die Forschenden den Schluss, dass die eisenhaltigen Sedimente nicht durch Wind, sondern durch Eisberge dorthin gelangt waren. Darauf deutet etwa die Größe der Partikel hin. Die Untersuchungen legen zudem nahe, dass das Material aus der Westantarktis stammt, dem Teil des Südkontinents westlich der Antarktischen Halbinsel. Der dortige Eisschild gilt als relativ instabil, da große Teile des Eises unterhalb des Meeresspiegels liegen.

Die aktuelle Studie liefere damit einen kleinen Beitrag zur Klärung der Frage, wie empfindlich der Westantarktische Eisschild auf Klimaveränderungen reagiert, berichtet Struve. Verschiedene jüngere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich das Eis in diesem Teil der Antarktis während der letzten Warmzeit vor rund 130.000 Jahren stark zurückgezogen hatte. Damals lagen die Temperaturen in etwa so hoch wie heute. „Auch unsere Ergebnisse legen nahe, dass damals in der Westantarktis viel Eis verloren gegangen ist“, erklärt der Struve, der am Oldenburger Institut für Chemie und Biologie des Meeres in der Arbeitsgruppe Marine Isotopengeochemie forscht. Durch den Zerfall des teils kilometerdicken Eispanzers entstanden offenbar zahlreiche Eisberge, die nach Norden drifteten. Im Eis waren Sedimente eingeschlossen, die Gletscher zuvor vom felsigen Untergrund abgetragen hatten und die beim Schmelzen der Eisberge zum Meeresgrund sanken. Den Daten aus dem Sedimentkern zufolge waren am Ende der Kaltzeiten und während des Höhepunkts der Warmzeiten besonders viele Eisberge unterwegs.

Überrascht waren Struve und seine Kolleginnen und Kollegen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven und vom Lamont-Doherty Earth Observatory im US-Staat New York vor allem davon, dass die verstärkte Sediment- und Eisenzufuhr im Meer kein Algenwachstum anregte. „Das Wachstum des Phytoplanktons, also der Mikroalgen in den lichtdurchfluteten oberen Schichten des Ozeans, wurde nicht oder nur schwach angeregt, was somit zu einer stark verringerten Aufnahme von CO2 führte“, erklärt Dr. Frank Lamy, Paläoklimatologe am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und Koautor der Studie. Die Forschenden führen dies darauf zurück, dass es sich um stark verwitterte Sedimente handelte. Das Eisen, das diese Mineralkörnchen enthielten, lag ihrer Analyse zufolge in einer schlecht löslichen Form vor, die von Lebewesen nicht gut verwertet werden kann.

Das Bild, das sich aus den Daten ergibt, sieht folgendermaßen aus: „Unter dem Eisschild der Westantarktis befindet sich wahrscheinlich geologisch altes, bereits stark verwittertes Gestein“, erläutert Struve. Immer, wenn der Eisschild in vergangenen Warmzeiten schrumpfte und dabei zahlreiche Eisberge abbrachen, trugen diese größere Mengen der verwitterten Mineralien in den angrenzenden Südpazifik – wo das Algenwachstum dennoch gering blieb. „Dieser Zusammenhang war für uns sehr überraschend“, so der Forscher.

Denn: „Die Gesamtmenge an Eisen war in diesem Bereich des Südpolarmeeres nicht der kontrollierende Faktor für das Algenwachstum“, erklärt er. Die Ergebnisse würden zeigen, dass man nicht, wie bisher angenommen, pauschal davon ausgehen könne, dass eine Eisenzufuhr die CO2-Aufnahme des Südpolarmeers erhöht. Dies hänge vielmehr von der Bioverfügbarkeit des Eisens und damit etwa auch von der chemischen Zusammensetzung der eingetragenen Mineralien ab.

