VBIO News http://example.com VBIO News de Copyright Tue, 08 Sep 2026 11:22:35 +0200 Tue, 08 Sep 2026 11:22:35 +0200 TYPO3 news-39569 Tue, 08 Sep 2026 11:09:02 +0200 Zellfreie Forschung öffnet ein Tor zur Zelle https://www.vbio.de/aktuelles/details/zellfreie-forschung-oeffnet-ein-tor-zur-zelle Das Sec-Translokon ist die zentrale molekulare Schleuse für den Transport und Einbau nahezu aller Membranproteine – von Bakterien bis zu menschlichen Zellen. Da es für das Überleben der Zelle unerlässlich ist, war eine direkte Untersuchung oder Manipulation in lebenden Organismen bisher kaum möglich. Forschende haben jetzt  „Prosecco“ entwickelt, eine zellfreie Plattform, die erstmals die direkte Herstellung des Sec-Translokons in künstlichen Membranen ermöglicht. Die Plattform bietet eine bisher unerreichte Geschwindigkeit und Skalierbarkeit und eröffnet neue Möglichkeiten für Biotechnologie und Synthetische Biologie.  Ein essentieller Torwächter

Das Sec-Translokon fungiert als zentrales Tor des Lebens. Nahezu alle Proteine, die aus der Zelle exportiert oder in Zellmembranen eingebaut werden, passieren diese Proteinschleuse. Ihr zentraler Bestandteil SecY blieb über Jahrmillionen unverändert, was ihre fundamentale Bedeutung unterstreicht. Für Forschende stellt dies eine Herausforderung dar, da Mutationen meist zum Zelltod führen. Trotz des großen wissenschaftlichen Interesses, den Proteintransport durch Zellmembranen beeinflussen zu können, wurden in den vergangenen 30 Jahren nur wenige Sec-Varianten detailliert untersucht. 
Den Proteinkanal in künstlichen Zellen aufbauen

Ein Team von Synthetischen Biologen um Dr. Markus Meier, Dr. Scott Scholz und Prof. Dr. Tobias Erb am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie nutzte Ansätze der Synthetischen Biologie, um das Problem zu umgehen. Prosecco - kurz für Protein Secretion in Cell-free via a synthetic Operon - ist ein zellfreies System, das den Proteinkanal direkt aus der genetischen Information vollständig im Reagenzglas herstellt. Dabei bauen sich die Kanal-Proteine selbst in künstliche Membran-Vesikel ein. Ein lumineszentes Signal macht anschließend in Echtzeit sichtbar, ob der Kanal korrekt in die Membran eingebaut wurde und wie effizient er Proteine transportieren kann.

„In lebenden Bakterien lassen sich viele der interessantesten Mutationen nicht untersuchen“, erklärt Markus Meier, Erstautor der Studie. „Der Aufbau des Kanals in synthetischen Vesikeln ermöglicht dies. So können Hunderte Varianten gleichzeitig analysiert werden – auch solche, die in lebenden Zellen tödlich wären.“ 
Drei Jahrzehnte Forschung in einem einzigen Experiment

Mit einem automatisierten Hochdurchsatzverfahren untersuchte das Team rund 300 verschiedene SecY-Varianten parallel, darunter mehr als 200, die noch nie zuvor charakterisiert worden waren. In einem einzigen Versuchsansatz konnte die Zahl der charakterisierten Sec-Varianten nahezu vervierfacht werden. Darunter befanden sich Dutzende Varianten, die an fast 40 verschiedenen Positionen des Kanals verteilt sind und deren Transportaktivität um bis zu das Achtfache gesteigert war. Außerdem identifizierten die Forschenden erstmals eine Variante, die die Einbauaktivität des Kanals in die Membran messbar, wenn auch moderat, verbesserte. Die Ergebnisse bestätigen mit dem Großteil früherer Befunde und klärten langjährige Widersprüche, die auf inkonsistenten, überwiegend qualitativen Methoden zurückzuführen waren.

Proteinexport auf Hochtouren

Um das Potenzial von Prosecco für praktische Anwendungen zu demonstrieren, wandten die Forschenden ihre Erkenntnisse auf eine konkrete biotechnologische Fragestellung an: die Produktion eines therapeutisch relevanten Nanobody-Proteins. Nanobodies sind kleine Antikörperfragmente, die sowohl in der Forschung als auch in der Medizin eingesetzt werden. Durch systematisches Testen verschiedener Signalpeptide – kurze Aminosäureketten, die Proteine zur Exportmaschinerie leiten – und die Kombination des wirksamsten Signalpeptids mit einer besonders aktiven SecY-Variante konnte das Team den Export des Nanobodies im Vergleich zum Standardverfahren deutlich steigern. Damit lieferte die Studie einen direkten Beleg dafür, dass sich die mit Prosecco gewonnenen Erkenntnisse in praktische Verbesserungen bei der Herstellung wertvoller Proteine übertragen lassen.

„Proteine wie das Sec-Translokon, die im Zentrum zellulärer Prozesse stehen, sind für die Forschung von großer Bedeutung. Gleichzeitig sind sie in lebenden Zellen schwer zugänglich“, fasst Tobias Erb, Direktor am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie, die Bedeutung der Studie zusammen. „Die Synthetische Biologie mit zellfreien Systemen kann hier die Forschung revolutionieren. Durch die Isolierung und Untersuchung dieser molekularen Maschine unter kontrollierten Bedingungen konnten wir offene Fragen aus rund 30 Jahren Sec-Forschung klären und ein praktisches Werkzeug entwickeln, um Membranproteine gezielt für Anwendungen in der Synthetischen Biologie weiterzuentwickeln.“ 

Besonders interessant ist dies für die Entwicklung synthetischer Zellen, also künstlicher Zellsysteme, die schrittweise aus einzelnen biologischen Bausteinen aufgebaut werden. In diesem Zusammenhang wird die Plattform auch im Rahmen des neu finanzierten europäischen Postdoc-Netzwerks SynCell-nExUs weiter erforscht, das im Herbst 2026 starten soll.

Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie


Originalpublikation:

Meier, M.; Scholz, S. A.; von Bank, L.; Levandoski, J. E.; Lückhof, M.; Schaaf, M.; Safronova, N.; Greenwood, N. F.; Si, S.; Lieberwirth, I.; Jung, A. L.; Landfester, K.; Driessen, A. J. M.; Erb, T. J.: Functional mapping and engineering of the Sec translocon unlocked by a cell-free system, Science Advances 2, Vol 12, Issue 36 (2026), DOI: 10.1126/sciadv.aej0987

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Wissenschaft Biobusiness
news-39568 Tue, 08 Sep 2026 11:03:07 +0200 Hitzewellen verändern die Kohlenstoffbindung im Meer https://www.vbio.de/aktuelles/details/hitzewellen-veraendern-die-kohlenstoffbindung-im-meer Marine Hitzewellen sind eine Folge des Klimawandels und verändern weltweit zunehmend Meer- und Küstenregionen. Eine internationale Studie zeigt nun, dass viele Küstenmeere während dieser Extremereignisse mehr CO₂ aus der Atmosphäre aufnehmen als unter normalen Bedingungen. Besonders ausgeprägt ist der Effekt in polaren und subpolaren Schelfmeeren des globalen Nordens, in denen das Meereis durch die steigenden Temperaturen zurückgeht. Die Studie untersucht einen spezifischen Faktor, der bei der Bewertung der hochkomplexen Klimaprozesse auf der Erde helfen kann. Die Arbeit ist kürzlich im Journal Nature Communications erschienen. Als marine Hitzewellen bezeichnen Forschende Phasen, in denen die Wassertemperatur im Meer mindestens fünf Tage lang höher ist als 90 Prozent der Temperaturwerte, die in einem 30-jährigen Vergleichszeitraum für dieselbe Region gemessen wurden. Sie können bis zu mehreren Wochen andauern. Bisher gingen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler davon aus, dass wärmeres Meerwasser weniger CO₂ aufnehmen kann, denn die physikalische Löslichkeit von Gasen nimmt mit steigender Temperatur ab. Bisherige Untersuchungen aus dem offenen Ozean zeigen klar eine entsprechende Abschwächung der natürlichen CO₂-Aufnahme während Hitzewellen. In polaren und subpolaren Schelfmeeren tritt jedoch ein gegenteiliger Effekt auf, wie die Hereon-Studie zeigt.

Meereis schmilzt, Primärproduktion steigt

Schelfmeere sind flache Meergebiete am Rand von Kontinenten wie zum Beispiel Regionen des Nordwest-Pazifiks und Nordatlantiks. Ihr Anteil an der weltweiten Ozeanfläche beträgt etwa 7 Prozent. In polaren Regionen führen marine Hitzewellen zu einem Rückgang des Meereises Dadurch kann sich die offene Wasserfläche um bis zu 30 Prozent vergrößern. Zwischen der Atmosphäre und dem Meer herrscht ein ständiger Gasaustausch. Das Wasser nimmt unter anderem CO₂ aus der Luft auf. Eine dicke Meereisschicht wirkt wie eine Barriere und hemmt diesen Austausch. Schmilzt das Eis, kann mehr CO₂ vom flüssigen Wasser aufgenommen werden.

Gleichzeitig dringt durch den Rückgang des Eises mehr Licht ins Oberflächenwasser, was das Wachstum von Phytoplankton fördert. Diese mikroskopisch kleinen Algen sind die Nahrungsgrundlage allen Lebens im Meer. Sie bilden durch Photosynthese Biomasse und entziehen dem Wasser Kohlenstoff - die CO₂-Konzentration im Oberflächenwasser sinkt.

Die Forschenden des Helmholtz-Zentrums Hereonan alysierten mit modernen Ozeanmodellen riesige Datensätze zum CO₂-Austausch in globalen Küsten- und Schelfmeeren von 1985 bis 2020 und verglichen sie mit Daten des offenen Ozeans. Das Ergebnis: Während der Hitzewellen erhöhte sich die CO₂-Aufnahme in den Küsten- und Schelfmeeren weltweit um durchschnittlich 11 Prozent, während sie auf dem offenen Ozean um 8 Prozent sank. Das Team konnte zeigen, dass die Kombination aus vergrößerter eisfreier Wasserfläche und verstärkter CO₂-Aufnahme den durch die Erwärmung verursachten Rückgang der CO₂-Löslichkeit teilweise oder sogar vollständig ausgleichen kann.

Wichtige Erkenntnisse für Klimaprojektionen

„Auf den ersten Blick scheint die Sache einfach: Wärmeres Wasser löst weniger CO₂. Unsere Ergebnisse zeigen aber, dass Temperatur nur ein Faktor von vielen ist“, sagt Zhentao Hu, Erstautor der Studie und Doktorand am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und Modellierung.

„Unsere Ergebnisse liefern einen wichtigen Baustein, um die komplexen Entwicklungen des Klimas auf der Erde besser zu verstehen“, sagt der Co-Autor und Hereon-Forscher Dr. Wenyan Zhang. Er betont, dass die Studie einen einzelnen Aspekt eines hochkomplexen Systems beleuchtet. „Dass wir eine erhöhte CO₂-Aufnahme in Küsten- und Schelfmeeren feststellen, bedeutet nicht zwangsläufig, dass marine Hitzewellen positive Auswirkungen auf das Meer und das Klima haben. Marine Hitzewellen verursachen weltweit erhebliche Veränderungen. Durch das Schmelzen des Schelfeises steigt der Meeresspiegel, Lebensräume, Biodiversität und Nahrungsnetze werden verschoben, der Salzgehalt der Ozeane sinkt und die Erde erwärmt sich schneller, weil weniger Sonnenlicht vom Eis reflektiert wird.

Der Ozean nimmt heute einen erheblichen Teil der vom Menschen verursachten CO₂-Emissionen auf und ist damit ein wichtiger Faktor für das Klimageschehen auf der Erde. „Unklar ist, ob der Effekt der zusätzlichen CO₂-Aufnahme in Schelfmeeren auch in einer Zukunft bestehen bleibt, in der marine Hitzewellen häufiger, länger und intensiver werden könnten“, sagt Zhang. Die Studienergebnisse können dabei helfen, zukünftige Klimaszenarien besser einzuschätzen und zu berechnen. Das Zusammenspiel aller Faktoren des hochkomplexen Klimasystems muss in weiterführenden Studien genauer erforscht werden.

