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Nur ein Viertel der kolumbianischen Schutzgebiete schützt Süßwasserfische effektiv

Wed, 01 Apr 2026 12:49:01 +0200

Das Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) untersuchte die geografische Verbreitung von 1.313 Süßwasserfischarten in 38.000 Gewässerabschnitten der Flüsse Kolumbiens. Sie verglichen diese Daten mit den bestehenden Schutzgebieten, die auf den Schutz aller Tierarten abzielen. Dabei stellten sie fest, dass die für den effektiven Schutz der Fischarten erforderliche Fläche zwar ähnlich groß ist wie die der bestehenden Schutzgebiete, jedoch eine erhebliche räumliche Diskrepanz besteht: Die optimalen Schutzgebiete und die aktuellen Schutzgebiete überlappen nur zu 25 Prozent.

„Diese Kluft macht deutlich, wie wichtig es sein kann, bestehende Schutzstrategien zu überarbeiten, um die Süßwasser-Biodiversität effektiver zu bewahren“, sagt Thomas Tomiczek, Erstautor der Studie und Forscher am IGB.

Besonders wichtig wäre ein Schutzstatus der oberen Abschnitte des Orinoco-Flusses, der mit 964 Fischarten ebenso artenreich wie der kolumbianische Teil des Amazonas ist, jedoch mehr endemische Fische beherbergt. Endemische Arten sind solche, die ausschließlich in einem bestimmten Gebiet vorkommen. Viele endemische und bedrohte Arten leben außerdem in den Becken von Magdalena-Cauca und Pazifik-Chocó, weshalb sie in den neu definierten Prioritätsgebieten mit großen Flächenanteilen vertreten sind.
Die Studie identifizierte lediglich ein Flussgebiet mit einer hohen Überlappung (72 Prozent) zwischen bestehendem Schutzstatus und priorisiertem Schutzgebiet: den Rio Bita im Nordosten Kolumbiens an der Grenze zu Venezuela, der seit 2018 unter Schutz steht. Insgesamt kommen die Forschenden zu dem Schluss, dass es wichtig wäre, mehr Quellflüsse zu schützen, da sie besonders sensibel auf Umweltveränderungen reagieren und essenzielle Funktionen für das gesamte Flussnetzwerk besitzen. Zudem sollten kleinere Nebenflüsse von großen Strömen berücksichtigt werden, da sie bei Überflutungen gemeinsam ein Mosaik aus verschiedenen Lebensräumen bieten können.

Diskrepanz der Schutzgebiete zeigt sich auch für andere Tiergruppen:

Die Diskrepanz zwischen Biodiversitäts-Hotspots und geschützten Gebieten in Kolumbien wurde in anderen Studien auch für Säugetiere, Vögel, Amphibien und Reptilien dokumentiert.

„Solche Erkenntnisse können daher ein Leitfaden sein, Gebiete mit hohem ökologischem Wert und geringer menschlicher Belastung in zukünftige Schutzstrategien zu integrieren, um möglichst viele Tierarten an Land und im Wasser zu schützen“, sagt Dr. Sami Domisch, Wissenschaftler am IGB und Leiter der Studie.

Eine andere Studie zu den Flüssen Europas zeichnet ähnliches Bild:

Die Ergebnisse der Studie fügen sich in das Bild, das eine Studie in Nature Communications unter Leitung der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung zeichnet. An dieser Studie war auch das IGB beteiligt. Das internationale Team analysierte darin über 1.700 Flussstandorte in zehn europäischen Ländern über fast vier Jahrzehnte. Die Ergebnisse zeigen, dass Schutzgebiete oft nicht ausreichen, um die Biodiversität und Wasserqualität signifikant zu steigern, weil sie oft für Landökosysteme ausgewiesen wurden.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Originalpublikation:

Tomiczek, T., J.García Márquez, R.Arlinghaus, and S.Domisch. 2026. “The Spatial Discrepancy Between Colombian Freshwater Fish Suitable Habitats and Existing Protected Areas.” Diversity and Distributions32, no. 3: e70168. https://doi.org/10.1111/ddi.70168.

Vegetationsmuster und Ökosystem-Resilienz: Beziehungsstatus „kompliziert“

Wed, 01 Apr 2026 12:16:58 +0200

Ökosysteme – von Korallenriffen über Tropenwälder bis hin zu Trockengebieten – können abrupte und mitunter irreversible Veränderungen durchlaufen, sobald kritische Schwellenwerte überschritten werden. Solche Regimewechsel haben meist tiefgreifende ökologische, soziale und wirtschaftliche Folgen. Die globale Erwärmung und andere vom Menschen verursachte Belastungen erhöhen die Wahrscheinlichkeit solcher Regimewechsel, weshalb es immer dringlicher wird, zu verstehen, wie und wann diese Übergänge stattfinden.

Für dieses Verständnis ist die räumliche Dynamik von entscheidender Bedeutung. Viele Ökosysteme organisieren sich in charakteristischen räumlichen Mustern, und dank der Fortschritte bei der Satelliten- und Luftbeobachtung können Forscher*innen diese Strukturen heute besser als je zuvor erfassen. Dennoch bleibt es schwierig, allein anhand von Beobachtungen zu interpretieren, was solche Muster über die Stabilität von Ökosystemen aussagen, sagt Dr. Martinez-Garcia: „Veränderungen in räumlichen Mustern vollziehen sich über mehrere Jahrzehnte hinweg und oft über Hunderte von Kilometern. Trotz der wachsenden Menge an Beobachtungsdaten sind theoretische Modelle der Schlüssel für das Verständnis, wie räumliche Dynamiken die ökologische Stabilität beeinflussen.“ Martinez-Garcia leitet die Gruppe „Dynamik komplexer lebender Systeme“ am CASUS, die mathematische, computergestützte und datenanalytische Werkzeuge kombiniert, um die Entstehung ökologischer Muster und Dynamiken über verschiedene Größenordnungen hinweg zu verstehen.

Auf dem Weg zur Wüste – oder vielleicht doch nicht?

