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Algorithmen für den Artenschutz: Neues KI-Instrument erkennt Wildtiere in Echtzeit an ihrem einmaligen Muster

Wed, 24 Jun 2026 11:13:28 +0200

Um überwachen zu können, wie es Wildtierpopulationen geht, ob sie stabil sind oder ob sie unter Druck stehen, braucht es Monitoring. Naturforscher*innen beobachten Zebras, Giraffen, Jaguare und andere Tiere über Monate und Jahre hinweg mit Drohnen oder Kamerafallen. Die Schwierigkeit ist, dass die Tiere ständig in Bewegung sind, verschwinden und an anderer Stelle wieder auftauchen. Um dieses sehr dynamische Umfeld erfassen zu können, müssen sie individuell wiederkennbar sein. Konkret bedeutet das: Ein einzelner Jaguar muss von anderen Jaguaren, eine einzelne Giraffe von anderen Giraffen eindeutig unterschieden werden können. Gängige Technologien liefern in dieser Hinsicht zwar präzise Ergebnisse, sind aber zu langsam und brauchen zu viel Rechenkapazität.

Die von Tenure-Track-Professor Aamir Ahmad geleitete Flugrobotik-Gruppe am Institut für Flugmechanik und Flugregelung (IFR) der Universität Stuttgart entwickelte gemeinsam mit weiteren Kooperationspartnern, darunter die Eötvös-Loránd-Universität in Budapest und das Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, den neuen Algorithmus RAPID. Er macht die Re-Identifikation von Wildtieren einfacher, schneller und zuverlässiger.

Wie ein Fingerabdruck: Jedes Muster ist einmalig

Das Kürzel RAPID steht für „Real Time Animal Pattern Re-Identification on Edge Devices". Die Methode macht sich für die Wiedererkennung ein 100-prozentig sicheres Merkmal zunutze: die Fellmusterung der Wildtiere. Denn ob es nun die Punkte der Giraffe sind oder die Streifen des Zebras: Das Muster ist immer einmalig, wie beim Menschen der Fingerabdruck.

Doch wie genau funktioniert RAPID? „Zunächst brauchen wir eine Referenzdatenbank", erklärt Ahmad. Diese Datenbank beinhaltet Bilder von Wildtieren, zum Beispiel Zebras, deren Identität bereits bekannt ist. Die Datenbank wächst, indem weitere beobachtete Individuen während des Monitorings hinzugefügt werden. Liefert zum Beispiel eine über der Savanne kreisende Forschungsdrohne neues Bildmaterial, durchsucht RAPID es nach typischen visuellen Anhaltspunkten in der Anordnung der Zebrastreifen. „Dabei setzen wir so genannte Deskriptorvektoren ein, also eine Art mathematischer Steckbrief“, erläutert András Zábó, Wissenschaftler an der Eötvös-Loránd-Universität in Budapest und Erstautor der Publikation. Er entwickelte RAPID während seines Forschungsaufenthalts in der Stuttgarter Flugrobotik-Gruppe. Der Algorithmus vergleicht dann die Deskriptorvektoren des beobachteten Tieres mit den in der Datenbank gespeicherten Deskriptorvektoren bekannter Tiere. „Auf diese Weise können wir neu beobachtete Tiere in Bruchteilen von Sekunden identifizieren, vorausgesetzt sie sind in der Referenzdatenbank gespeichert“, so Zábó.

Vielversprechendes Modul: schnell, präzise und praxistauglich

Das Forschungsteam testete RAPID an sechs Datensätzen: vier öffentlichen Datensätzen mit Bildern unter anderem von Amur-Tigern, und zwei neuen Datensätzen mit Bildern von Zebras und Jaguaren. Die Aufnahmen der Zebras machten Drohnen, die über der Savanne in Mpala in Kenia flogen; der Jaguar-Datensatz stammt von Kamerafallen der Joctoco-Stiftung aus dem Regenwald in Ecuador. Bei den vier öffentlichen Datensätzen erreichte RAPID Genauigkeiten zwischen 89 und 99 Prozent, bei den neuen Datensätzen lag die Genauigkeit bei 80 Prozent (Zebras) und 93 Prozent (Jaguare). Auch in punkto Geschwindigkeit bewies der Algorithmus seine Stärken. Auf einem Standard-PC verarbeitete er 40 bis 60 zugeschnittene Abfragebilder pro Sekunde und auf einem einfachen Gerät rund zehn Bilder pro Sekunde. „Das ist ein wichtiger Punkt: Unsere Wiedererkennung funktioniert auch auf sehr rechenleistungsschwacher Hardware und ohne Grafikprozessoren“, sagt Ahmad.

Open-source und modular: Wichtiger Baustein für Wildtierbeobachtung und ökologische Analysen

Das KI-Instrument ist open-source verfügbar und modular aufgebaut. Wenn Naturpark-Ranger oder Forschungsgruppen mit RAPID arbeiten wollen, können sie es problemlos in ihre eigenen Drohnen, Kamerafallen, Luftschiffe oder sonstige Monitoring-Geräte einbauen. Einzige Voraussetzung: Die beobachteten Tiere müssen ein gemustertes Fell haben, bei Elefanten zum Beispiel funktioniert die Technologie nicht. Der neue Algorithmus ist ein wichtiger technischer Baustein für die künftige Wildtierbeobachtung und ökologische Analysen. „Mit RAPID können wir viel leichter untersuchen, ob ein bestimmtes Tier wiederholt in einem bestimmten Gebiet gesichtet wird. Wir können auch sehen, ob sich sein Verhalten im Laufe der Zeit ändert, weil sich seine Umgebung verändert, oder ob sich ein verletztes Tier weiterhin normal bewegt und interagiert“, erklärt Ahmad. Als nächstes will er die KI so weiterentwickeln, dass sich auch andere Wildtierarten wiedererkennen lassen, ohne dabei von Fellmustern abhängig zu sein. Zudem soll der Algorithmus noch robuster werden, so dass er auch bei besonders schwierigen Bedingungen, etwa bei teilweise verdeckten Individuen, verlässlich funktioniert. Denkbar ist auch, dass mithilfe von RAPID irgendwann ganz neue Datenbanken aufgebaut werden.