Helmholtz-Zentrum Hereon


Originalpublikation:

Hu, Z., Mathis, M., Li, H. et al. Polar and subpolar shelf seas dominate enhanced coastal CO2 uptake during marine heatwaves. Nat Commun 17, 9346 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-77165-0

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Nachhaltigkeit/Klima Wissenschaft Schleswig-Holstein
news-39567 Tue, 08 Sep 2026 10:11:05 +0200 Vom Streuner zum Revierboss: Epigenetik macht Geparden anpassungsfähig https://www.vbio.de/aktuelles/details/vom-streuner-zum-revierboss-epigenetik-macht-geparden-anpassungsfaehig Geparden haben eine geringe genetische Vielfalt – und damit schlechte Voraussetzungen, um sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Dennoch zeigen die Tiere eine bemerkenswerte Flexibilität: Männliche Geparde können sich im Laufe ihres Lebens vom umherstreifenden, körperlich schmächtigen „Floater“ in ein territoriales, kräftiges und aggressiveres Männchen verwandeln. Eine aktuelle Studie zeigt nun, dass diese Transformationen mit umfangreichen Veränderungen der DNA-Methylierung einhergehen.  Die Ergebnisse einer neuen Studie unter Leitung des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) zeigen am Beispiel von freilebenden namibischen Geparden (Acinonyx jubatus jubatus), dass epigenetische Mechanismen eine wichtige Rolle dabei spielen könnten, wie Tiere trotz geringer genetischer Vielfalt unterschiedliche Phänotypen, also unterschiedliche äußerliche Merkmale, ausbilden.

Männliche Geparde beginnen ihr Erwachsenenleben als sogenannte Floater. Sie besitzen kein eigenes Territorium und ziehen einzeln oder in kleinen Brüdergruppen von bis zu drei Tieren durch große Streifgebiete. Einige von ihnen schaffen es aber, durch tödliche Kämpfe ein Territorium zu übernehmen und werden zu territorialen Männchen. Damit verändern sie ihren Phänotyp innerhalb weniger Monate: Als territoriale Männchen werden sie körperlich viel kräftiger, aggressiver und bewegen sich in einem deutlich kleineren Gebiet, in dessen Zentrum die Markierungsbäume der Geparde liegen. 

Solche Veränderungen, die nicht durch genetische Unterschiede erklärbar sind, könnten epigenetisch gesteuert werden, so die Hypothese des Forscher:innen-Teams, also über DNA-Methylierung, die Gene stärker und schwächer reguliert, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Bei der DNA-Methylierung lagern sich chemische Gruppen an die DNA an und können dadurch die Genaktivität beeinflussen.

IZW Langzeit-Gepardenforschungsprojekt in Namibia

Für die Untersuchung nutzte das Forschungsteam Blutproben, Gewicht und Altersdaten des Leibniz-IZW Gepardenprojektes in Namibia. Von zehn männlichen Geparden lagen Blutproben aus zwei Lebensphasen vor: zunächst, als die Tiere noch Floater waren, und später, nachdem sie ein Territorium übernommen hatten. Die Forschenden konnten damit die DNA-Methylierung bei denselben Individuen vor und nach dem Wechsel identifizieren und vergleichen. 

„Unsere Ausgangsthese hat sich bestätigt“, sagt Dr. Alexandra Weyrich, Wissenschaftlerin in der Abteilung für Evolutionsgenetik am Leibniz-IZW und eine der beiden Seniorautor:innen der Studie. „Der Wechsel vom Floater zum territorialen Männchen geht tatsächlich mit deutlichen Veränderungen im Methylierungsmuster einher. Besonders interessant war, wie klar die betroffenen Gene in Stoffwechselwegen fungieren, die mit genau den Merkmalen zusammenhängen, die sich auch äußerlich verändern.“ 

Um auszuschließen, dass die Veränderungen im Methylierungsmuster lediglich auf das höhere Alter der territorialen Männchen zurückzuführen sind, wurden zusätzliche Analysen durchgeführt. Dabei zeigte sich: Das altersabhängige Methylierungsmuster unterscheidet sich deutlich von den Mustern der beiden „männlichen Phänotypen“.

„Außerdem blieben die Körpermaße von Floatern, die bis ins hohe Alter Floater blieben, weitgehend unverändert. Das steht im Gegensatz zu Floatern, die später ein Territorium übernehmen“, erklärt Colin Vullioud, Erstautor und Datenanalyst am Leibniz-IZW. „Darüber hinaus haben wir potenzielle epigenetische Biomarker identifiziert, mit denen sich Floater von territorialen Männchen unterscheiden lassen.“

Dr. Bettina Wachter, Wissenschaftlerin in der Abteilung Evolutionäre Ökologie am Leibniz-IZW und Leiterin des Gepardenforschungprojektes in Namibia erklärt: „Entscheidend und sehr ungewöhnlich bei Geparden ist, dass sich die Männchen erst nachdem sie den Kampf um ein Territorium gewonnen haben, körperlich und verhaltensmäßig verändern. Bei anderen Säugetierarten gehen Männchen einen Kampf ein, wenn sie kräftig sind und bleiben es dann auch nach der Territoriumsübernahme. Daher konnten wir dank epigenetischer Untersuchungen nachweisen, welche Gene mit diesem phänotypischen Wechsel anders reguliert werden. “

Epigenetische Marker für den Artenschutz

„Unsere Ergebnisse sind wichtig, weil sie zeigen, dass auch Arten mit geringer genetischer Vielfalt anpassungsfähig sind. Möglicherweise hilft Individuen diese epigenetische Flexibilität, um unterschiedliche Phänotypen auszubilden, was unter schnell veränderten Umweltbedingungen wichtig ist“ so Weyrich. 

Die Forschenden betonen, dass die Studie noch keine Ursache-Wirkungs-Beziehung nachweisen kann. Die beobachteten Methylierungsveränderungen bei den Geparden sind zwar mit dem Wechsel vom Floater zum Territorialmännchen verbunden. Ob sie den Wechsel initiieren, ihn begleiten oder eine Folge der veränderten Lebensweise sind, lässt sich anhand der vorliegenden Daten noch nicht beantworten. 