Die Wüstenbildung ist eines der am intensivsten untersuchten Beispiele für ökologische Kipppunkte. In ariden Umgebungen, die durch geringe oder gar keine Niederschläge und allgemein fast keine Wasserverfügbarkeit gekennzeichnet sind, ordnet sich die Vegetation mit zunehmendem Umweltstress häufig in streifen- oder fleckenartigen Mustern neu an. Diese Beziehung zwischen Umweltstress und Musterbildung lässt vermuten, dass diese Muster entstehen, wenn Pflanzen ihre Wassernutzung optimieren. Lange Zeit galten diese Muster als eine Reaktion auf zunehmende Trockenheit. Verschwinden können die Muster auf zwei Wegen: Entweder kehrt die geschlossene Vegetationsdecke unter weniger trockenen Bedingungen zurück oder, nachdem der ökologische Kipppunkt überschritten wurde, die Vegetation verschwindet vollständig und eine Wüste entsteht. Neuere Studien deuteten dann darauf hin, dass diese Muster in bestimmten Szenarien einen Ausweg für Trockengebiete bieten könnten, funktionsfähig zu bleiben – selbst bei Trockenheitsgraden, die jenseits des Kipppunkts liegen. Das Ergebnis dieser theoretischen Modelle: Ökosysteme mit Vegetationsmustern könnten härteren Bedingungen standhalten und einen Zusammenbruch verzögern oder sogar verhindern.

„Die Studien, die das Konzept der Kollapsvermeidung vorbringen, stützen sich auf stark vereinfachte Modelle. Sie berücksichtigen nicht die für reale Ökosysteme charakteristischen räumlichen Einschränkungen und ökologischen Heterogenitäten“, sagt Dr. Pinto-Ramos, Hauptautor der Studie und Postdoktorand in der Gruppe von Martinez-Garcia. „Diese Forschungslücke wollten wir schließen.“

Ausgangslage geändert: keine perfekte räumliche Symmetrie mehr

Der vom CASUS-Team in PNAS vorgestellte theoretische Rahmen berücksichtigt wesentliche räumliche Merkmale realer Ökosysteme. Bisher nahmen Modelle an, dass Ökosysteme unendlich groß und ökologisch homogen seien. Im Gegensatz dazu berücksichtigt das neue Modell die begrenzte räumliche Ausdehnung bewachsener Gebiete, einschließlich ihrer Schnittstellen zur angrenzenden Wüste, sowie ökologische Uneinheitlichkeiten, die zu gerichteten Wechselwirkungen zwischen Vegetationsinseln führen können. „Schnittstellen zwischen bewachsenen Regionen und Wüsten sind entscheidend, da sie durch die räumliche Ausbreitung von Wüstenbildungswellen einen Zusammenbruch des Ökosystems auslösen können“, erklärt Pinto-Ramos. „Gleichzeitig beeinflussen Landschaftsmerkmale wie Hügel und Senken die Wasserverteilung nach Regenfällen. Indem wir keine perfekte räumliche Symmetrie mehr annehmen, erfasst unser Modell wesentliche Prozesse der realen Dynamik in Trockengebieten.“

Das verbesserte Modell zeigt, dass Vegetationsmuster keine allgemeingültige ökologische Bedeutung haben. Vielmehr hängen ihre Auswirkungen auf die Ökosystemstabilität davon ab, wie räumliche Prozesse unter bestimmten Umweltbedingungen ablaufen. „Wir stellen fest, dass der räumliche Kontext die Interpretation dieser Muster grundlegend verändert“, sagt Martinez-Garcia. „Wenn beispielsweise Umweltgradienten wie Hangneigungen sanft verlaufen, kann ein Vegetationsmuster die Widerstandsfähigkeit des Ökosystems gegenüber Dürre erhöhen. Sind diese Gradienten jedoch stark ausgeprägt, kann dasselbe Muster stattdessen auf eine erhöhte Zusammenbruchgefahr hindeuten.“ Wenn, wie aus diesen theoretischen Berechnungen hervorgeht, in einem fleckig strukturierten Trockengebiet starke Umweltgradienten wie steile Hänge oder ein beständiger Wind aus einer Richtung zu beobachten sind, kann bereits eine geringe Zunahme der Trockenheit rasch zu einem Zusammenbruch des Ökosystems und zur Entstehung einer Wüste führen.

Wirklichkeit in ihrer ganzen Fülle einfangen

Eine offene Aufgabe für die Zukunft besteht darin, die Bedeutung dieses Mechanismus der Wüstenbildung in der Natur zu quantifizieren. „Hoffentlich bewegt unser Ergebnis Fachleute dazu, ihre Daten noch einmal unter die Lupe zu nehmen. Wir sind zuversichtlich, dass bisher schwer erklärbare, rasche Wüstenbildungsereignisse mit einem oder mehreren starken Umweltgradienten in Verbindung gebracht werden können“, sagt Martinez-Garcia. Dennoch sind Pinto-Ramos und er sich bewusst, dass ihr neues Modell die Realität noch nicht vollständig erfasst. Daher arbeiten sie derzeit daran, weitere relevante topografische, Wasser- und Winddaten in ihre Modelle zu integrieren. Martinez-Garcia: „Trockengebiete sind äußerst komplexe Systeme. Selbst wenn man sie auf kleinen regionalen Maßstäben untersucht, gibt es eine Vielzahl von Variablen, die berücksichtigt werden müssen. Angesichts der globalen Veränderungen, denen wir gegenüberstehen, gibt es keine Ausrede: Wir brauchen ausgefeiltere Modelle, die mit verschiedenen Arten von Daten interagieren können, um die Wüstenbildung wirksam zu bekämpfen.“

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Originalpublikation:

D. Pinto-Ramos, R. Martinez-Garcia: How spatial patterns can lead to less resilient ecosystems, in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2026 (DOI: 10.1073/pnas.2511994123) https://doi.org/10.1073/pnas.2511994123

Europas verborgene Pracht: Forschende präsentieren erstmals fossilen Schillerfalter

Wed, 01 Apr 2026 11:08:39 +0200

Schmetterlingsfossilien sind selten – und Funde mit erhaltenen, feinen anatomischen Details und Flügelmustern sind eine absolute Ausnahme. Ein internationales Forschungsteam aus Schweden, den USA und Deutschland unter der Leitung von Dr. Hossein Rajaei, Schmetterlingsforscher am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart, und mit Beteiligung von Prof. Dr. Torsten Wappler vom Hessischen Landesmuseum Darmstadt hat nun ein rund 34 bis 28 Millionen Jahre altes, außergewöhnlich gut erhaltenes Schmetterlingsfossil beschrieben. Der Fund stammt aus dem frühen Oligozän von Céreste in Südfrankreich. Das Exemplar, das einer neuen Gattung und der neu beschriebenen Art Apaturoides monikae angehört, ist ein Schlüsselfund für die Evolutionsforschung der Schmetterlinge. Es ist zudem das erste Fossil, das eindeutig der Unterfamilie der Schillerfalter (Familie der Edelfalter) zugeordnet werden kann.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Acta Palaeontologica Polonica veröffentlicht.

Ein besonderer Einblick in die frühe Schmetterlingsevolution:
Schmetterlinge zählen heute zu den am besten erforschten Insekten, doch ihre fossile Überlieferung ist lückenhaft. Viele bisher gemeldete „Schmetterlingsfossilien“ lassen sich nicht eindeutig zuordnen, und gut erhaltene Funde, die als Ankerpunkte für evolutionäre Zeitachsen dienen könnten, sind äußerst selten.