Universität Stuttgart

Originalpublikation:

Zábó, A., Chaquinga, R., Palacios Pérez, J., Rubenstein, D., Nagy, M., & Ahmad, A. (2026). RAPID: Real-time animal pattern re-identification on edge devices, an open-source tool for field deployment. Methods in Ecology and Evolution, 00, 1–16. https://doi.org/10.1111/2041-210x.70332.

Konvergente Evolution von Mechanismen der räumlichen Navigation

Wed, 24 Jun 2026 11:10:27 +0200

Selbst in der Dunkelheit bleibt der räumliche Orientierungssinn vieler Tiere intakt. Die Basis dafür bilden Nervenzellen, die bei einer bestimmten Kopfrichtung aktiv sind. Tiere aktualisieren diesen internen Kompass, indem sie die Drehgeschwindigkeit ihres Kopfes zeitlich integrieren. Die Bewegungsinformation stammt dabei aus dem Gleichgewichtssystem, dem optischen Fluss und motorischen Signalen. Andere sensorische Reize, wie Landmarken, werden genutzt, um Fehler zu korrigieren, die durch die fortlaufende Integration unweigerlich entstehen.

Kopfrichtungszellen wurden bereits bei vielen Arten nachgewiesen, darunter Fliegen, Nagetieren, Fledermäusen und Fischen. Ob der interne Kompass jedoch auf einem universellen Mechanismus beruht, ist eine bislang offene Frage. Um diese zu klären, haben sich theoretische Neurowissenschaftler um Andreas Herz, Professor für Biologie an der LMU und Forscher am Bernstein Center for Computational Neuroscience München mit Experimentatoren aus dem Labor von Ruben Portugues (ehemals TUM, jetzt Cornell University) zusammengetan. Ihre Ergebnisse sind nun im Wissenschaftsjournal Current Biology erschienen.

In der Fachliteratur werden zwei alternative Kompass-Mechanismen diskutiert. Beide postulieren mindestens einen funktionellen Ring aus Kopfrichtungszellen, auf dem sich ein lokalisierter Gipfel neuronaler Aktivität bildet. Nach der ersten Theorie wird dieser Aktivitätsgipfel bei einer Drehung des Tieres durch drei Zellringe bewegt. Dabei codiert ein Ring die aktuelle Kopfrichtung, während zwei weitere „Shifter“-Ringe zusätzlich Drehungen des Kopfes im beziehungsweise gegen den Uhrzeigersinn repräsentieren.

Bei der Fruchtfliege bilden unterschiedliche anatomische Strukturen diese drei Ringe. Bei Wirbeltieren wurden jedoch bisher keine klaren anatomischen Abgrenzungen gefunden. Dies lässt die Möglichkeit eines zweiten, alternativen Mechanismus offen, bei dem die Drehgeschwindigkeit des Kopfes die synaptische Konnektivität innerhalb eines einzigen Rings moduliert und so den Aktivitätsgipfel ohne Shifter-Ringe verschiebt.

Drei Kompass-Ringe in einem

Ruben Portugues und seine Gruppe entdeckten ursprünglich einen Ein-Ring-Kompass bei Zebrafischen. Doch wie Siyuan Mei, der Erstautor der neuen Studie, erklärt: „Die Wahrheit ist komplexer: Der Zebrafisch besitzt zwar einen einzigen anatomischen Kompassring, aber verborgen auf diesem liegen drei miteinander verflochtene Ringe, die sich funktional genau wie der Drei-Ring-Schaltkreis der Fliege verhalten.“ Wie eine mathematische Analyse der Herz-Gruppe zeigte, kann der Aktivitätsgipfel in allen drei funktionellen Ringen perfekt überlappen. Die Ringe lassen sich daher ausschließlich durch die charakteristische Reaktion der Shifter-Neurone auf Kopfrichtung und Drehgeschwindigkeit voneinander unterscheiden.

Die von den Forschenden entwickelte Methode zur Identifizierung von Kompassringen zeichnet sich durch ihre bemerkenswerte Einfachheit aus. Sie verspricht einen besonders hohen Erkenntnisgewinn bei Wirbeltierarten, bei denen die Identifizierung der anatomischen Konnektivität derzeit noch nicht möglich ist. Die Methode liefert auch Indizien dafür, dass das Kopfrichtungssystem von Nagetieren ein Multiring-Shifter-System darstellt. Dies deutet darauf hin, dass ein zentrales Verarbeitungsprinzip für die räumliche Navigation vom Fisch bis zum Säugetier konserviert ist. Da sich Zebrafische und Fruchtfliegen bereits vor über 550 Millionen Jahren auseinanderentwickelten, weist die funktionelle Ähnlichkeit ihrer Kompasssysteme auf eine konvergente Evolution hin.

Ludwig-Maximilians-Universität München

Originalpublikation:

S. Mei, H. Lavian, Y.K. Wu, M. Stemmler, R. Portugues und A.V.M. Herz: A multi-ring shifter network computes head direction in zebrafish Current Biology 2026 ,https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.05.054

Sichere Wasserversorgung: Neu entdeckter Erfolgsfaktor für Evolution der Bäume

Tue, 23 Jun 2026 11:31:48 +0200

Im Wettbewerb um Licht haben hohe Bäume einen Vorteil. Doch das bringt Herausforderungen mit sich: Sie müssen Wasser von ihren Wurzeln nach weit oben in ihre Stämme, Äste und Blätter befördern. Je größer die Pflanzen im Laufe der Evolution werden, desto schwieriger wird es, Wasser über große Distanzen zu transportieren – insbesondere bei Wasserknappheit.

Gleichzeitig steigt das Risiko sogenannter Embolien: Luftblasen können Wasserleitungsbahnen blockieren und im Extremfall die Versorgung großer Pflanzenteile zusammenbrechen lassen. Das kann die Pflanze zum Absterben bringen.

Die Forschenden verglichen heutige und ausgestorbene große Pflanzenformen – darunter klassische Holzpflanzen, Palmen und Baumfarne. Das überraschende Ergebnis: Trotz sehr unterschiedlicher Entwicklungswege zeigen alle großen Pflanzen ein ähnliches Funktionsprinzip. Ihre Wasserleitungsbahnen sind häufig nicht vollständig miteinander verbunden, sondern in teilweise unabhängige Bereiche gegliedert. Diese räumliche Trennung könnte verhindern, dass lokale Ausfälle das gesamte Versorgungssystem erfassen.