Für die Zukunft, wenn der Westantarktische Eisschild im Zuge der globalen Erwärmung vermutlich weiter schrumpfen wird, seien womöglich ähnliche Szenarien wie in der letzten Warmzeit zu erwarten, so das Team. „Nach allem, was man weiß, ist ein Zerfall des Eisschildes nicht in naher Zukunft zu erwarten, aber wir sehen, dass sich das Eis dort bereits ausdünnt“, erklärt Struve. Ein weiterer Rückgang könnte zur Folge haben, dass Gletscher und Eisberge erneut die verwitterten Gesteinsschichten verstärkt abtragen. Das könnte wiederum dazu führen, dass der pazifische Sektor des Südpolarmeers weniger Kohlendioxid aufnimmt als im Augenblick – eine Rückkopplung, die den Klimawandel noch verstärkt. Um mehr zum Ausmaß und zur Bedeutung dieses Phänomens sagen zu können, wäre es Struve zufolge sinnvoll, noch genauere geochemische Untersuchungen durchzuführen und weitere Meeresbodenproben aus dem Südpazifik zu analysieren: „In verschiedenen Archiven gibt es noch viel Material, mit dem man arbeiten kann.“

Universität Oldenburg

Originalpublikation:

Struve, T., Lamy, F., Gäng, F. et al. South Pacific carbon uptake controlled by West Antarctic Ice Sheet dynamics. Nat. Geosci. (2026). doi.org/10.1038/s41561-025-01911-0

Geplauder in der Sonne: Wie Erdmännchen ihre sozialen Bindungen stärken

Mon, 02 Feb 2026 09:52:35 +0100

Ein Team von Forschenden der Universität Konstanz, des Max-Planck-Instituts für Verhaltensbiologie und der Universität Zürich untersuchte, wie Erdmännchen durch Lautäußerungen soziale Bindungen aufrechterhalten und ihre komplexen Gruppenhierarchien handhaben. Die vor kurzem in der Zeitschrift Behavioural Ecology veröffentlichte Studie erforscht das Konzept der „stimmlichen Kontaktpflege“ (engl. vocal grooming) – eine Form der sozialen Bindung, die durch Laute statt durch körperlichen Kontakt erreicht wird.

„Beziehungspflege auf Distanz“

Erdmännchen (Suricata suricatta) leben in Gemeinschaften, die durch eine strenge Dominanzhierarchie strukturiert sind. Sie werden in der Regel von einem dominanten Paar angeführt und von rangniedrigeren Tieren unterstützt, die bei der Aufzucht des Nachwuchses, der Verteidigung des Territoriums und der Aufrechterhaltung der sozialen Stabilität helfen. Wir wissen von der physischen Körperpflege (engl. grooming) – wenn Tiere gegenseitig ihr Fell oder die Haut pflegen und Parasiten oder Schmutz entfernen –, dass es soziale Bindungen stärkt. Doch diese Pflege braucht Nähe und Zeit, und beides kann in großen oder weit verstreuten Gruppen knapp sein.

Vlad Demartsev, Postdoktorand am „Centre for the Advanced Study of Collective Behaviour (CASCB)“ der Universität Konstanz und dem Konstanzer Max-Planck-Institut für Verhaltensbiologie, und seine Kolleg*innen fanden heraus, dass Erdmännchen möglicherweise Laute als alternative, einfache Möglichkeit nutzen, um sozial in Kontakt zu bleiben und ihre Gruppenhierarchie zu managen. Sogenannte „Sonnenrufe“ (engl. sunning calls) – sanfte, tonale Laute, die die Tiere während der morgendlichen Sonnenbäder erzeugen – ermöglichen es ihnen, soziale Beziehungen ohne direkten Körperkontakt zu pflegen. Obwohl diese Rufe den unterwürfigen Lautäußerungen ähneln, die typischerweise mit Konfliktreduzierung verbunden sind, deutet ihr Auftreten im friedlichen Kontext des gemeinsamen morgendlichen Sonnenbads darauf hin, dass sie hier als eine Form der sozialen Interaktion dienen. Vermutlich nutzen die Erdmännchen die leisen Sonnenrufe nämlich zur „Beziehungspflege auf Distanz“.