„Beim Fossil von Apaturoides monikae aus Céreste sind der Großteil des rechten Flügels sowie große Teile der linken Flügel mit vollständiger Flügeladerung und deutlich erkennbaren Flügelmustern, darunter Augenflecken, erhalten. Kopf und Thorax sind von beiden Seiten sichtbar, und auch ein Großteil des Abdomens blieb erhalten. Diese außergewöhnlichen Merkmale ermöglichen eine präzise Einordnung in den Stammbaum der Schmetterlinge“, erklärt Hossein Rajaei, Erstautor der Studie.

Für die Forschenden ein Schlüsselfund:
Molekulargenetische Untersuchungen gehen davon aus, dass sich die Hauptlinien der Edelfalter zur selben Zeit, aus der dieses Fossil stammt, aufgespalten haben. Da das nun beschriebene Exemplar datiert und sicher bestimmt ist, liefert es einen wichtigen Mindestalter-Ankerpunkt für evolutionäre Analysen und hilft, fossile Nachweise mit molekularen „Uhr“-Schätzungen abzugleichen.

„Dieser Fossilienfund legt nahe, dass die Apatura-Linie entweder älter ist, als es molekulare Analysen vermuten lassen, oder dass heutige Apatura-Arten Merkmale ihrer Vorfahren über lange Zeiträume hinweg bewahrt haben. In jedem Fall liefert der Fund eine wichtige empirische Grundlage, um besser zu verstehen, wann und wie sich die wichtigsten Schmetterlingsgruppen entwickelt und diversifiziert haben“, so Hossein Rajaei.

Neue Gattung und Art: Apaturoides monikae
Ein detaillierter Vergleich mit allen bekannten Gattungen der Apaturinae zeigt, dass das Fossil eine ausgestorbene Linie repräsentiert, die der heute in der Paläarktis verbreiteten Gattung Apatura am ähnlichsten ist. Der neue Gattungsname Apaturoides spiegelt diese Verwandtschaft wider. Das Fossil wurde bereits 1979 von Herbert Lutz aus den laminierten, süßwasserbildenden Kalksteinen der Campagne-Calavon-Formation geborgen. Diese Fundstätte in der Region Lubéron ist heute geschützt. Der Artname monikae ehrt Monika Lutz-Scholz, die Ehefrau des Entdeckers.

Vom Fossil zu aktuellen Fragen der Biodiversität:
Die Ablagerungen von Céreste (Alpes-de-Haute-Provence) in Südfrankreich sind für ihr breites Spektrum konservierter Organismen bekannt, doch Schmetterlingsfossilien bleiben selbst dort eine große Seltenheit. „Dieser Fund unterstreicht die Bedeutung geschützter Fossillagerstätten sowie den bleibenden Wert von Museumssammlungen und historischen Entdeckungen, die meist erst nach Jahrzehnten erkannt werden und durch neue Analysen wichtige wissenschaftliche Ergebnisse liefern“, so Torsten Wappler.

Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart

Originalpublikation:

Hossein Rajaei, Torsten Wappler, Rienk De Jong, Niklas Wahlberg, and Michael S. Engel: Exceptionally preserved Oligocene emperor butterfly from France provides a new calibration point for Apaturinae evolution, Acta Palaeontologica Polonica 71 (1), 2026: 185-191 doi:10.4202/app.01332.2026, http://doi.org/10.4202/app.01332.2026

Die Evolution bestimmt das Tempo des Alterns: Neue Software für Alternssimulationen

Wed, 01 Apr 2026 10:32:20 +0200

Das Altern ist keine feststehende Eigenschaft des Lebens. Innerhalb des Stammbaums des Lebens unterscheiden sich die Arten erheblich darin, wann sie zu altern beginnen, wie schnell sie altern und wie lange sie leben. Zu verstehen, welche evolutionären Faktoren diese Vielfalt verursacht haben, ist eine der grundlegendsten offenen Fragen der Biologie.

Die Herausforderung, Evolutionsprozesse in Echtzeit zu untersuchen

Experimente in freier Wildbahn sind langwierig und schwer zu wiederholen; Laborexperimente zur Evolution dauern Jahre. Doch die Evolution lässt sich nun in silico simulieren – also mit Hilfe von Computermodellen und Simulationen - im großen Maßstab und in der Geschwindigkeit eines Laptop-Prozessors.

AEGIS (Aging of Evolving Genomes In Silico) ist ein plattformübergreifendes, Individuen-basiertes Simulationsprogramm, das von Forschenden im Valenzano-Labor am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena entwickelt wurde. Es simuliert Populationen virtueller Individuen, von denen jedes ein vererbbares Genom trägt, das altersspezifische Überlebens- und Fortpflanzungswahrscheinlichkeit bestimmt. Anders als bei herkömmlichen Modellen, die auf vorgegebenen Gleichungen basieren, erlaubt AEGIS, dass Altern, Lebensdauer und demografische Muster als Ergebnis evolutionärer Prozesse unter benutzerdefinierten Bedingungen von unten nach oben entstehen zu lassen.

Externe Einflüsse wie Raubtiere, Parasiten, Hunger oder saisonaler abiotischer Stress können individuell konfiguriert werden. Weitere modifizierbare Parameter sind unter anderem: sexuelle und asexuelle Fortpflanzung, überlappende und nicht überlappende Generationen sowie variierende Mutationsraten in der Keimbahn.

AEGIS bietet eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche, einen Webserver für Anwender ohne lokale Installation, integrierte Darstellungs- und Analysefunktionen sowie eine umfassende Dokumentation, die Forschenden mit unterschiedlichem technischen Hintergrund den Zugang erleichtert.

Simulation der Evolution in silico

„AEGIS wurde entwickelt, um Experimente in silico durchzuführen. Forschende können mit dessen Hilfe virtuelle Organismenpopulationen oder sogar einzelne Zellen sich genetisch entwickeln lassen - unter verschiedenen Selektionsdrücken sowie unterschiedlichen Umwelt- und Nischenbedingungen,“ erklärt Prof. Dario Riccardo Valenzano, Wissenschaftlicher Direktor am FLI und leitender Autor der Publikation.