Die Studie schlägt damit auch eine neue Perspektive auf die Frage vor, was einen Baum ausmacht: Nicht allein die Bildung von Holz, sondern die Fähigkeit hydraulische Risiken zu begrenzen. In der Evolution ermöglichte dies den Bäumen, Schäden zu widerstehen und sich im Laufe der Jahrtausende an veränderte Umweltbedingungen anzupassen.

Universität Hohenheim

Originalpublikation:

Bouda M, Brodersen C, Tomescu A: Evolution of arborescence at hydraulic, structural, and developmental limits, Current Biology, 36, R652-R667, DOI: 10.1016/j.cub.2026.04.035

Die Spinne mit dem Katapultnetz

Tue, 23 Jun 2026 10:05:27 +0200

Räuber und Beute liefern sich seit Millionen Jahren ein Wettrüsten. Manche Tiere schlagen blitzschnell zu, andere setzen auf Kraft oder Tarnung. Eine kleine australische Spinne geht noch einen Schritt weiter: Sie hat ein Netz entwickelt, das wie ein gespanntes Katapult funktioniert – und das von der Beute selbst ausgelöst wird. Die sogenannte Ballista-Spinne (Propostira sp.) lebt in der Nähe der Wanderwege der Grünen Weberameise (Oecophylla smaragdina). Diese Ameisen gelten als besonders aggressiv, territorial und wehrhaft. Genau das macht sich die Spinne zunutze.

Tagsüber versteckt sich die Spinne auf der Unterseite von Blättern. Kurz nach Sonnenuntergang beginnt sie mit dem Bau ihrer Falle. Dazu spannt sie zwischen Ästen und Blättern ein fächerförmiges System aus 15 bis 60 Seidenfäden. Am Ende entsteht nahe der Oberfläche ein kleiner kegelförmiger Seidenkörper. Kaum ist dieser Kegel fertig, erscheinen die ersten Ameisen. Sie tasten ihn mit ihren Fühlern ab und reagieren sofort aggressiv. Die Tiere richten ihren Hinterleib auf und beißen in die fremde Struktur – ähnlich wie bei einem Angriff auf Eindringlinge. Genau darauf wartet die Spinne.

Die Beute löst das Katapult selbst aus

Durch den Biss wird der Seidenkegel von seiner Verankerung gelöst. Innerhalb von nur rund 40 Millisekunden zieht sich das gespannte Netz zusammen. Die Ameise hält den Kegel noch mit ihren Mundwerkzeug fest und wird dadurch vom Untergrund gerissen.

Dann folgt ein regelrechter Abschuss, denn die Ameisen erreichen Geschwindigkeiten von bis zu 4,4 Metern pro Sekunde. Die gemessenen Spitzenbeschleunigungen liegen bei mehr als 1300 Metern pro Quadratsekunde. Das entspricht 133 g. Zum Vergleich: ein Mensch erreicht bei einem Raketenstart 4–5 g, ein Kampfjet bis 9 g. Einzelne Tiere werden fast 30 Zentimeter weit in das zentrale Netz geschleudert – eine enorme Distanz für ein Insekt dieser Größe.

Erst wenn die Ameise keinen Bodenkontakt mehr hat, bewegt sich die Spinne. Sie wartet, bis sich die Beute vollständig verheddert hat, und wickelt sie anschließend in weitere Seide ein.

Mehr Leistung als Muskeln liefern können

„Es ist einer der leistungsstärksten bekannten Fangsysteme im Tierreich“, sagt Dr. Jonas O. Wolff, Hauptautor der Studie. „Die Falle speichert elastische Energie in den gespannten Seidenfäden und setzt sie schlagartig frei – ähnlich wie eine vorgespannte Feder. Die dabei erreichten Leistungswerte liegen um mehrere Größenordnungen über dem, was Muskeln allein erzeugen könnten. Selbst andere Spinnen mit katapultartigen Fangnetzen werden übertroffen.“

Möglich wird dies durch die besondere Architektur des Netzes. Viele gespannte Fäden bündeln ihre Kräfte und überwinden so die erstaunliche Haftkraft der Ameisen. Die Grünen Weberameisen besitzen Haftpolster an ihren Füßen, mit denen sie Kräfte erzeugen können, die weit über ihrem eigenen Körpergewicht liegen.

Eine Spezialistin für eine einzige Beute

Besonders bemerkenswert ist die extreme Spezialisierung der Ballista-Spinne. In allen Beobachtungen fingen die Tiere ausschließlich Grüne Weberameisen. Andere Ameisenarten, die auf denselben Bäumen vorkommen, ignorierten den Seidenkegel vollständig. Die Forschenden vermuten deshalb, dass die Spinne den Kegel mit artspezifischen Duftstoffen versieht. Diese könnten die Weberameisen anlocken und gleichzeitig ihre Angriffslust auslösen. Die Falle würde damit nicht nur mechanisch, sondern auch chemisch auf eine einzige Beuteart zugeschnitten sein.

Evolution auf Höchstleistung

Grüne Weberameisen leben in riesigen Kolonien mit Millionen von Arbeiterinnen. Für die Spinne stellen sie eine verlässliche Nahrungsquelle dar. Gleichzeitig sind sie gefährliche Gegner. Wer eine einzelne Ameise fangen will, muss sie schnell von ihren Artgenossen trennen. Genau dieses Problem löst die Ballista-Spinne mit ihrem Katapultnetz. Sie nutzt die Verteidigungsreaktion der Ameise als Auslöser und schleudert die Beute in Sekundenbruchteilen aus der Gefahrenzone.

„Die Entdeckung zeigt, wie weit Spezialisierung in der Natur gehen kann. Aus dem ständigen Wettstreit zwischen Räuber und Beute ist eine Falle entstanden, die zu den leistungsfähigsten biomechanischen Systemen gehört, die bislang bekannt sind“, so der Greifswalder Biologe Wolff.