Zukünftige Forschung sollte untersuchen, ob ähnliche Mechanismen auch bei anderen bedrohten Arten mit geringer genetischer Variabilität eine Rolle spielen.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung


Originalpublikation:

Vullioud, C., D. Geweiler, J. Melzheimer, et al. 2026. “ Epigenetic Changes Associated With a Phenotypic Transition in Namibian Cheetahs.” Molecular Ecology 35, no. 17: e70527. https://doi.org/10.1111/mec.70527

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Wissenschaft Berlin
news-39562 Mon, 07 Sep 2026 12:22:30 +0200 Pilzinfektionen: Immunabwehr mit überraschender Kehrseite https://www.vbio.de/aktuelles/details/pilzinfektionen-immunabwehr-mit-ueberraschender-kehrseite Eigentlich ist unsere Immunabwehr ein ausgeklügeltes System, das uns vor Krankheitserregern schützt. Doch ein Forschungsteam zeigt nun, dass bestimmte Bestandteile dem Hefepilz Candida albicans offenbar dabei helfen, ebendieser Abwehr zu entgehen. Die neue Studie zeigt, wie winzige Membranbläschen von Immunzellen das Überleben von Candida albicans im Blut begünstigen, und beschreibt damit eine unerwartete Kehrseite der Immunantwort auf den pilzlichen Eindringling.  Candida albicans lebt bei vielen Menschen unauffällig auf Haut und Schleimhäuten. Breitet sich der Pilz jedoch über die Blutbahn im Körper aus, kann er insbesondere für Menschen mit geschwächtem Immunsystem gefährlich werden. Zu den wichtigsten Abwehrzellen gegen solche Eindringlinge gehören neutrophile Granulozyten. Diese weißen Blutkörperchen können Krankheitserreger erkennen, in ihr Zellinneres aufnehmen und unschädlich machen.

In der aktuellen Studie untersuchte ein Forschungsteam der Universitäten Würzburg und Jena sowie des Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) die Begegnung zwischen diesen Immun- und Pilzzellen in einem Labormodell. Dazu versetzten sie das Blut gesunder Spender*innen mit Candida albicans. „Uns fiel dabei auf, dass ein kleiner Teil der Pilzzellen stets frei im Blut verblieb, obwohl genügend Abwehrzellen vorhanden waren, die sie hätten aufnehmen können“, erklärt Studienleiter Prof. Dr. Oliver Kurzai. „Dass ausgerechnet Bestandteile der Immunzellen selbst zu diesem Effekt beitragen, war für uns eine überraschende Beobachtung.“

Membranbläschen mit paradoxer Wirkung

Denn auf der Suche nach einer Erklärung entdeckte das Team Proteine auf der Oberfläche der frei gebliebenen Pilzzellen, die ursprünglich von neutrophilen Granulozyten, also den körpereigenen Immunzellen, stammten. Die Spur führte schließlich zu extrazellulären Vesikeln: winzigen, von einer Membran umhüllten Bläschen, die von Immunzellen in ihre Umgebung abgegeben werden. Man kann sie sich als kleine, freischwimmende „Pakete“ vorstellen, die in und auf ihrer Hülle Proteine und andere Moleküle ihrer Ursprungszelle transportieren.

Auch neutrophile Granulozyten setzen solche Vesikel frei, wenn sie mit Krankheitserregern in Kontakt kommen. Das Forschungsteam isolierte die Bläschen und zeigte, dass sie sich an Candida albicans anlagern. Dabei übertragen sie Bestandteile der Immunzellen auf die Oberfläche des Pilzes.

Das Ergebnis dieser Interaktion ist paradox: Die Vesikel enthalten zwar zahlreiche Abwehrstoffe, bremsen das Wachstum des Pilzes jedoch nicht. Stattdessen wurden Pilzzellen, die zuvor mit den Vesikeln in Kontakt gekommen waren, seltener von neutrophilen Granulozyten aufgenommen. Dieser Effekt zeigte sich sowohl in Versuchen mit isolierten Immunzellen als auch im Vollblut.

Keine aktive Verteidigungsstrategie des Pilzes

Von Candida albicans sind verschiedene aktive Strategien bekannt, um der Immunabwehr gezielt zu entgehen. Der nun beschriebene Effekt gehört jedoch nicht dazu. Er tritt sogar bei abgetöteten Pilzen auf. Zudem bietet er keinen vollumfänglichen Schutz.

„Das ist kein Schwarz-Weiß-Effekt: Die Vesikel verhindern nicht vollständig, dass Immunzellen den Pilz aufnehmen. Sie verschieben jedoch die Wahrscheinlichkeit zu seinen Gunsten, sodass ein größerer Anteil der Pilzzellen außerhalb der Abwehrzellen verbleibt“, erklärt Dr. Kerstin Hünniger-Ast, Letztautorin der Studie. „Ein Vorteil, den Candida albicans offenbar nicht selbst herbeigeführt hat. Vielmehr entsteht er als Folge unserer eigenen Immunreaktion.“

Wie der Schutz genau entsteht, ist noch offen

Warum die Vesikel die Aufnahme des Pilzes erschweren, ist noch nicht abschließend geklärt. Denkbar ist, dass die angelagerten Bläschen typische Strukturen der Pilzzellwand räumlich verdecken. Die Immunzellen könnten den Erreger dann schlechter erkennen. Möglich ist auch, dass die übertragenen körpereigenen Proteine die Pilzoberfläche für die Abwehr weniger fremd erscheinen lassen. Unter dieser vermeintlich körpereigenen Hülle könnten die Pilzzellen dem Zugriff der Immunabwehr leichter entgehen.

Die Ergebnisse erweitern das Verständnis der Rolle von extrazellulären Vesikeln im Rahmen von Pilzinfektionen. Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass solche Vesikel neutrophiler Granulozyten das Wachstum des Schimmelpilzes Aspergillus fumigatus hemmen können. Bei Candida albicans offenbarte sich nun eine andere Seite derselben Abwehrwerkzeuge: Trotz ihrer antimikrobiellen Fracht beeinträchtigen die Vesikel das Wachstum des Pilzes nicht. Stattdessen tragen sie dazu bei, dass er seltener von Immunzellen aufgenommen wird.

Ob der beschriebene Mechanismus so auch bei Patient*innen mit einer Candida-Blutstrominfektion abläuft und bei weiteren Krankheitserregern eine Rolle spielt, müssen künftige Studien zeigen.