Die einfachen Regeln hinter der Komplexität des Alterns

Die Kernaussage der Studie ist ebenso eindrucksvoll wie einfach: In einer Population von Individuen, die sich vermehren, mutieren und Erbgutmodule tragen, die ihre altersspezifischen Überlebens- und Fortpflanzungschancen beeinflussen, setzt der Alternsprozess mit Beginn der Geschlechtsreife automatisch ein. Ein spezielles „Alternsprogramm“ oder ein besonderer molekularer Mechanismus ist dafür nicht erforderlich. Altern ist kein biologisches Rätsel, für das eine neue Erklärung gesucht werden müsste – es ist die logische Konsequenz der grundlegenden Regeln der erblichen Variation unter alternsstrukturierter Selektion. Eine Vorhersage, die bereits 1966 von Hamilton mathematisch formuliert wurde und die nun mithilfe von AEGIS direkt beobachtet und experimentell untersucht werden kann.

„AEGIS zeigt, dass mit wenigen einfachen Bestandteilen – Replikation, Mutation und sich entwickelnden Genmodulen, die Überleben und Fortpflanzung in bestimmten Altersstufen beeinflussen – nach der Geschlechtsreife das Altern unvermeidlich entsteht“, sagt Prof. Dario Riccardo Valenzano. „Kein großes Rätsel. Nur eine Folge der grundlegenden evolutionären Prinzipien.“

Reproduktion und Erweiterung klassischer Experimente

Eine zentrale Erkenntnis der Studie ist die computergestützte Nachbildung des klassischen Experiments von Rose (1984) mit der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster). In diesem Experiment entwickelten Fliegenpopulationen, die so selektiert wurden, dass sie sich erst spät im Leben fortpflanzten, über mehrere Generationen hinweg eine verlängerte Lebensdauer.

AEGIS bestätigt dieses Ergebnis und erweitert es: Denn werden die weiterentwickelten Populationen anschließend in eine simulierte, wildtypähnliche naturnahe Umgebung mit hoher äußerer Sterblichkeit versetzt, dann verschwindet ihr Vorteil in der Lebensdauer nahezu vollständig.

Dies entspricht theoretischen Vorhersagen, wonach eine verzögerte Seneszenz unter hohen natürlichen Gefahren kaum entstehen kann. AEGIS zeigt damit nicht nur, dass bereits bekannte Ergebnisse reproduziert werden können, sondern ermöglicht es auch, deren Randbedingungen zu untersuchen und daraus neue Erkenntnisse zu gewinnen, die experimentell nur schwer oder gar nicht überprüfbar wären.

Ein Tool für zugängliche und skalierbare Forschung

Über spezifische Experimente hinaus liefert AEGIS umfassende demografische, phänotypische und genotypische Daten, die populationsgenetische Analysen unterstützen – zum Beispiel Standortfrequenzspektren oder Veränderungen von Allelfrequenzen über die Zeit – und ermöglicht so, genetisch bedingte Todesursachen von umweltbedingten Einflüssen zu unterscheiden. Phänomene, wie die Abflachung der Sterberate im hohen Alter oder die rechteckartige Form von Überlebenskurven, entstehen dabei automatisch aus den Simulationen, ohne dass sie zuvor als Annahmen festgelegt werden.

„Mit AEGIS lassen sich Experimente direkt auf dem Laptop durchführen und große Datenmengen generieren“, erläutert Prof. Valenzano. „Dieses Tool kommt zu einer Zeit, in der die Systembiologie und Datenwissenschaft zunehmend Teil der Lehrpläne zur Biologie des Alterns werden. Wir freuen uns, dass AEGIS nun verfügbar ist, und darauf, dass es von einer wachsenden Zahl von Forschenden genutzt wird, um zu untersuchen, wie die Evolution die Lebensdauer und das Altern prägt.“

Die Veröffentlichung ist das Ergebnis jahrelanger Teamarbeit über mehrere Generationen von Labormitgliedern hinweg. Den ersten Impuls für das Projekt gab Arian Šajina, ein Praktikant aus der Oberstufe, der grundlegende konzeptionelle und softwarebezogene Beiträge leistete. Wichtige methodische und rechnerische Arbeiten wurden anschließend von Will Bradshaw, einem ehemaligen Doktoranden der Gruppe, umgesetzt. Der Hauptautor der Studie, Martin Bagic, ebenfalls ein ehemaliger Doktorand im Valenzano-Labor, brachte das Projekt zum Abschluss und leitete die formale Analyse, Validierung, Visualisierung und das Verfassen des Manuskripts, das nun schließlich veröffentlicht wurde.

AEGIS ist frei verfügbar unter https://github.com/valenzano-lab/aegis

Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut

Originalpublikation:

Bagic M, Šajina A, Bradshaw WJ, Valenzano DR: AEGIS: Individual-based modeling of life history evolution, PLoS Comput Biol. 2026, 22(3), e1014109.
DOI 10.1371/journal.pcbi.1014109. https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1014109

Genetisch veränderte Weißbüschelaffen als Modell menschlicher Taubheit

Wed, 01 Apr 2026 10:09:03 +0200

Hörverlust ist eine der häufigsten angeborenen Sinnesstörungen beim Menschen. Eine wichtige Ursache ist ein Defekt im OTOF-Gen. Dieses Gen sorgt dafür, dass in unserem Innenohr das Eiweiß Otoferlin gebildet wird. Dieses ist nötig, damit Schallsignale von den Hörzellen an den Hörnerv weitergegeben werden. Fehlt es, funktioniert zwar das Ohr äußerlich noch – aber die Signale kommen im Gehirn nicht an.

Genetisch veränderte Weißbüschelaffen
Das Göttinger Forschungsteam hat befruchtete Eizellen des Weißbüschelaffen mit der Genschere CRISPR/Cas9 präzise genetisch so verändert, dass das OTOF-Gen in den aus den veränderten Eizellen entstandenen Tieren funktionsunfähig war. Die genetisch veränderten Embryos wurden dann einer Leihmutter eingesetzt. Die geborenen Tiere entwickelten sich normal, sie waren jedoch von Geburt an taub. Untersuchungen des Hörens mittels elektrophysiologischer Methoden, ähnlich einem EEG, wiesen eine Taubheit nach, wie sie auch bei Patient*innen mit einem Defekt des OTOF-Gens beobachtet wird. Das Fehlen von Otoferlin in den inneren Haarzellen bestätigte den genetischen Knockout zusätzlich.

Ein entscheidender Schritt für neue Therapien
„Mit den OTOF-Knockout-Weißbüschelaffen haben wir erstmals ein Primatenmodell, das die menschliche OTOF-bedingte Schwerhörigkeit sehr realitätsnah abbildet“, sagt Tobias Moser, Direktor des Instituts für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen. „Damit gewinnen wir ein entscheidendes Werkzeug, um neue Therapien gezielter, sicherer und mit Blick auf ihre Langzeitwirkung weiterzuentwickeln.“
Das neue Modell schließt eine wichtige Lücke zwischen Mausmodellen, Zellkultursystemen und klinischer Anwendung. Es ermöglicht Untersuchungen unter Bedingungen, die der menschlichen Hörentwicklung und -physiologie deutlich näherkommen als bisherige Systeme. Gerade für die Weiterentwicklung neuartiger Innenohrtherapien ist dies von großer Bedeutung.