Universität Greifswald

Originalpublikation:

Ajay Narendra, Pranav Joshi, Daniele Liprandi, Gregory J. Anderson, and Jonas O. Wolff: Ballistic highpowered spider webs overcome dangerous prey defenses. Current Biology 36, R1–R3, June 22, 2026, https://doi.org/10.1016/j.cub.2026.04.066

„Schleuse“ für sperrige Fracht: Neue Details zum Transport von großen Proteinen durch Membranen

Tue, 23 Jun 2026 09:58:58 +0200

Schon in der Schule erfährt man die wichtigsten Aspekte der Biologie, darunter auch dieser zentrale Ablauf: Aus DNA wird RNA und daraus wiederum Proteine. Diese Proteine übernehmen im Körper zahllose lebenswichtige Aufgaben – doch dazu müssen diese in der Zelle oft zu einem anderen Ort transportiert werden und Membranen passieren. Professor Leonid Sazanov und Postdoc Ziyu Zhao vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA) zeigen nun, wie das Tat-System (twin-arginine translocase) sperrige Proteine durch Membranen hindurch transportiert.

Das mysteriöse Tat-System

In einer Zelle befinden sich viele unterschiedliche „Räume“ – mit Membranen abgegrenzte Organelle. Proteine müssen diese Membranen passieren können. In den meisten Zellen funktioniert das am häufigsten durch das Sec-System, bei dem noch nicht fertig gefaltete Proteine einfach durchgezogen werden können wie ein Seil durch ein Loch. Weitaus schwieriger ist es für Proteine, die ihre End-Faltung schon erreicht haben, trotzdem durch solche Barrieren transferiert werden müssen. Die Fracht ist in diesem Fall deutlich größer und sperriger, kann also nicht einfach durchgezogen werden.

In Bakterien und Chlorplasten (Zellen in Pflanzen, die als „Kraftwerke der Photosynthese“ bekannt sind) beispielsweise gibt es für genau dieses Problem das sogenannte Tat-System. Zwar weiß man, dass es in E. coli aus drei verschiedenen Bausteinen besteht (TatA, TatB und TatC), jedoch war bisher nicht bekannt, wie das zusammengebaute Tat-System aussieht und vor allem wie es so problemlos große Proteine durch Membranen durchschleusen kann. Sazanov und Zhao wollten genau verstehen, wie diese molekulare „Schleuse“ aussieht – und wie sie es schafft, ihre sperrige Fracht unbeschadet durch die Membran zu befördern.

Gefroren lässt sich die Struktur besser analysieren

Um das herauszufinden, isolierte Zhao den Tat-Komplex in vivo (im lebenden Organismus) aus E. coli. „Das war kein einfaches Unterfangen, da dieser Proteinkomplex sehr instabil ist. Erst als ich sowohl Tat-Bausteine als auch das zu transportierende Protein in den Bakterien co-exprimierte, war der Komplex haltbar genug, dass ich es aus den Bakterien isolieren konnte und ihn mit Kryo-EM visualisieren konnte“, erklärt Zhao. Der Tat-Komplex mit dessen Fracht wurde anschließend auf ein Elektronenmikroskop-Gitter aufgetragen und zügig in Kryogen eingetaucht. Durch die schnelle Abkühlung vitrifiziert das Wasser in der Probe, d. h. es nimmt eine glasartige Form an, anstatt Eiskristalle zu bilden. In diesem Zustand bleiben die feinen strukturellen Details der Probe erhalten. Schließlich wurde das Tat-System mit einem Kryo-Elektronenmikroskop (Kryo-EM) visualisiert – eine Art Mikroskop, das detailreiche Bilder von Proteinen mit einer Auflösung von 2 bis 3 Ångström liefert, welche zur Bestimmung von atomaren Strukturen erforderlich ist.

Ein Blick ins Innere der „Schleuse“

Die Rekonstruktion der Strukturen in 3D ergab schließlich folgendes Bild: Der Tat-Komplex besteht aus drei TatB/C Bausteinen, welche gemeinsam als Ganzes in einer der zu passierenden Membran schweben. Laut Sazanov sei die Form aber äußerst ungewöhnlich. „Der Tat-Komplex erinnert an eine offene Schüssel mit einem sehr dünnen Boden“, erklärt der Biochemiker. Interessanterweise und unerwarteterweise berührt dabei das Fracht-Protein die Schüssel an den Tat B/C Bausteinen an zwei Stellen. Die erste Stelle erkennt das bestimmte Signal am Fracht-Protein und fixiert dieses wie ein Kleber. Die zweite Bindungsstelle ist laut den Wissenschaftern vermutlich eine Art Kontrollpunkt, an dem eruiert wird, ob das Fracht-Protein richtig gefaltet ist.

Außerdem ließ sich durch die Rekonstruktion erkennen, dass der Tat-Komplex potenziell auch eine Pore besitzt, die geöffnet und verschlossen werden kann. Laut Sazanov und Zhao öffnete sich diese Pore wie ein Tor, nachdem das Fracht-Protein angedockt ist und kontrolliert wurde. Dadurch wird es durch die Membran durchgeführt. Wie genau das funktioniert ist aber noch Spekulation und Teil Zhaos weiterer Forschung.

Ziel für Medikamente in der Zukunft

Das Tat-System kommt nicht in Menschen vor, deswegen eignet es sich als zukünftiges potenzielles Werkzeug für medikamentöse Intervention. In Bakterien beispielsweise ist das System essenziell für deren metabolische Prozesse und Virulenz—deren Aggressivität, wie effektiv sie Infektionen verursachen. Je mehr Details man über die Tat-Bausteine erfährt, desto mehr Möglichkeiten ergeben sich in Zukunft gezielt gegen diese für schädliche Bakterien lebensnotwendigen Prozesse vorzugehen.

Institute of Science and Technology Austria

Originalpublikation:

Ziyu Zhao & Leonid Sazanov. 2026. Structure of E. coli twin-arginine translocase (Tat) complex with bound cargo. Molecular Cell. DOI: 10.1016/j.molcel.2026.05.026, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.05.026

RNA-basierter Pflanzenschutz: Große Chancen – und große Hürden

Tue, 23 Jun 2026 09:52:45 +0200

Forschende der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Université de Strasbourg/CNRS, der Hochschule Bielefeld und der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf haben die Möglichkeiten und Grenzen des Einsatzes von doppelsträngiger RNA (dsRNA) zur Bekämpfung von Pflanzenviren untersucht und erstmals allgemeine Designprinzipien für zukünftige RNA-Trägersysteme in der Pflanzenproduktion entwickelt. Ihre umfassende Analyse ist in der Fachzeitschrift „Nature Plants“ veröffentlicht worden.