Leibniz-Institut für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie - Hans-Knöll-Institut


Originalpublikation:

Patitz, J. J., N. E. Nieuwenhuizen, A. Solomatina, et al.: “Host-to-Pathogen Transfer of Neutrophil Components via Extracellular Vesicles Shields Candida albicans From Immune Attack in Human Blood.” Journal of Extracellular Vesicles 15, no. 9: e70363. 2026. https://doi.org/10.1002/jev2.70363

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Wissenschaft Thüringen
news-39561 Mon, 07 Sep 2026 12:16:44 +0200 Beweise für urzeitliche Waldbrände nahe des Südpols https://www.vbio.de/aktuelles/details/beweise-fuer-urzeitliche-waldbraende-nahe-des-suedpols Vor 90 Millionen Jahren war das Erdklima so warm, dass sogar in der heute eisigen Antarktis Dinosaurier durch sumpfige Regenwälder zogen. Ein Forschungsteam hat nun in einem Sedimentbohrkern Beweise für regelmäßige Waldbrände in der kreidezeitlichen Antarktis nahe des Südpols gefunden. Die Feuer begünstigten offenbar die Ausbreitung von frühen Torfmooren in den feuchten Sumpfwäldern. Diese urzeitliche Ko-Evolution von Feuer und Vermoorung liefert wertvolle Informationen über die Entstehung und Erhalt von Hochmooren, die heute durch den Klimawandel und zunehmende Trockenheit akut bedroht sind. Zeitreise zurück in die Oberkreide: Ein sumpfiger Regenwald voller Nadelbäume und Baumfarne erstreckt sich über eine endlos weite Fläche, Dinosaurier ziehen durch das dunstige Feuchtgebiet und das Klima ist gemäßigt warm. Die Jahresdurchschnittstemperatur liegt bei 12°C – etwa zwei Grad mehr als im heutigen Deutschland. Auch Wasser gibt es genug, denn auf Trockenperioden folgen regelmäßig monsunartige Regenzeiten. Nur eine Sache erscheint hier ungewöhnlich: Rund vier Monate im Jahr liegt der Wald in dauerhafter Dunkelheit. Denn das beschriebene Ökosystem liegt nah am Südpol im Gebiet der heutigen Westantarktis, wo auch in der Oberkreide Polarnacht herrschte. 

Als das internationale Team um den Meeresgeologen Dr. Johann Klages vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Jahr 2020 seine Ergebnisse einer Polarstern-Expedition im Fachmagazin Nature veröffentlichte, kam das einer kleinen Sensation gleich. „In einem Sedimentbohrkern aus dem westantarktischen Amundsenmeer stießen wir auf einen rund 90 Millionen Jahre alten, extrem gut erhaltenen Waldboden voller Pollen, Sporen und mit einem dichten Wurzelnetzwerk“, erklärt Johann Klages. „In der Kreidezeit lag dieser temperierte Regenwald tektonisch bedingt sogar noch weiter südlich, nur 900 Kilometer vom Südpol entfernt. Heute herrschen dort Durchschnittstemperaturen von etwa -30°C im Jahresverlauf und alles ist mit einem kilometerdicken Eisschild bedeckt. Unser Fund machte deutlich, dass in der wärmsten Periode der Kreidezeit mit einem 4 bis 6 Mal höheren CO2-Gehalt der Atmosphäre im Vergleich zu heute sogar in der Nähe des Südpols ein relativ warmes und feuchtes Klima herrschte.“

Nun legen die Forschenden im Fachmagazin Communications Earth & Environment nach. Johann Klages erläutert: „Wir haben den Kern nochmal mit einem anderen Methodenspektrum ganz genau unter die Lupe genommen und haben darin klare Beweise für regelmäßige Waldbrände gefunden. Die gewonnenen Sedimente enthalten den Nachweis für die südlichsten Waldbrände überhaupt auf der Erde.“

Im gesamten Kernabschnitt aus der Oberkreide stieß das Team auf mikroskopisch kleine Holzkohlepartikel, die im jüngeren Teil des Sediments immer häufiger wurden. Eine Analyse der Partikel zeigte, dass hier vor allem weiches Nadelholz bei eher niedrigen Temperaturen verbrannt ist, wie sie bei bodennahen Bränden typisch sind, die nicht den ganzen Wald bis in die Krone erfassen. Ein weiterer Hinweis auf Feuer war Bernstein, also fossiles Baumharz, das sich offenbar wie eine Art Wundverschluss auf durch Brände verletzte Stellen an Stämmen gelegt hat. Und schließlich lieferten unzählige Sporen von Torfmoos (Gattungsname: Sphagnum) den Beweis für die ersten Hochmoore, deren Entstehung eng mit dem Auftreten von regelmäßigen Bränden verknüpft ist. 

Aus den Hinweisen konnten die Forschenden ein Szenario entwickeln, dass auch für die heutige Zeit von großem Interesse sein kann. „Nur 900 Kilometer entfernt vom Südpol ist vor 90 Millionen Jahren ein gemäßigter und ziemlich sumpfiger antarktischer Regenwald mit starker Saisonalität aus Trockenzeit und Monsun nach und nach verlandet und wurde so zu einem von Torfmoosen geprägten Moorgebiet“, erklärt Ko-Erstautor Prof. Dr. Ulrich Salzmann von der Northumbria University in England. „Dabei spielten offensichtlich Waldbrände, die immer häufiger wurden, eine entscheidende Rolle. Sie hielten die Vegetation offen und ermöglichten die Entstehung eines Torfmoores, in dem es dann immer wieder bodennahe Schwelbrände gab, wie wir sie auch in jüngster Zeit in deutschen Moorgebieten häufiger hatten.“ Weil zur damaligen Zeit vulkanisch aktive Gebiete mindestens 400 Kilometer entfernt lagen, waren es wohl vor allem Gewitterblitze und nicht Lava oder vulkanische Ascheströme, die großflächige Brände auslösten.