Komplexe Forschung im interdisziplinären Verbund
„Die Erzeugung genetisch präzise veränderter Primaten ist reproduktions- und molekularbiologisch außerordentlich anspruchsvoll. Dass uns dies für OTOF im Weißbüschelaffen gelungen ist, zeigt, was möglich wird, wenn Reproduktionsbiologie, Genomeditierung sowie bio- und tiermedizinische Forschung eng verzahnt zusammenarbeiten“, sagt Rüdiger Behr, Leiter der Plattform Stammzell- und Regenerationsbiologie am Deutschen Primatenzentrum.

Möglich wurde das Projekt durch die enge interdisziplinäre Zusammenarbeit von Wissenschaftler*innen des Deutschen Primatenzentrums (DPZ), der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und des Max-Planck-Instituts für Multidisziplinäre Naturwissenschaften (MPI-Nat).

Perspektiven für die Medizin der Zukunft
Das neue Modell schafft eine wichtige Grundlage, um Gentherapien und andere innovative Ansätze zur Behandlung von Hörstörungen weiterzuentwickeln. Ziel ist es, deren Sicherheit, Wirksamkeit und Langzeitstabilität besser zu verstehen. Darüber hinaus eröffnet die präzise genetische Modifikation von Weißbüschelaffen neue Möglichkeiten, weitere Krankheitsmodelle zu entwickeln – und damit Therapien für bislang unheilbare Erkrankungen voranzubringen.

„Für die translationale Forschung ist dieses Modell ein großer Schritt“, sagt Marcus Jeschke, Professor am Deutschen Primatenzentrum und an der Universitätsmedizin Göttingen. „Es eröffnet die Chance, OTOF-Gentherapien und optogenetische Cochlea-Implantate unter Bedingungen zu prüfen und zu optimieren, die dem menschlichen Hören deutlich näherkommen als bisherige Modelle.“

Gefördert wurde die Arbeit durch das Leibniz-Kooperative Exzellenz Programm, den DFG-Exzellenzcluster MBExC, den DFG Sonderforschungsbereich 1690 sowie das Else Kröner Fresenius Zentrum für Optogenetische Therapien.

Deutsches Primatenzentrum GmbH

Originalpublikation:

Kahland, T., Lindenwald, D.L., Jeschke, M. et al. Generation of marmoset monkeys with a non-mosaic disruption of the OTOF gene as a model of human deafness. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71047-1

Mehr Schutz für Haie, Aale und Sturmvögel

Wed, 01 Apr 2026 09:20:00 +0200

In Brasilien hat die Weltgemeinschaft bei der 15. Konferenz des Übereinkommens zur Erhaltung wandernder Tierarten 40 bedrohte wandernde Tierarten unter Schutz gestellt. Die einzige wandernde Eulenart in Europa, die Schneeeule (Bubo scandiacus), unterliegt nun dem Schutz der Konvention und im konkreten sollen Gefährdungsursachen bekämpft und die Habitate besser verbunden werden. Ein großer Erfolg der Konferenz war die Unterschutzstellung von 21 Sturmtaucher- und Sturmvogelarten. Diese sind überwiegend auf dem offenen Meer oder während der Brut auf einsamen Inseln anzutreffen. Im marinen Bereich, für den sich Deutschland seit Jahren engagiert, wurden wichtige Fortschritte erzielt: es profitieren nun auch der Bogenstirn-Hammerhai (Sphyrna lewini), der Großer Hammerhai (Sphyrna mokarran) und mehrere Fuchshaie (Alopias spec.) von der strengsten Schutzkategorie. Fänge auch dieser Arten sind damit für die Vertragsparteien verboten. Die nächste Konferenz wird 2029 in Bonn stattfinden. Damit wird Bonn im 50. Jubiläumsjahr der „Bonner Konvention“ erneut zum globalen Treffpunkt des Schutzes der wandernden Tierarten und die Weltgemeinschaft kehrt dann dorthin zurück, wo 1979 alles begann – in die UN-Stadt Bonn.

Bundesumweltminister Carsten Schneider: „Die Konferenz zum Schutz wandernder Tierarten kommt nach Hause. Wir freuen uns sehr, dass die Vertragsstaaten auf unsere Initiative hin beschlossen haben, die nächste Vertragsstaatenkonferenz 2029 in Bonn abzuhalten - an jenem Ort, an dem die Konvention 1979 unterzeichnet wurde. Den 50jährigen Geburtstag der „Bonner Konvention" in genau dieser Stadt feiern zu können, ist ein schönes Symbol für die besondere Verbundenheit Deutschlands, Zugvögel, Meeresschildkröten, Haie, Großkatzen und andere wandernde Tierarten vor dem Aussterben zu schützen. Dass die Weltgemeinschaft dann schon ein halbes Jahrhundert gemeinsam im Einsatz sein wird, macht Mut für die weitere Zusammenarbeit."

Für die Populationen des Hundshai (Galeorhinus galeus) im Mittelmeer und Nordostatlantik wurde ein internationaler Aktionsplan beschlossen. Der Aktionsplan beinhaltet unter anderem Maßnahmen zum nachhaltigen Fischereimanagement. Da der Nachwuchs des Hundshais auch im deutschen Wattenmeer anzutreffen ist, ist auch Deutschland hier direkt verantwortlich.

Zudem beschloss die Konferenz ein Anlandeverbot versehentlicher Fänge für alle strengst geschützten Arten. Das versehentliche Fangen von Arten beider Schutzkategorien soll vermieden werden.
Der neue internationale Aktionsplan zum Schutz des stark bedrohten Europäischen Aals (Anguilla anguilla) fordert u.a. alle Staaten mit Vorkommen der Art dazu auf, Maßnahmen zu ergreifen, damit die Aalfischerei im Einklang mit wissenschaftlichen Empfehlungen zur nachhaltigen Nutzung steht.

Die Vertragsparteien stärkten darüber hinaus den Schutz von Zugvögeln, indem sie eine Initiative gegen illegale und nicht nachhaltige Entnahme ins Leben riefen. Die Initiative fördert insbesondere die weltweite Zusammenarbeit und den Daten- sowie Wissensaustausch.

Der im Vorfeld der 15. Konferenz veröffentlichte Zwischenbericht des Globalen Berichts zum Zustand wandernder Arten verdeutlicht, wie dringend die Tierarten stärkeren Schutz und internationale Zusammenarbeit benötigen. Der Zustand hat sich bei fast der Hälfte der geschützten Arten weiter verschlechtert. Ein Viertel ist vom Aussterben bedroht. Hauptgründe sind die anhaltenden Habitatverluste und -verschlechterung, Unterbrechung der Zugwege sowie nicht nachhaltige Bejagung und Befischung.