So vielversprechend die ds-RNA-Technologie ist – es gibt auch Hürden: Das zentrale Problem besteht darin, dass die RNA-Moleküle zunächst in die Pflanzenzellen gelangen müssen. „Hier liegt die größte Herausforderung“, so Prof. Dr. Karl-Heinz Kogel, einer der beiden Letztautoren der Studie und ehemaliger Direktor des Instituts für Phytopathologie der JLU. „Während zahlreiche Studien über erfolgreiche Anwendungen berichten, wird häufig unterschätzt, dass Viren sich im Inneren der Pflanzenzellen vermehren.“ Eine wirksame Virusbekämpfung setzt daher voraus, dass die aufgesprühte RNA biologische Barrieren wie Blattoberfläche, Zellwand und Zellmembran überwinden kann.

Die Autorinnen und Autoren analysierten die internationale Literatur zu einer Vielzahl künstlicher und biologischer Trägersysteme, die RNA-Moleküle schützen und ihren Transport in Pflanzenzellen erleichtern sollen. Viele Nanocarrier erhöhen nachweislich die Stabilität der RNA auf der Pflanzenoberfläche. Für eine effiziente „Zustellung“ in das Zellinnere und damit für einen verlässlichen antiviralen Schutz unter Praxisbedingungen fehlen jedoch bislang häufig überzeugende experimentelle Nachweise. „Unsere Auswertung zeigt, dass die Möglichkeiten dieser Technologie groß sind“, sagt Prof. Kogel. „Wir legen hier erstmals eine systematische Analyse der größten Hindernisse für RNA-basierte Virusbekämpfung vor. Viele dieser biologischen Barrieren werden in der aktuellen Diskussion unterschätzt. Ihre Überwindung entscheidet darüber, ob RNA-Technologien künftig den Sprung vom Labor auf das Feld schaffen.“

Auf Basis ihrer Analyse entwickelten die Forschenden Designprinzipien für zukünftige RNA-Trägersysteme. Diese sollen dazu beitragen, neue Generationen von Nanocarriern für landwirtschaftliche Anwendungen zu entwickeln. Dabei setzen die Forschenden auf biologisch abbaubare und regulatorisch akzeptable Materialien.

„Unsere Studie liefert einen wichtigen Orientierungsrahmen für die zukünftige Entwicklung nachhaltiger Pflanzenschutzstrategien und zeigt auf, welche wissenschaftlichen Fragen gelöst werden müssen, bevor RNA-basierte Technologien ihr volles Potenzial im Feld entfalten können“, resümiert Prof. Kogel.

Die Erstautorin der Studie, Dr. Ana Sede, wird durch die Dr.-Ernst-Leopold-Klipstein-Stiftung mit einem Postdoc-Stipendium unterstützt. Die an der JLU ansässige Klipstein-Stiftung fördert Projekte zur Schaffung einer zukunftsfähigen Agrar- und Forstwirtschaft.

Universität Gießen

Originalpublikation:

Sede, A.R., Moorlach, B., Galli, M. et al. The unfulfilled potential of nanocarriers for RNA delivery in antiviral crop protection. Nat. Plants (2026). https://doi.org/10.1038/s41477-026-02323-7

Überraschende Rolle im Stickstoffkreislauf: Symbiosen in Schweizer Seen

Mon, 22 Jun 2026 12:33:07 +0200

Ciliaten sind einzellige Eukaryoten, die in Gewässern auf der ganzen Welt leben. Sie ernähren sich von Bakterien und anderen Mikroorganismen. Manchmal gehen sie symbiotische Beziehungen ein, durch die sie auch an Orten überleben können, an denen sie alleine verloren wären.

Die nun veröffentlichte Studie eines Forschungsteams um Linus Zeller und Sina Schorn vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie beschäftigt sich mit Ciliaten der Klasse Plagiopylea. Diese beherbegen in ihrem Inneren Bakterien, die Nitrat in Stickstoffgas umwandeln können und ihren Wirt dadurch mit Energie versorgen. Diese Verbindung ist so eng, dass man die Symbionten mit Mitochondrien vergleichen kann – den sogenannten Kraftwerken in den Zellen von Pflanzen und Tieren, auch uns Menschen.

Um die Symbiose zu untersuchen, arbeiteten die Forschenden mit Schweizer Kollegen der Eidgenössischen Anstalt für Wasserversorgung, Abwasserreinigung und Gewässerschutz (Eawag) und der Universität Basel zusammen. Im Zuger See und im Luganer See suchten sie nach den Ciliaten, untersuchten deren Verteilung im Wasser und verglichen, wie die Verteilung mit verschiedenen Umweltparametern zusammenhängt. So wollten sie herausfinden, wie die Symbionten das Leben ihrer Wirte beeinflussen.

Die Symbiose bestimmt die Nische

“Wir haben festgestellt, dass die Ciliaten nur in einer schmalen Wasserschicht leben, in der es weder Sauerstoff noch Sulfid, aber ein bisschen Nitrat gibt”, so Linus Zeller. “Dass diese Organismen keinen Sauerstoff vertragen, war zu erwarten, denn sie sind streng anaerob. Wir waren aber überrascht, dass sie auch kein Sulfid vertragen, denn viele andere anaerobe Ciliaten leben sehr wohl in sulfidischen Lebensräumen.”

Zudem war es sehr wichtig, dass Nitrat vorhanden ist. Die bakteriellen Symbionten nutzen Nitrat für die sogenannte Denitrifzierung, durch die sie Energie erzeugen können. Die Ergebnisse legen also nah, dass die ökologische Nische der Ciliaten durch die Bedürfnisse der Symbionten bestimmt wird: Der Ciliat kann nur da leben, wo es dem bakteriellen Partner gut geht.