„Moore spielen als hocheffektiver und langfristiger Kohlenstoffspeicher damals wie heute eine zentrale Rolle im Klimageschehen“, fügt Ko-Erstautor Prof. Dr. Thorsten Bauersachs von der RWTH Aachen hinzu. „In einem warmen Klima verlanden Sumpfgebiete schneller und Brände, welche die Waldbildung verhindern, sind häufiger. Das kann dann die Bildung von Torfmooren begünstigen, in denen sich über lange Zeiträume organische Pflanzenreste mit viel Kohlenstoff anreichern.“ Johann Klages ordnet ein: „Die Oberkreide war extrem warm und reich an Feuern. Wir waren erstaunt, in unserem Bohrkern den Nachweis eines frühen Ökosystems in der Antarktis zu finden, dass in vielerlei Hinsicht den heutigen arktischen Hochmooren ähnelt und ebenfalls regelmäßig brannte.“

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


Originalpublikation:

Ulrich Salzmann, Thorsten Bauersachs, Johann P. Klages, Henny Gerschel, Juliane Müller, Immo Heinz, Claus-Dieter Hillenbrand, Steven M. Bohaty, Torsten Bickert, Jürgen Titschack, Sergej Kaschuro, James McKay, Gernot Nehrke, Heiko Pälike, and the Science Party of Expedition PS104: Co-evolution of wildfires and early Sphagnum-peatlands near the Cretaceous South Pole. Communications Earth & Environment (2026). DOI: 10.1038/s43247-026-03959-1

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Nachhaltigkeit/Klima Wissenschaft Bremen
news-39555 Mon, 07 Sep 2026 11:25:50 +0200 Blühstreifen versus Öko-Landbau https://www.vbio.de/aktuelles/details/bluehstreifen-versus-oeko-landbau Blühstreifen aus Wildblumen und ökologischer Landbau sind Maßnahmen aus den Agrarumweltprogrammen der Europäischen Union, die Landwirtinnen und Landwirte für umweltschonende und nachhaltige Bewirtschaftungsmethoden finanziell fördern. Ein internationales Forschungsteam hat nun untersucht, welche ökologischen und wirtschaftlichen Vorteile beide Anbaumethoden auf Feldern mit Winterweizen mit sich bringen. Sie fanden heraus, dass beide die Artenvielfalt im Vergleich zum konventionellen Weizenacker erhöhten. Wirtschaftlich gesehen waren die Bio-Flächen am rentabelsten.  Die Forschenden mit Beteiligung der Universität Göttingen verglichen Winterweizenfelder, die auf verschiedene Arten bewirtschaftet waren: konventionell mit einem Blühstreifen, konventionell ohne Blühstreifen als Kontrolle (ohne Agrarumweltmaßnahmen) sowie ökologisch. Sie untersuchten neun Landschaften in der Umgebung von Göttingen über einen Zeitraum von zwei Jahren. Das Team fand heraus, dass die Äcker beim ökologischen Landbau die meisten wildwachsenden Pflanzenarten beherbergten, auch wenn Blühstreifen unter Einbeziehung der ausgesäten Pflanzenarten ähnlich viele Arten erreichten. Blühstreifen wurden von dreimal so vielen Bienenarten besucht wie ökologische Felder, aber beide Umweltmaßnahmen waren bienenreicher als die Kontrollfelder. Laufkäfer, Spinnen und Schwebfliegen gediehen unter beiden Umweltmaßnahmen mit 20 bis 30 Prozent mehr Arten als in den Kontrollflächen. Wirtschaftlich betrachtet waren die ökologisch bewirtschafteten Flächen am rentabelsten: Trotz um 50 Prozent geringerer Weizenerträge lagen die Gewinne um mehr als 150 Prozent über denen der konventionellen Kontrollflächen, was auf bessere Vermarktungsmöglichkeiten und EU-Zuschüsse zurückzuführen war. Der Gewinn der Felder mit Blühstreifen lag nur geringfügig unter dem der Kontrollflächen, wenn die Zuschüsse für Blühstreifen mit einbezogen wurden.

„Wir verglichen zudem die Weizenanbaufläche der Felder mit Blühstreifen mit der von Kontrollfeldern. Interessanterweise waren die Erträge um fünf Prozent und die Gewinne um 21 Prozent bei den Kontrollfeldern höher, was darauf hindeutet, dass die Landwirtinnen und Landwirte Blühstreifen wahrscheinlich selektiv auf eher am Rand liegende und weniger produktive Flächen anlegten“, hebt Erstautor Dr. Péter Batáry, Leiter der Landscape and Conservation Ecology Group am Centre for Ecological Research in Ungarn, hervor. „Agrarumweltmaßnahmen wie ökologischer Landbau und Blühstreifen ergänzen sich in ihrer Bedeutung für den Erhalt der Biodiversität, da teilweise unterschiedliche Arten gefördert werden. Die Kombination verschiedener Agrarumweltmaßnahmen ist ein wichtiger Schritt in Richtung multifunktionaler Agrarlandschaften“, ergänzt Prof. Dr. Teja Tscharntke von der Abteilung Agrarökologe und Funktionelle Agrobiodiversität der Universität Göttingen.

Universität Göttingen


Originalpublikation:

Péter Batáry et al. Comparing ecological and economic benefits of organic farming and annual flower strips. Journal of Applied Ecology (2026). DOI: http://doi.org/10.1111/1365-2664.70534

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Wissenschaft Niedersachsen
news-39553 Mon, 07 Sep 2026 09:53:22 +0200 Archaeen als "Flexitarier": Ammoniak-oxidierende Mikroben ernähren sich auch von Aminosäuren https://www.vbio.de/aktuelles/details/archaeen-als-flexitarier-ammoniak-oxidierende-mikroben-ernaehren-sich-auch-von-aminosaeuren Symbiotische Ammoniak-oxidierende Archaeen in Meeresschwämmen sind keine strikten Spezialisten, sondern echte "Flexitarier": Ein Forschungsteam zeigt, dass diese Mikroben neben Ammoniak auch Aminosäuren wie Valin, Leucin und Isoleucin auf ihrem Speiseplan haben – und so vermutlich mit ihrem tierischen Wirt kommunizieren. Die Befunde rücken eine der ältesten Tier-Mikroben-Symbiosen der Erde in neues Licht und deuten auf eine bislang unterschätzte Rolle der Archaeen hin.  Jahrzehntelang gingen Wissenschaftlerinnen davon aus, dass Ammoniak-oxidierende Archaeen eine sehr eingeschränkte Ernährungsweise haben, indem sie sich ausschließlich von Ammoniak, und teils von den einfachen Stickstoffverbindungen Cyanat und Harnstoff ernähren und dabei CO₂ fixieren. Die neue Studie unter der Leitung von Bettina Glasl und Katharina Kitzinger Forscherinnen des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft (CeMESS) an der Universität Wien und mit Beteiligung des Australischen Instituts für Meeresforschung (AIMS) zeigt nun aber, dass symbiotische Ammoniak-oxidierende Archaeen – anders als ihre bislang untersuchten frei lebenden Verwandten – tatsächlich "Flexitarier" sind. Sie nutzen Aminosäuren wie Valin, Leucin und Isoleucin als zusätzliche Nahrungsquellen. Dies deutet auch auf eine bisher unbekannte Fähigkeit hin, wie diese symbiotischen Mikroben mit ihren tierischen Wirten kommunizieren könnten.