Um die soziale Rolle der Sonnenrufe zu untersuchen, führte das Forschungsteam „Playback-Experimente“ in der Kalahari-Wüste durch, bei denen sie Erdmännchengruppen während ihrer morgendlichen Sonnenbäder beobachteten. Die Forschenden zeichneten Laute von einzelnen Tieren auf, deren sozialen Status in der Gruppe sie zuvor beobachtet hatten. Diese Laute wurden dann anderen Gruppenmitgliedern vorgespielt und ihre Antworten aufgezeichnet und gemessen. Es zeigten sich klare soziale Muster, die sich mit früheren Arbeiten zur Gruppendynamik und hierarchischen Struktur der Erdmännchen decken.

Soziale Faktoren beeinflussen die Reaktionsbereitschaft

Untergeordnete Erdmännchen erhöhten ihre Rufaktivität deutlich, wenn sie Rufe von dominanten Tieren hörten, während diese kaum auf Rufe von rangniedrigeren Tieren reagierten. Diese Asymmetrie deutet darauf hin, dass der stimmliche Austausch intensiver wird, wenn er sich an ranghöhere Tiere richtet, und möglicherweise der Beschwichtigung oder der Pflege von Beziehungen zu höhergestellten Gruppenmitgliedern dient. Weibchen reagierten stärker auf die aufgezeichneten Laute als Männchen, was auf geschlechtsspezifische Unterschiede bei den sozialen Strategien hinweist. Obwohl die Stärke der sozialen Bindung das Rufverhalten beeinflusste, war die Wirkung nuanciert. Ursprünglich hatten die Forschenden erwartet, dass die Tiere stark auf eng verbundene Gruppenmitglieder reagieren würden. Die Ergebnisse deuten jedoch auf das genaue Gegenteil hin: Rangniedrigere Tiere reagierten eher auf Laute der dominanten Tiere, zu denen sie eine schwächere Bindung hatten. Somit könnte der stimmliche Austausch zur Stabilisierung oder Verbesserung wichtiger, aber schwacher sozialer Beziehungen dienen.

Stimmliches Grooming stärkt soziale Bindungen

Insgesamt stützen diese Ergebnisse die Hypothese der „stimmlichen Kontaktpflege“, d. h. der Annahme, dass der Lautaustausch ähnliche soziale Funktionen erfüllen kann wie die gegenseitige Körperpflege. Durch diese subtilen stimmlichen Interaktionen könnten Erdmännchen Spannungen abbauen, Konflikte verhindern und soziale Bindungen ohne physischen Kontakt stärken.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es sich bei diesen Lauten nicht um zufälliges Geplapper handelt, sondern um einen strategischen Teil des sozialen Lebens der Erdmännchen“, so Vlad Demartsev. „Kontinuierliche wechselseitige Interaktion kann Kooperation und Engagement signalisieren, was wiederum ein tolerantes Miteinander fördern und die soziale Verbundenheit verbessern kann. Für rangniedrigere Erdmännchen sind stabile Beziehungen zu den dominanten Tieren von entscheidender Bedeutung, und der stimmliche Austausch könnte ein Mechanismus sein, um dies zu erreichen.“

Mit dieser Studie zur Funktion von Lauten zur Pflege sozialer Beziehungen, im Vergleich zu körperlichem Kontakt, liefert das Forschungsteam neue Hinweise darauf, dass stimmliche Kommunikation eine zentrale Rolle bei der sozialen Bindung bei vielen Arten spielt. Die Ergebnisse bieten neue Einblicke in die Art und Weise, wie Tiere sich in komplexen sozialen Systemen verhalten, wenn die Möglichkeiten zu physischen Interaktionen eingeschränkt sind.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

Vlad Demartsev, Gabriella Gall, Ariana Strandburg-Peshkin, Marta B Manser, Dominance asymmetries shape vocal exchanges in meerkats, Behavioral Ecology, 2026, DOI: 10.1093/beheco/araf156, https://doi.org/10.1093/beheco/araf156

Ein Protein, eine große Entscheidung: Wie Braunalgen wissen, wann sie sich fortpflanzen

Mon, 02 Feb 2026 09:43:07 +0100

ARGONAUTE-Proteine sind Schlüsselfaktoren der Genexpression in Eukaryoten. Sie binden small RNAs und nutzen sie als Wegweiser, um zu steuern, welche Gene aktiv sind, und beeinflussen so Entwicklung, Abwehr von genetischen Parasiten und andere wichtige zelluläre Prozesse. In Pflanzen und Tieren kommen AGO-Proteine meist in großen Familien mit spezialisierten Funktionen vor.