Ein unbeachteter Akteur bei der Stickstoffentfernung

Die Denitrifizierung ist ein wichtiger Teil des Stickstoffkreislaufs. Dabei wandeln Mikroorganismen Nitrat um, zunächst in andere Stickstoffverbindungen und letzendlich in gasförmigen Stickstoff, der in die Luft entweicht. Das ist ökologisch wichtig, da die Menschen durch Landwirtschaft und Kläranlagen große Mengen an Nitrat in Flüsse, Seen und Küstengewässer leiten. Das Nitrat kann gefährliche Algenblüten begünstigen, die Wasserqualität verschlechtern und zur Freisetzung von Treibhausgasen beitragen. Denitrifizierung ist ein natürlicher Weg, Nitrat aus dem Ökosystem zu entfernen. So kann sie verhindern, dass sich zu viel Stickstoff in Gewässern ansammelt.

Die Forschenden aus Bremen schätzen, dass die Symbiose aus Ciliaten und Bakterien einen großen Beitrag zur Stickstoffentfernung in Seen wie dem Zuger und dem Luganer See leisten kann, auch wenn dieser Beitrag von Jahr zu Jahr variieren mag. Bislang wurde dieser Prozess weitgehend frei lebenden Bakterien zugeschrieben. “Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Bedeutung von eukaryotischen Mikroorganismen wie den Ciliaten und ihren bakteriellen Untermietern für den Stickstoffkreislauf möglicherweise unterschätzt wird”, so Sina Schorn, die mittlerweile an der Universität Göteborg tätig ist.

Als nächstes wollen die Forschenden andere Ciliaten und Protisten in Seen und auch im Meer unter die Lupe nehmen. So wollen sie herausfinden, ob Eukaryoten mit symbiotischen Bakterien wichtiger für den globalen Stickstoffkreislauf sind als bisher vermutet.

Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie

Originalpublikation:

Linus M Zeller, Sina Schorn, Louison Nicolas-Asselineau, Jakob Zopfi, Soeren Ahmerkamp, Carsten J Schubert, Fabio Lepori, Marcel M M Kuypers, Jon S Graf, Jana Milucka, Redox gradients define the ecological niche of ciliates with denitrifying endosymbionts in anoxic lake waters, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag043, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag043

Wie RSV die Immunabwehr in Atemwegszellen manipuliert

Mon, 22 Jun 2026 11:24:57 +0200

Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation WHO müssen weltweit etwa 3,6 Millionen Kinder pro Jahr wegen RSV stationär behandelt werden. Für 100.000 endet die Infektion tödlich. „Auf welche Weise das Virus in den Epithelzellen der Atemwege Schaden anrichtet und warum die Immunantwort es nicht besser in Schach hält, war bislang unklar“, sagt Prof. Thomas Pietschmann, Direktor des Instituts für Experimentelle Virologie am TWINCORE in Hannover und Leiter der Studie.

Um diese Frage zu beantworten, haben die Forschenden ein besonderes Zellkulturmodell verwendet. Sie haben Atemwegszellen von humanen Spender*innen, in der Regel Patient*innen, die eine Spenderlunge erhalten, kultiviert. „Im Labor wachsen diese Zellen dann zu einem lungenähnlichen Flimmerepithel zusammen, mit Zilienschlag und Schleimbildung“, sagt Prof. Bettina Wiegmann aus der Klinik für Herz-, Thorax-, Transplantations- und Gefäßchirurgie an der Medizinischen Hochschule Hannover und Koautorin der Studie. Diese Gewebekultur haben sie dann mit RSV infiziert und anschließend durch RNA-Sequenzierungen in jeder einzelnen Zelle die Genaktivität analysiert. „Im Vergleich mit nicht infizierten Zellen erkennen wir, wie tausende von Genen durch die Infektion reguliert werden“, sagt Prof. Emmanuel Saliba, Leiter der Forschungsgruppe „Einzelzellanalyse“ am Helmholtz-Institut für RNA-basierte Infektionsforschung (HIRI) in Würzburg, einem Standort des Braunschweiger Helmholtz-Zentrums für Infektionsforschung in Kooperation mit der Julius-Maximilians-Universität Würzburg.

„Unsere Daten zeigen, dass nur ein Bruchteil der infizierten Zellen überhaupt merkt, dass sie infiziert wurden“, sagt Dr. Sibylle Haid, Wissenschaftlerin in Pietschmanns Institut und gemeinsam mit Kevin Berg (Universität Regensburg) Erstautorin der Arbeit. „Das liegt vermutlich daran, dass nur manche Lungenzellen ausreichende Mengen von Virusdetektoren bilden und damit schnell genug Botenstoffe bilden, um sich selbst und benachbarte Zellen zu schützen.“ Gibt es zu wenige dieser Sensormoleküle, setzt sich das Virus durch, vermehrt sich und unterdrückt dann aktiv diesen Schutzmechanismus. Ein zentraler Botenstoff im Immunsystem ist Interferon, das sowohl direkt antiviral wirkt als auch die sogenannten Interferon-stimulierten Gene (ISGs) aktiviert.

„Auch eine Behandlung der Zellen mit Interferon kann das Virus dann nicht beseitigen“, sagt Haid. Mit einer Ausnahme: Das Team fand heraus, dass der antivirale Transkriptionsfaktor IRF1 von RSV nicht unterdrückt wird und konnte dann zeigen, dass ein künstliches Anschalten dieses Faktors die RSV-Infektion -zumindest in dem vereinfachten Modell - zurückdrängen kann.
Die Forschenden fanden auch eine mögliche Erklärung für die Zellschädigung, die RSV verursacht. „In den infizierten Epithelzellen waren auch die Gene gehemmt, die die Zilienbildung steuern“, sagt Sibylle Haid. Zilien sind die Flimmerhärchen der Zellen, die unter anderem für den Abtransport von Schleim zuständig sind. Wenn diese Funktion durch die Infektion gestört wird, entstehen die typischen Krankheitssymptome.

„Wir konnten in dieser Arbeit wichtige Erkenntnisse über die Pathologie der RSV-Infektion auf zellulärer Ebene gewinnen und außerdem mit IRF1 einen möglichen vielversprechenden Kandidaten für pharmazeutische Eingriffe identifizieren“, sagt Thomas Pietschmann. „Ohne die interdisziplinäre Zusammenarbeit mit unseren Kooperationspartnern wäre das nicht möglich gewesen.“ Neben den Forschungsteams von Thomas Pietschmann, Emmanuel Saliba und Florian Erhard (Universität Regensburg), waren auch das Helmholtz-Zentrum für Infektionsforschung in Braunschweig und die Medizinische Hochschule Hannover beteiligt. Gefördert wurde das Forschungsprojekt vom Exzellenzcluster RESIST.