Eine uralte Symbiose

Meeresschwämme gehören zu den ältesten Tieren. Ihre einfachen Körper beherbergen eine Vielzahl von Mikroorganismen. Diese Partnerschaft, auch Symbiose genannt, ist für das Überleben der Schwämme in den Ozeanen von großer Bedeutung. Ammoniak-oxidierende Archaeen zählen zu den wichtigsten Symbionten von Meeresschwämmen. Sie gelten als die mikroskopisch kleine "Müllabfuhr" des Schwamms, da sie giftiges Ammoniak, ein Stoffwechselabfallprodukt, entfernen.

Bisher nahm man an, dass sie strikte "Chemolithoautotrophe" sind: Sie gewinnen Energie aus anorganischen Verbindungen, in diesem Fall Ammoniak, und nutzen CO₂ als Kohlenstoffquelle.
Erste Hinweise darauf, dass die symbiotischen Ammoniak-oxidierenden Archaeen möglicherweise flexibler sind, lieferten ihre Genome. Anders als viele freilebende Ammoniak-oxidierende Archaeen besitzen sie Gene für Transporter, die verzweigtkettige Aminosäuren aufnehmen können. Die neue Studie liefert nun den ersten direkten experimentellen Nachweis, dass symbiotische Ammoniak-oxidierende Archaeen tatsächlich Mixotrophe sind, die sich eben sowohl von CO₂ als auch von den organischen Aminosäuren ernähren.

Den Aktivitäten einzelner Mikroben auf der Spur

Die Forscher*innen untersuchten den Korallenriffschwamm Ianthella basta, auch "Elefantenohrschwamm" genannt, und seinen Ammoniak-oxidierenden Symbionten Nitrosospongia ianthellae. Mithilfe einer innovativen Kombination aus hochmodernen chemischen und mikroskopischen Bildgebungsverfahren, darunter NanoSIMS, konnten sie die Ernährungsweise einzelner Symbiontenzellen innerhalb ihres Schwammwirts verfolgen. "Die große Herausforderung bestand darin, nachzuweisen, welche spezifischen Zellen innerhalb des Schwamms die Aminosäuren aufnehmen", sagt Katharina Kitzinger, Co-Leitautorin der Studie und Spezialistin für Einzelzellanalyse. "Wir konnten sehen, wie die markierten Aminosäuren in einzelne Symbiontenzellen eingebaut wurden. So konnten wir die Identität einer Zelle direkt mit ihrer Funktion verknüpfen, anstatt uns ausschließlich auf Vorhersagen aus dem Genom zu stützen."

Von der Abfallentsorgung zur mikrobiellen Kommunikation

Die Entdeckung geht über die Ernährungsweise der Mikroben hinaus. Da die symbiotischen Ammoniak-oxidierenden Archaeen diese Aminosäuren sowohl aufnehmen als auch produzieren können, könnten sie deren Verfügbarkeit innerhalb ihres uralten tierischen Wirts beeinflussen. "Früher haben wir diese Symbionten in erster Linie als Abfallentsorgungssystem des Schwamms betrachtet", sagt Bettina Glasl, Co-Leitautorin und Expertin für Schwamm-Mikrobiom-Interaktionen. "Indem die Symbionten diese Aminosäuren produzieren und aufnehmen, könnten sie wichtige Signalmoleküle für den Schwamm regulieren. Dies könnte eine Form der Kommunikation zwischen Mikroben und tierischen Wirten sein, deren Wurzeln tief in der Evolution liegen."

Die Forscher*innen vermuten, dass diese Stoffwechselaktivität sogar einen evolutionär konservierten Regulator von Zellwachstum und Stoffwechsel – den so genannten mTOR-Signalweg – beeinflussen könnte.

"Diese Arbeit wäre ohne die enge Zusammenarbeit zahlreicher Kolleg*innen in Österreich und Australien sowie die großzügige Unterstützung des FWF im Rahmen des Exzellenzclusters 'Microbiomes Drive Planetary Health' nicht möglich gewesen", sagt Michael Wagner, Leiter des FWF-Clusters und Letztautor der Studie.

Universität Wien


Originalpublikation:

Bettina Glasl et al.: Branched-chain amino acid assimilation enables mixotrophy of ammonia-oxidizing archaeal sponge symbionts. Science Advances (2026).DOI:10.1126/sciadv.aef9450

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Wissenschaft International
news-39552 Mon, 07 Sep 2026 09:46:22 +0200 Welche Einflussfaktoren erklären die Bestandsentwicklung von Brutvögeln in Deutschland https://www.vbio.de/aktuelles/details/welche-einflussfaktoren-erklaeren-die-bestandsentwicklung-von-brutvoegeln-in-deutschland Weltweit nimmt die biologische Vielfalt ab, auch viele Vogelarten sind betroffen. Es gibt jedoch deutliche Unterschiede zwischen verschiedenen Arten. Warum gibt es Gewinner und Verlierer? Warum nimmt der Bestand mancher Arten ab, während andere Arten einen konstanten Bestand oder sogar einen positiven Trend zeigen? Dies wurde jetzt mit einer statistischen Analyse untersucht.  Im Oktober 2025 erschien eine aktuelle Bestandssituation der Vögel in Deutschland (Gerlach et al.: Vögel in Deutschland – Bestandssituation 2025. DDA, BfN, LAG VSW, Münster, 2025). Es zeigt sich kein einheitliches Bild, nicht alle Arten leiden unter einem Bestandsrückgang. Es gibt auch Arten, deren Bestand konstant oder sogar zunehmend ist. Warum gibt es solche Unterschiede, welche Faktoren beeinflussen die Entwicklung des Bestands? Dies wurde mit einer statistischen Analyse von Prof. Dr. Markus Neuhäuser von der Hochschule Koblenz und Prof. Dr. Graeme Ruxton von der University of St. Andrews untersucht. Die statistische Analyse, in die insgesamt 140 in Deutschland brütende Vogelarten eingezogen werden konnten, beantwortet diese Frage. Neben einem Langzeittrend für die Zeit seit etwa 1860-1910 wurden in der Bestandssituation Trends für 12, 24 und 42 Jahre berichtet. Für alle vier Trends wurde nach Einflussfaktoren gesucht. Es konnten drei wichtige Einflussfaktoren identifiziert werden. 