Während der Konferenz wurde die Internationale Naturschutzakademie am Bundesamt für Naturschutz für ihr jahrelanges Engagement zum Schutz der wandernden Tierarten in der Zentralasiatischen Säugetierinitiative (Central Asia Mammals Initiative - CAMI) geehrt. Unter CAMI werden die Schutzbedürfnisse von 17 Arten in Zentralasien adressiert. Die Initiative bringt die Staaten mit Vorkommen dieser Art zusammen um gemeinsam die grenzüberschreitende Umsetzung von Artenschutzmaßnahmen voranzubringen.

Bundesministerium für Umwelt, Klimaschutz, Naturschutz und nukleare Sicherheit

Agrarproduktion ist Hauptursache für verheerende Waldbrände in Südamerikas Trockenwäldern

Tue, 31 Mar 2026 11:39:12 +0200

Jedes Jahr brennen riesige Waldflächen im südamerikanischen Chaco, einer tropischen Trockenwaldregion, die sich über die Länder Argentinien, Bolivien und Paraguay erstreckt und nach dem Amazonas die zweitgrößte Waldregion auf dem Kontinent bildet. Die zunehmenden Brände in Südamerikas Wäldern wurden bisher oft dem Klimawandel und den zunehmenden extremen Dürren zugeschrieben. Dies widerlegt nun eine in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlichte Studie, die von Wissenschaftler*innen der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) in Zusammenarbeit mit Partner*innen aus Bolivien und Argentinien erstellt wurde.

Rekonstruktion der Feuergeschichte mit Satellitenbildern

Mittels rund 175.000 Satellitenbilder rekonstruierten sie die Feuergeschichte in der Chaco-Region und fanden heraus, dass auf zwei Dritteln der Fläche seit 1985 mindestens einmal ein Feuer ausgebrochen ist. In Dürrejahren brennt der Wald öfter, jedoch kann die Studie einen engen Zusammenhang zwischen Feuern und Agrarproduktion zeigen: In Trockenjahren werden besonders viele Wälder für den Anbau von Soja und die Ausweitung der industrialisierten Rinderzucht gerodet, und die anschließende Bewirtschaftung dieser Flächen führt in trockenen Jahren oft dazu, dass Feuer ausbrechen. Das Ergebnis ist gesellschaftlich relevant, da die Brände massive Mengen an Treibhausgasen freisetzen und die biologische Vielfalt sowie die Lebensgrundlagen Indigener Gemeinschaften bedrohen.

Besondere Bedeutung gewinnen die Erkenntnisse auch im Hinblick auf die neue EU-Verordnung für entwaldungsfreie Lieferketten (EUDR), die für große Unternehmen ab dem 30. Dezember 2026 gelten wird. Die EUDR schreibt unternehmerische Sorgfaltspflichten für sieben Rohstoffe und daraus hergestellte Erzeugnisse vor. Demnach dürfen Rohstoffe wie Soja und Rindfleisch nicht auf Flächen erzeugt worden sein, die nach dem 31. Dezember 2020 entwaldet wurden.

Da der Chaco ein globaler Hotspot für die Produktion von Exportgütern wie Soja und Rindfleisch ist, liefert die Studie die wissenschaftliche Grundlage, um die Einhaltung solcher Regulierungen zu überwachen, und zeigt, dass strengere Abholzungsverbote und ein verbessertes Feuermanagement unerlässlich sind, um die ökologischen Kosten der landwirtschaftlichen Expansion zu begrenzen.

Feuerdynamiken im Chaco sind kein natürliches Phänomen

„Wenn man auf die Satellitenbilder blickt, sieht man kein natürliches Phänomen, sondern Feuerdynamiken, die eng mit der landschaftlichen Struktur zusammenhängen“, erklärt Dr. Matthias Baumann, Hauptautor der Studie und Senior Scientist am Geographischen Institut der Humboldt-Universität zu Berlin. „Unsere Daten zeigen deutlich, dass Dürreperioden oft als günstiges Zeitfenster genutzt werden, um Land billig mit Hilfe von Feuer zu roden. Das Feuer ist also ein Werkzeug der Landwirtschaft.“

Prof. Dr. Tobias Kümmerle, Professor am Geographischen Institut der Humboldt-Universität zu Berlin und Projektleiter des vom European Research Council (ERC) geförderten Projektes SystemShift, in dessen Kontext die Studie entstand, ergänzt: „Die Vorstellung, dass der Wald einfach von selbst in Flammen aufgeht, weil es trockener wird, greift zu kurz. Klimawandel und Landnutzungswandel wirken gemeinsam: im Chaco brennt es zwar in trockenen Jahren mehr, aber vor allem dort, wo der Mensch den Wald für Soja und Rindfleischproduktion zurückdrängt. Ein Teil dieser Agrarprodukte findet dann seinen Weg zu uns nach Europa.“

„Das gibt uns aber auch Hoffnung“, sagt Oswaldo Maillard, Co-Autor der Studie der für die Bolivianische Stiftung Fundación para la Conservación del Bosque Chiquitano arbeitet. „Wenn Landwirte und Rinderzüchter besseres Feuermanagement betreiben und wir die Landnutzung durch Instrumente wie die EUDR besser steuern, haben wir einen direkten Hebel, um die Feuerkatastrophen zu stoppen“. Die Studie zeige deutlich, dass die zerstörerischen Feuer im Chaco kein unausweichliches Klimaschicksal seien, sondern durch kluge Politik und nachhaltiges Handeln wieder eingedämmt werden können.

Humboldt-Universität zu Berlin

Originalpublikation:

Baumann, M., Maillard, O., Gasparri, I. et al. Fire dynamics in the South American Chaco and their link to agriculture and drought. Nat Sustain (2026). doi.org/10.1038/s41893-026-01793-z

Neue Erkenntnisse zur Regulation der Nahrungsaufnahme bei Säugetieren

Tue, 31 Mar 2026 10:38:46 +0200

Ein internationales Team unter Beteiligung von Forschenden der Universität Leipzig untersuchte die Nahrungsaufnahme im Fadenwurm C. elegans und liefert neue evolutionäre Einblicke in den Regulationsprozess. Dieser Fadenwurm wird in der Forschung oft verwendet, um Entwicklungsprozesse und Genetik zu studieren. Das Besondere an ihm ist, dass er im Gegensatz zu Säugetieren weder das Hormon Leptin noch Leptinrezeptoren zur Nahrungsregulation besitzt. Er reguliert die Nahrungsaufnahme über das endoplasmatische Retikulum – über ein Gleichgewicht zwischen gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren. Aktiviert wir dieser Prozess durch den Stressmelder, den IRE-1-Sensor (Inositol-Requiring Enzyme 1), der in der Zellmembran des ER sitzt und das Verhalten durch neuronales Serotonin und das G-Protein-gekoppelte Ligand/Rezeptor-Paar PDF-1/PDFR-1 steuert – ein Signalpaar, das in der Zellkommunikation hilft, bestimmte Prozesse im Körper zu steuern. Hierdurch werden vergnügungsbezogene (hedonische) Signale, die mit einem Lustempfinden beim Essen verbunden sind, oder homöostatische Signale, die die physiologischen Bedürfnisse des Körpers widerspiegeln, ausgelöst.