TWINCORE - Zentrum für Experimentelle und Klinische Infektionsforschung

Originalpublikation:

Kevin Berg, Sibylle Haid, Ehsan Vafadarnejad, Arnaud Carpentier, Robert Geffers, Bettina Wiegmann, Antoine-Emmanuel Saliba, Florian Erhard, Thomas Pietschmann: Respiratory syncytial viral load drives ciliated cell dedifferentiation and suppresses antiviral immunity, Science Advances 2026 Jun 19;12(25):eaed4499. doi: https://doi.org/10.1126/sciadv.aed4499

Gesetzesentwurf der EU-Kommission zu Pestiziden: Europäische Forscher*innen benennen Risiken

Fri, 19 Jun 2026 15:01:52 +0200

Die Europäische Kommission hat ein neues Gesetzespaket vorgelegt. Es soll zentrale Bestimmungen reformieren, die bisher für die Zulassung von Pestiziden gelten. Das „Omnibus-Paket X: Sicherheit von Lebens- und Futtermitteln“ ist Teil einer umfassenden Strategie, mit der die Kommission Rechtsvorschriften in der Europäischen Union (EU) vereinfachen und den Verwaltungsaufwand senken möchte.

Wissenschaftler*innen von 27 europäischen Forschungseinrichtungen benennen nun in einem Artikel im Policy Forum der renommierten Zeitschrift Science Risiken der Neuregelung. Die Autor*innengruppe unter Leitung von Dr. Dimitry Wintermantel von der Universität Freiburg und Dr. Julia Osterman von der Universität Göteborg weisen darauf hin, dass die geplante Reform zentrale Schutzmechanismen der Zulassung schwäche. Die Forschenden legen in ihrem Artikel Empfehlungen vor, wie die EU die schädlichen Auswirkungen von Pestiziden langfristig reduzieren und gleichzeitig den Zulassungsvorgang effizient gestalten könne.

„Das Omnibus-Paket würde die regelmäßige Neubewertung von Pestizid-Wirkstoffen weitgehend abschaffen und bestehende Schwachstellen der Risikoabschätzung vor der Marktzulassung unkorrigiert lassen“, sagt Wintermantel. „Das erhöht die Risiken von Pestiziden für die Biodiversität und die menschliche Gesundheit. Wir sind der Auffassung, dass das Paket damit eindeutig das Vorsorgeprinzip untergräbt und europäischen und internationalen Umweltschutzzielen entgegenwirkt.“

Neubewertung von Wirkstoffen
Derzeit sind Pestizid-Wirkstoffe meist für zehn Jahre auf EU-Ebene zugelassen. Danach können Hersteller eine Weiterzulassung beantragen und müssen dabei Daten zur Sicherheit des Wirkstoffs vorlegen. Dieser durchläuft dann eine erneute Risikoanalyse.

Die Autor*innen stellen heraus, dass mit dem Omnibus-Paket die meisten Wirkstoffe unbegrenzt zugelassen würden und die regelmäßige Neubewertung entfalle. Problematisch sei dabei, dass es nach der Zulassung weder ein systematisches Monitoring gebe, das Pestizid-Risiken aufdecke, noch einen Mechanismus, der daraufhin automatisch eine Nachprüfung auslöse. Zudem erfolge dadurch eine Beweislastumkehr vom Hersteller zu den Behörden. „In der Praxis hat sich die regelmäßige Neubewertung als ein wichtiges Instrument erwiesen. Seit 2011 haben 59 Wirkstoffe aufgrund von Gesundheits- oder Umweltbedenken keine Neu-Zulassung erhalten“, sagt Wintermantel.

Einbeziehung wissenschaftlicher Erkenntnisse

Während die EU für die Zulassung von Pestizid-Wirkstoffen zuständig ist, werden die einzelnen Pestizid-Produkte auf nationaler Ebene der Mitgliedsstaaten genehmigt. Das Omnibus-Paket würde laut den Autor*innen dazu führen, dass wissenschaftliche Erkenntnisse auch bei der Zulassung solcher Produkte weniger einbezogen würden. Bislang müssen EU-Mitgliedsstaaten dabei den aktuellen Stand der Wissenschaft berücksichtigen. Das Paket würde dies zwar formal nicht aufheben, jedoch neu definieren: Als maßgeblich gelte künftig der Wissensstand der letzten EU-Wirkstoffprüfung, der bei unbegrenzter Zulassung weit zurückliegen könne.

Übergangsfristen für Wirkstoffe, deren Zulassung abgelaufen ist
Erhält ein Pestizid-Wirkstoff keine erneute Zulassung, dürfen Produkte, die ihn enthalten, nach der aktuellen Verordnung noch bis zu 18 Monate lang aufgebraucht werden. Das Omnibus-Paket verlängere diese Übergangsfrist auf bis zu drei Jahre – auch wenn der Wirkstoff seine Zulassung wegen Gesundheits- oder Umweltbedenken verloren habe, solange diese nicht als unmittelbar und schwerwiegend eingestuft würden.

„Entgegen dem Ziel des Omnibus-Vorschlags, Innovation zu fördern, birgt der Vorschlag vielmehr das Risiko, Innovationsanreize zu schwächen“, sagt Osterman. „Wenn ältere Produkte länger auf dem Markt verbleiben und keiner regelmäßigen Überprüfung mehr unterliegen, verringert sich der Druck, sicherere und innovativere Alternativen zu entwickeln.“

Empfehlungen für eine Reform zugunsten des Umweltschutzes und der Effizienz
Den Autor*innen zufolge könne der derzeitige Zulassungsstau, der aufgrund verzögerter Prüfungen bestehe, durch eine Investition von jährlich 15 Millionen Euro innerhalb von drei Jahren aufgelöst werden. Um Zulassungsprüfungen zu beschleunigen und hohe Schutzstandards zu sichern, sollten zudem nicht die Antragsteller selbst auswählen, welcher Mitgliedsstaat Pestizide bewerte. Stattdessen solle die EU die Aufgabe nach Expertise verteilen. Die EU müsse Bewertungskriterien vereinheitlichen und die Beweislast klar bei den Pestizidherstellern verankern.