Es bestätigte sich, dass in der Agrarlandschaft lebende Arten signifikant häufiger an Bestandsrückgängen leiden. Zudem zeigen die Analysen von Neuhäuser und Ruxton, dass negative Trends bei Arten mit engeren klimatischen Nischen wahrscheinlicher sind. Dies gilt sowohl für den langfristigen Trend als auch für neuere Populationsentwicklungen. Arten, die ein größeres Gebiet besiedeln, sind in der Regel einer größeren Vielfalt klimatischer Bedingungen ausgesetzt. Dies wurde dadurch berücksichtigt, dass die Breite der klimatischen Nische durch die Größe des Verbreitungsgebiets der Art dividiert wurde. Daraus ergibt sich ein Index, bei dem ein hoher Wert eine im Verhältnis zur Größe des Verbreitungsgebiets große Breite der klimatischen Nische bedeutet.

Ferner hat auch die Toleranz gegenüber vom Menschen veränderten Lebensräumen einen signifikanten Einfluss auf die Populationsentwicklung. Eine höhere Toleranz schützt vor negativen Trends. Beim Langzeittrend war auch die Körpergröße signifikant. Ein negativer Langzeittrend war bei größeren Arten seltener, was durch früher größeren Jagd- und Verfolgungsdruck erklärt werden kann.

Insgesamt zeigt sich, dass Generalisten, die unter vielfältigen klimatischen Bedingungen und in unterschiedlichen, vom Menschen veränderten Lebensräumen und nicht nur in der Agrarlandschaft leben können, vor negativen Populationsentwicklungen geschützt sind.

Hochschule Koblenz


Originalpublikation:

Neuhäuser M, Ruxton GD (2026): Predictors of Population Trends of Breeding Birds in Germany. Journal of Biogeography 53(9): e70356, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jbi.70356

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Wissenschaft Rheinland-Pfalz
news-39551 Fri, 04 Sep 2026 12:42:07 +0200 Uralter Mechanismus der Pflanzenabwehr in frühen Landpflanzen entdeckt https://www.vbio.de/aktuelles/details/uralter-mechanismus-der-pflanzenabwehr-in-fruehen-landpflanzen-entdeckt In einer neuen Studie zeigen Forschende, dass ein als laterale Hemmung bekannter Prozess die räumliche Anordnung spezialisierter Zellen in Lebermoosen steuert. Lebermoose gehören zu den ältesten Abstammungslinien der Landpflanzen. Ein internationales Team kombinierte Fossilienanalysen mit vergleichender Biologie und mathematische Modellierung. Dabei zeigte sich, dass dieser Mechanismus nicht nur bei heutigen Arten vorkommt, sondern bereits vor über 400 Millionen Jahren wirksam war. Die laterale Hemmung ist eine weit verbreitete Entwicklungsstrategie, bei der Zellen mit ihren unmittelbaren Nachbarzellen kommunizieren, um deren Differenzierung in denselben Zelltyp zu verhindern. Dadurch entstehen häufig regelmäßig angeordnete Muster unterschiedlicher Zelltypen – ein Prinzip, das bei vielen Organismen vorkommt.

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

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

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

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

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

Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung 


Originalpublikation:

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

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Wissenschaft Nordrhein-Westfalen
news-39550 Fri, 04 Sep 2026 12:27:02 +0200 Genetische Veränderungen für eine neue Heimat https://www.vbio.de/aktuelles/details/genetische-veraenderungen-fuer-eine-neue-heimat Forschende haben entschlüsselt, welche genetischen Veränderungen es dem Hering ermöglichen, sich erfolgreich in der Ostsee fortzupflanzen. Vier genetische Veränderungen sorgen dafür, dass Befruchtung und Embryonalentwicklung auch im Brackwasser der Ostsee gelingen. Vier genetische Veränderungen sorgen dafür, dass Befruchtung und Embryonalentwicklung auch im Brackwasser der Ostsee gelingen. Der osmotische Druck durch das Brackwasser belastet Eier, Spermien und Embryonen. Beim Ostsee-Hering kontrolliert ein strukturell veränderter Ionenkanal den Salzhaushalt von Spermien, während die Eihüllen durch zwei genetische Anpassungen verstärkt worden sind, und ein Schlüpf-Enzym ist vervielfacht, das die verstärkte Eihülle abbaut. Die natürliche Selektion hat mehrere Gene gleichzeitig verändert und so die Anpassung des Herings an einen neuen Lebensraum ermöglicht. Wie passen sich Arten an eine neue Umwelt an? Diese Frage beschäftigt Evolutionsbiologen seit mehr als einem Jahrhundert. Am Beispiel des Herings zeigte ein internationales Forschungskonsortium, wie seine Fortpflanzung innerhalb weniger tausend Jahre genetisch an einen neuen Lebensraum, die salzarme Ostsee, angepasst wurde. Die Ostsee entstand vor ca. 8000 Jahren nach der letzten Eiszeit, ist mit dem Atlantik nur über schmale Meerengen verbunden und erhält große Mengen Süßwasser aus Flüssen. Deshalb liegt der Salzgehalt in einigen Teilen der Ostsee bei nur zwei bis drei Promille, während er im Atlantik bei etwa 35 Promille liegt – also rund zehnmal höher.

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

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

Auf der Suche nach den genetischen Ursachen

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

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

Ein besonderer Ionenkanal schützt Spermien

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

Die Eihülle als Schutzschild

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

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

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

Max-Planck-Institut für Multidisziplinäre Naturwissenschaften


Originalpublikation:

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

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Wissenschaft Niedersachsen