Überraschenderweise haben Braunalgen jedoch nur ein einziges AGO-Protein und gerade dieses einzelne Protein spielt eine zentrale Rolle. Forschende aus der Abteilung für Entwicklung und Evolution der Algen haben herausgefunden, dass dieses AGO-Protein mit small RNAs zusammenarbeitet, um molekulare Anweisungen zu geben und den Zellen zu helfen, bestimmte Gene genau zum richtigen Zeitpunkt ein- oder auszuschalten.

Wie Braunalgen entscheiden, wer sich fortpflanzt

Die meisten Braunalgen durchlaufen zwei unterschiedliche Phasen in ihrem Lebenszyklus: eine haploide Phase mit einfachem Chromosomensatz und eine diploide Phase mit zweifachem Chromosomensatz. Diese beiden Phasen unterscheiden sich stark in Aussehen und Verhalten. Die diploide Phase, der sogenannte Sporophyt, ist meist die größere, komplexere Form. Sie produziert winzige Fortpflanzungszellen, sogenannte Sporen, durch eine spezielle Zellteilung, die Meiose genannt wird. Diese Sporen entwickeln sich zu der zweiten Phase, dem haploiden Gametophyten, aus dem die Fortpflanzungszellen (wie Spermien und Eizellen) hervorgehen. Die Befruchtung stellt den diploiden Zustand wieder her, und der Zyklus beginnt von neuem.

Die Forschenden entdeckten, dass bei einer Störung des AGO-Proteins die Algen zwar normal als Sporophyten wachsen und die Meiose durchlaufen, die meisten der entstehenden Sporen sich jedoch nicht weiterentwickeln. Diejenigen, die sich entwickeln, nehmen oft den falschen Entwicklungsweg ein. Diese Ergebnisse zeigen, dass die AGO-Aktivität für die Bildung des Gametophyten und die korrekte Festlegung der Keimbahn notwendig ist.

„Dies ist ein seltenes Beispiel dafür, dass ein komplexer mehrzelliger Organismus auf ein einziges AGO-Protein angewiesen ist, um grundlegende Entwicklungsübergänge zu regulieren“, sagte Claudia Martinho, die an der Studie beteiligte Postdoktorandin und heute Assistenzprofessorin an der University of Dundee. „Es deutet darauf hin, dass evolutionärer Minimalismus genauso effektiv sein kann wie Komplexität, wenn es darum geht, den Lebenszyklus zu steuern.“

Die Studie wirft neues Licht darauf, wie Organismen wichtige Entwicklungsentscheidungen kontrollieren. Sie zeigt, dass Braunalgen, im Gegensatz zu Pflanzen und Tieren, Übergänge in ihrem Lebenszyklus mithilfe eines einzelnen AGO-Proteins und dessen minimalistischen, aber ausgefeilten Interaktionen mit small RNAs steuern. Indem sie zeigt, wie Braunalgen ihre Lebenszyklen mit einem so schlichten System meistern, eröffnet die Studie neue Perspektiven darauf, wie verschiedene Lebensformen grundlegende biologische Probleme lösen. Sie hebt außerdem Algen – oft übersehene Organismen – als leistungsfähiges Modell zum Verständnis von Evolution, Entwicklung und Fortpflanzung hervor.

Manchmal, wie es scheint, ist weniger tatsächlich mehr.

Max-Planck-Institut für Biologie

Originalpublikation:

V. Bukhanets, R.A. Batista, F.B. Haas, R. Luthringer, J. Kushkush, M. Zheng, K. Hipp, V. Alva, C. Martinho, & S.M. Coelho, Germline fate determination by a single ARGONAUTE protein in Ectocarpus, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (5) e2518712123, https://doi.org/10.1073/pnas.2518712123 (2026)