Außerdem sollten Zulassungsstudien öffentlich zugänglich sein, um unabhängige Nachforschungen zu ermöglichen. Um mögliche Risiken nach der Zulassung aufzudecken, sollten Anwendungsdaten mit bestehendem Monitoring – etwa zu Bestäubern – verknüpft werden. Solche Anwendungsdaten erheben Landwirt*innen bereits jetzt. Zudem sollten verstärkt Pestizidrückstände in der Umwelt gemessen werden. Die gemeinsame Analyse dieser Daten würde Pestizide mit hohem Gefahrenpotenzial aufdecken und gezielte Nachprüfungen ermöglichen.

Mit diesen Maßnahmen, so das Fazit der Autor*innen, ließe sich die Zulassung von Pestiziden wissenschaftlich fundierter, transparenter und effizienter gestalten, ohne das Vorsorgeprinzip oder europäische Umweltschutzziele auszuhebeln.

(Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau)

Weitere Informationen
• Originalpublikation: Dimitry Wintermantel et al., EU Omnibus proposal increases pesticide risks. Science, DOI: 10.1126/science.aeg8744 (Online-Vorabpublikation).
• Dr. Dimitry Wintermantel ist wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Professur für Naturschutz und Landschaftsökologie der Universität Freiburg. Er forscht an der Schnittstelle zwischen der Ökologie von Insektenbestäubern und der Risikobewertung von Pflanzenschutzmitteln. Seine Forschung konzentriert sich darauf, wie Pestizide Bienen und andere Insekten sowie die von ihnen erbrachten Bestäubungsleistungen beeinflussen.
• Dr. Julia Osterman ist Wissenschaftlerin an der Universität Göteborg. In ihrer Forschung untersucht sie, welchen Beitrag Bestäuber zur Lebensmittelproduktion haben und wie man Landwirtschaft bestäuberfreundlicher gestalten kann.
• Die Autor*innen wurden durch Finanzierung innerhalb mehrerer „Horizon Europe“-, „Horizon 2020“- und „Biodiversa+“-Projekte der Europäischen Union unterstützt. Weiterhin wurden sie durch den Schwedischen Forschungsrat (Formas) und die schwedische Regierung unterstützt.

Waren Neandertaler wirklich so anders als wir?

Fri, 19 Jun 2026 14:52:55 +0200

Waren Neandertaler von Anfang an grundlegend anders als wir modernen Menschen? Diese Frage beschäftigt die Forschung seit Jahrzehnten. Eine neue Studie zu außergewöhnlich seltenen Überresten von Neandertaler-Säuglingen aus der Sesselfelsgrotte in Niederbayern, an der auch Forschende der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU) beteiligt waren, liefert nun wichtige neue Hinweise. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich Neandertaler und moderne Menschen in ihrer frühesten Entwicklung deutlich ähnlicher waren als bislang oft angenommen.

Erwachsene Neandertaler hatten einen deutlich anderen Körperbau als moderne Menschen – doch es gibt auch überraschende Gemeinsamkeiten. „Unsere Ergebnisse sprechen dafür, dass beide Menschenformen zumindest während der späten Schwangerschaft bemerkenswert ähnliche Wachstumsprozesse durchliefen“, erklärt Prof. Dr. Thorsten Uthmeier, Inhaber des Lehrstuhls für Ur- und Frühgeschichte an der FAU. Diese neuen Untersuchungserkenntnisse liefern weitere Hinweise für die anhaltende Debatte: „Wir wissen über genetische Analysen, dass Neandertaler und moderne Menschen eng miteinander verwandt waren. Trotzdem gibt es eine intensive Diskussion darüber, ob die genetische Verwandtschaft ausreicht, um Neandertaler als Unterart derselben Art zuzurechnen, der auch wir angehören, also dem Homo sapiens.“

Ein internationales Forschungsteam untersuchte mithilfe hochauflösender Mikro-Computertomographie (Mikro-CT) die Fossilien von drei jungen Neandertalern, die vor etwa 75.000 bis 50.000 Jahren lebten – Knochenfragmente eines Neandertaler-Fötus sowie Milchzähne zweier Kinder. Die neuen Analysen des um die Geburt herum verstorbenen Fötus sprechen dafür, dass die Entwicklung des Skeletts vor der Geburt weitgehend den Mustern entspricht, die auch bei heutigen Menschen zu beobachten sind.

Überraschend ähnliche Entwicklung vor der Geburt
Die Mikro-CT-Untersuchungen zeigen, dass die Knochen des Fötus typische Merkmale eines schnellen Wachstums im letzten Schwangerschaftsdrittel aufweisen. Insgesamt ergibt sich damit ein Bild, das dem vorgeburtlichen Entwicklungsverlauf moderner Menschen bemerkenswert ähnelt.

Zwar fanden die Forschenden in einigen Knochen auch Hinweise auf gegenüber den modernen Menschen leicht fortgeschrittenere Wachstumsprozesse. Diese Unterschiede ändern jedoch nichts an der zentralen Erkenntnis der Studie: Neandertaler scheinen in den frühesten Phasen ihrer Entwicklung keinem grundsätzlich anderen biologischen Programm gefolgt zu sein als Homo sapiens.

Zähne liefern Einblicke in die frühe Kindheit
Zusätzliche Hinweise auf das Leben junger Neandertaler lieferten die beiden untersuchten Milchzähne. In ihnen entdeckte das Forschungsteam Mineralisierungsstörungen, die auf physiologische Belastungen bereits vor oder kurz nach der Geburt hindeuten. Solche Veränderungen werden unter anderem mit Vitamin-D- oder Kalziummangel in Verbindung gebracht, ihre genaue Ursache lässt sich jedoch nicht mehr bestimmen.
Sollte sich die Interpretation bestätigen, könnten die Funde aus der Sesselfelsgrotte zu den ältesten bekannten Nachweisen solcher frühen Entwicklungsstörungen bei Neandertalern gehören.

Die Studie entstand im Rahmen des von National Geographic geförderten SHARP-Projekts unter der Leitung von Alvise Barbieri am Interdisciplinary Center for Archaeology and Evolution of Human Behaviour (ICArEHB) der Universität Algarve.

(Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg)

Direkt zur Studie:
https://doi.org/10.1098/rsos.260485

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