Beide Signalarten interagieren, um die Nahrungsaufnahme zu regulieren. Die Studie zeigt, dass dieses System homolog zu den GLP-1/GIP-verwandten Systemen bei Säugetieren ist, die in der Regulierung des Blutzuckerspiegels und der Nahrungsaufnahme eine wichtige Rolle spielen. Das Signalpaar PDF-1/PDFR-1 wirkt dabei zwar nur schwach, aber es hilft beispielsweise bei Mäusen, weniger Gewicht zu haben und ihren Blutzucker besser zu kontrollieren. Das könnte vielversprechend für zukünftige Behandlungen von Übergewicht oder Diabetes sein.

Die Kooperation der Forschenden auf diesem Gebiet wurde im Jahr 2024 initiiert, als Prof. Dr. Ronald Kahn von der Harvard Medical School (USA) und Prof. Dr. Annette Beck-Sickinger von der Universität Leipzig gemeinsam am Internationalen Symposium „Obesity Mechanism“ des Sonderforschungsbereichs 1052 an der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig teilnahmen. Hauptverantwortlich für das Projekt waren Forschende des Joslin Diabetes Centers in Boston und der Harvard University in Cambridge (USA), die das Forschungsprojekt maßgeblich konzipierten und die entscheidenden in vivo-Studien an Fadenwürmern und Mäusen durchführten. Unterstützt wurden sie von mehreren renommierten Universitäten und Forschungsinstituten aus den USA, China und Japan. In Leipzig entwickelte, synthetisierte und testete die Nachwuchswissenschaftlerin Hannah Lentschat in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Annette Beck-Sickinger die untersuchten Peptide, also kleine Eiweißmoleküle, die eine zentrale Rolle bei der Regulation des Stoffwechsels spielen. Zudem führten sie entscheidende in vitro-Versuche durch, die wertvolle Erkenntnisse über die Wirkweise dieser Substanzen lieferten.

Die Ergebnisse der Forschung werden nun im Exzellenzcluster Leipzig Center for Metabolic Research (LeiCeM) weiterverfolgt – einem zentralen Forschungszentrum für Stoffwechselkrankheiten an der Universität Leipzig. Der Sonderforschungsbereich 1423 „Structural Dynamics of GPCR Activation and Signaling“ hat die Kooperation nicht nur fachlich und strukturell unterstützt, sondern auch wesentliche Ressourcen bereitgestellt, insbesondere für die komplexen Peptidsynthesen. „Diese Studie präsentiert ein neues Paradigma für das Verständnis der Appetitregulation in Reaktion auf metabolische Signale. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Nahrungsaufnahme durch ein komplexes Zusammenspiel von vergnügungsbezogenen und physiologischen Signalen gesteuert wird“, sagt Prof. Dr. Annette Beck-Sickinger, Sprecherin des SFB 1423 und eine der Hauptautor:innen der Studie.

Die Forschenden planen, die Ergebnisse in weiteren Studien zu vertiefen, um die genauen molekularen Mechanismen und die evolutionären Parallelen zwischen Fadenwürmern und Säugetieren zu klären. Dies könnte zu neuen Therapien gegen Adipositas und metabolische Störungen führen, die auf der Regulation der Nahrungsaufnahme durch metabolische und neuronale Signale basieren.

Universität Leipzig

Originalpublikation:

F. Zhu et al.: Fatty acid regulation of feeding in Caenorhabditis elegans reveals the potential ancestral origin of a GLP-1-like multiagonist signaling system, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (14) e2530979123, https://doi.org/10.1073/pnas.2530979123 (2026)

It Takes Two: Ungewöhnlicher Zucker-Transport bei Meeresbakterien

Tue, 31 Mar 2026 10:32:38 +0200

Im Mittelpunkt der Studie stehen Fructane – Zuckerketten, die aus vielen Fructose-Bausteinen bestehen. Sie sind in terrestrischen Ökosystemen weit verbreitet. Welche Rolle sie im Meer spielen, ist bislang jedoch kaum untersucht. Das Forschungsteam um die Erstautorin der internationalen Studie, Dr. Marie-Katherin Zühlke vom Institut für Pharmazie, Pharmazeutische Biotechnologie, der Universität Greifswald, konnte nun zeigen, dass Fructane auch im Ozean vorkommen und von bestimmten Bakterien gezielt genutzt werden.

Dabei verwenden marine Gammaproteobakterien als eine weit verbreitete Gruppe von Meeresbakterien einen überraschenden Mechanismus: Für die Aufnahme der Zucker arbeiten zwei Proteine zusammen, um die Stoffe in die Zelle hineinzubefördern. Neben einem Enzym aus der Familie der GH32-Glykosidhydrolasen, das die Fructane in kleinere Zuckerbausteine spaltet, identifizierten die Forschenden außerdem ein glykanbindendes, sogenanntes SusD-ähnliches Protein. Das ist ein Protein, das Zucker an der Zelloberfläche erkennt und bindet. Sie machten auch einen SusC-ähnlichen Transporter aus, also ein Protein, das die Zucker durch die Zellhülle transportiert.

In Bakterien des Phylums Bacteroidota – einer großen Bakteriengruppe, zu der viele Darmbakterien gehören – bilden diese beiden Proteine normalerweise einen Komplex, der große Zuckermoleküle in die Zelle transportiert. In marinen Gammaproteobakterien wurden solche Transportsysteme bislang jedoch nicht beschrieben. Die Analyse zeigt außerdem, dass diese SusC/D-ähnlichen Transporter in marinen Gammaproteobakterien ausschließlich gemeinsam mit Fructan-spezifischen GH32-Enzymen auftreten. „Das deutet darauf hin, dass sich diese Mikroorganismen gezielt auf die Nutzung dieser Zucker spezialisiert haben“, so Zühlke, die als Nachwuchsgruppenleiterin im Sonderforschungsbereich CONCENTRATE die Studie betreut.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass SusC/D-ähnliche Glykan-Transporter nicht ausschließlich dem Phylum Bacteroidota vorbehalten sind“, ergänzt Prof. Dr. Thomas Schweder, Sprecher des TRR 420 CONCENTRAT. Die Daten dieser Studie weisen darauf hin, dass Fructane einen bislang unterschätzten Beitrag zum marinen Glykan-Pool leisten und von spezialisierten mikrobiellen Gemeinschaften im Meer genutzt werden.

Universität Greifswald

Originalpublikation:

Zühlke, M.-K.; Bahr, A.; Bartosik, D.; Solanki, V.; Teune, M.; Welsch, N.; Unfried, F.; Barbeyron, T.; Ficko-Blean, E.; Schoppmeier, P.; Schiller, L.; Busse, N.; Banerjee, D.; Cladière, L.; Jeudy, A.; Susemihl, A.; Hartmann, F.; Jouanneau, D.; Jam, M.; Höhne, M.; Delcea, M.; Reintjes, G.; Bornscheuer, U. T.; Becher, D.; Hehemann, J.-H.; Czjzek, M.; Schweder, T.: Fructan utilization by members of marine Gammaproteobacteria involves SusC/D-like proteins. The ISME Journal (2026), wrag030. https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag030

CO2 im großen Stil neutralisieren

Tue, 31 Mar 2026 09:38:20 +0200

Trotz des Pariser Klimaabkommens und aller Energiesparmaßnahmen nimmt der Kohlendioxidausstoß weltweit zu. Die bisherigen Klimaschutzbemühungen wie der Ausbau der Photovoltaik und des Windstroms reichen bislang nicht aus, um diesen Trend zu stoppen. Seit mehreren Jahren drängen Klimaexperten deshalb darauf, das CO2 direkt zu bekämpfen, es aus der Atmosphäre zu holen und für lange Zeit unschädlich zu machen.

Im Fokus steht dabei eine Methode, die einen natürlichen Prozess nachahmen soll, der seit Milliarden von Jahren die Konzentration des CO2 in der Atmosphäre kontrolliert – die chemische Bindung durch sogenannte Karbonate. Karbonate, die man für gewöhnlich etwa als Backpulver kennt, gelangen durch die Verwitterung von kalkhaltigem Gestein in die Natur. Der Regen spült sie in die Flüsse und ins Meer, wo sie dann mit dem CO2 reagieren. Das Klimagas bleibt so für lange Zeit chemisch gebunden und der Atmosphäre entzogen. Forschenden des Hereons ist es jetzt gelungen, nach diesem Prinzip einen Prozess von industriellem Maßstab marktreif zu machen, der künftig pro Jahr viele Millionen Tonnen Kohlendioxid binden und unschädlich machen könnte.

Reaktion von Kohlensäure

„Unser Verfahren basiert im Grunde auf einer Reaktion, die man noch aus dem Chemieunterricht kennt – der Neutralisierung einer Lauge durch eine Säure“, erklärt Prof. Helmuth Thomas, Leiter des Hereon-Instituts für Kohlenstoffkreisläufe. Der Klassiker aus der Schule ist die Reaktion von Natronlauge mit Salzsäure, bei der Kochsalz entsteht. Ähnlich verhält es sich mit dem CO2. CO2 aus der Luft reagiert im Wasser zu Kohlensäure. Lässt man die Kohlensäure dann mit einer Lauge – einer „alkalischen“ Flüssigkeit – reagieren, entsteht Hydrogenkarbonat, welches das CO2 langfristig im Wasser bindet. Die Idee besteht nun darin, nicht Karbonat aus Gesteinen für die Reaktion mit der Kohlensäure zu nutzen, sondern alkalische Industrieabwässer. „Diese alkalischen Abwässer fallen in großen Mengen an – in der Zement- oder in der Stahlproduktion zum Beispiel“, sagt Thomas. Bislang werden sie mit Schwefelsäure oder Salzsäure vermischt, um die Lauge zu zerstören. Erst dann dürfen die Abwässer in die Flüsse eingeleitet werden. Mit anderen Worten: Das Potential der Abwässer, CO2 binden zu können, bleibt bislang ungenutzt.

Doch wie wäre es, wenn man die alkalischen Abwässer künftig mit CO2 beziehungsweise mit Kohlensäure neutralisierte, statt mit Schwefelsäure? Auf diese Weise ließen sich große Mengen des Klimagases in industriellem Maßstab im Hydrogenkarbonat binden. Offen war die Frage, wie viel Kohlendioxid sich mit diesem Prozess tatsächlich binden ließe. Um das zu beantworten, nutzte Helmuth Thomas seine Chemieexpertise. Für bestimmte Industrieanlagen rechnete Helmuth Thomas exakt den Kohlendioxid-Umsatz aus. Klare Antwort: Es lohnt sich, auf diese Weise CO2 zu neutralisieren, vor allem, auch weil der Energieverbrauch der Anlagen gering ist. Umweltschutzvorgaben, insbesondere hinsichtlich des pH-Wertes werden durch die automatische Anpassung der eingeleiteten Abwässer an die ursprünglichen Gegebenheiten des Flusses, direkt berücksichtigt

Weltweites Potential

Schon länger diskutiert die Fachwelt, wie sich Kohlendioxid mit Karbonaten chemisch binden lässt. Es gibt die Idee, Gesteinsmehl aus den Bergen mit Zügen und Lkw ans Meer zu transportieren, auf Schiffe zu verladen und auf See ins Wasser zu streuen. Doch der logistische Aufwand wäre immens. Zudem weiß niemand, wie gut und wie schnell die Karbonate aus dem Gesteinsmehl mit dem CO2 im Wasser reagieren – und ob sie nicht im Meer versinken, ehe die Reaktion stattgefunden hat. Nicht so bei einer Industrieanlage; da findet die gesamte Reaktion auf dem Industriegelände statt, und die Massenbilanz lässt sich exakt berechnen. „Das Großartige daran ist, dass die Anlagentechnik bereits verfügbar ist“, sagt Thomas. Es könne sofort losgehen; anders als bei vielen anderen Konzepten zur Verringerung des atmosphärischen CO2. Rechnet man alle alkalischen Industrieabwässer zusammen, könnten mit diesem Verfahren künftig weltweit pro Jahr 30 Millionen Tonnen CO2 gebunden werden.

Spitzenforschung für eine Welt im Wandel

Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhalt einer lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.

Helmholtz-Zentrum Hereon

Originalpublikation:

Thomas, Helmuth et al.: Carbon Dioxide Sequestration and Carbon Crediting Using CO2-Neutralized Alkaline Wastewaters, Environmental Science & Technology Letters
2026, doi: 10.1021/acs.estlett.6c00081, https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.estlett.6c00081