VBIO News

Aktualisierte ERA Living Guidelines zum verantwortungsvollen Einsatz von generativer KI in der Forschung

Fri, 15 May 2026 12:33:36 +0200

Die aktualisierten Lebensleitlinien wurden verfeinert, um den raschen Fortschritten in der generativen KI Rechnung zu tragen und sicherzustellen, dass sie den neuesten technologischen Entwicklungen und ihren Auswirkungen auf die wissenschaftliche Gemeinschaft Rechnung tragen. Ihr einfacher und praktischer Ansatz wird beibehalten, während die Grundsätze der Forschungsintegrität wie Rechenschaftspflicht, Transparenz und Verantwortung an den derzeitigen Einsatz generativer KI angepasst sind.

Diese Überarbeitung war begrenzt und technisch, was zu der Klarheit und dem Bildungswert der Lebensleitlinien beiträgt. Es enthält neue Empfehlungen, beispielsweise zu Interaktionen mit Dritten, die KI bei Sitzungen oder im Rahmen des Informationsmanagements einsetzen, und die damit verbundenen Risiken. Es wird auch betont, dass sich Organisationen der „versteckten Aufforderungen“ bewusst sein müssen – Anweisungen für KI-Systeme, die der menschlichen Aufsicht verborgen bleiben.

Diese Arbeit wurde unter Mitwirkung und Zusammenarbeit von Ländern und Interessenträgern im gesamten Europäischen Forschungsraum (EFR) entwickelt. Sein integrativer Ansatz ist nach wie vor von zentraler Bedeutung für den Prozess und wird durch einen offenen Feedback-Prozess für laufende Beiträge und Vorschläge unterstützt.

EU-Kommission

Leitlinien zu KI

Wenn Zellen ihr Inneres nach außen tragen

Fri, 15 May 2026 11:52:42 +0200

Die Glycocalyx ist eine Zuckerstruktur, die wie ein Art Mantel alle menschlichen Zellen umgibt. Als erster Teil der Zelle interagiert sie mit der Umgebung. Dabei ist die räumliche Anordnung der hochkomplexen Zuckerstrukturen keineswegs starr, sondern verändern sich fortwährend. Die unabhängige Forschungsgruppe ›Physikalische Glycowissenschaften‹ unter der Leitung von Prof. Leonhard Möckl am Max-Planck-Instituts für die Physik des Lichts (MPL) erforscht die Zellbiologie der Glycocalyx.

Mit einer neuen Methode namens ›Glycan Atlassing‹ konnten die Wissenschaftler*innen erstmals nachweisen, wie die räumliche Anordnung der Zuckerstrukturen mit dem physiologischen Zellzustand zusammenhängt. Unter Einsatz modernster superhochauflösender Mikroskopietechnologie wurden unterschiedliche Zelloberflächen, von Zellkulturlinien bis hin zu primären menschlichen Blutzellen und primären Gewebeschnitten, auf der Ebene einzelner Zuckerstrukturen kartiert. Auf diese Weise erstellte die Forschungsgruppe eine „Landkarte“ der Glycocalyx. Mit diesem Ansatz konnte gezeigt werden, dass sich die räumliche Anordnung der Glycocalyx auf molekularer Ebene bei Änderung des Zellzustandes „verschiebt“. Zum Beispiel waren auf Immunzellen die Zuckerbausteine anders zueinander angeordnet, wenn die Immunzellen stimuliert wurden, so wie es bei der Immunantwort der Fall wäre. Es wurde erstmals der direkte Nachweis erbracht, dass die Glycocalyx auf der Zelloberfläche wie ein „Bildschirm“ Informationen über den Zellzustand nach außen anzeigt.

Die gewonnenen Daten zur räumlichen Anordnung der Glycocalyx im Nanometerbereich trennen die Profile unterschiedliche Zellzustände zuverlässig. Die Forscher*innen konnten verschiedene Stadien der Krebsentwicklung unterscheiden, aktivierte gegenüber nicht-aktivierten Immunzellen erkennen und Tumor- gegenüber Nicht-Tumor-Bereichen in menschlichem Brustgewebe abgrenzen. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse belegen, dass die Zelloberfläche als strukturierte Anzeige nach außen funktioniert und sich mit einem standardisierbaren Verfahren auslesen lässt. „Die Ergebnisse liefern eine vielversprechende Grundlage für die Entwicklung zukünftiger Diagnoseverfahren, da Glycan Atlassing auch in komplexen Proben validierte Ergebnisse liefert“, erläutert Möckl, Studienleiter und Korrespondenzautor.

Im nächsten Schritt soll die Methode auf weitere Zielstrukturen angewendet und automatisiert werden. Ziel des Teams ist es, die Probenzahl zu erhöhen, um das Verfahren für die routinemäßige medizinische Anwendung nutzbar zu machen. „In breit angelegten Studien möchten wir prüfen, welche Oberflächenmuster mit bestimmten Krankheitsverläufen oder Therapieantworten zusammenhängen und wie sich Zellzustände über die Oberfläche früh und objektiv erfassen lassen“, erläutert Möckl die künftigen Vorhaben seines Teams.

Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts

Originalpublikation:

Moonnukandathil Joseph, D., Yurekli, N., Fritsche, S. et al. Glycan atlassing enables functional tracing of cell state. Nat. Nanotechnol. (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-026-02151-y

Neue antimikrobielle Peptide in Ameisengift entdeckt

Fri, 15 May 2026 10:00:52 +0200

Ameisengift ist komplexer als bisher angenommen

Das Gift von Schuppenameisen, zu denen auch die Waldameisen gehören, galt bislang als vergleichsweise einfach zusammengesetzt: Ameisensäure wurde seit ihrer Entdeckung im 17. Jahrhundert als zentraler und nahezu alleiniger Inhaltsstoff dieser Ameisengifte betrachtet. „Wir sind in unserem Projekt einer jahrzehntealten und weitgehend unbeachteten Publikation nachgegangen, in der erwähnt wurde, dass diese Gifte vielleicht auch eiweißartige Stoffe enthalten“, sagt der Projektleiter und Professor für Pharmazeutische Biologie am Institut für Pharmazie der Freien Universität Berlin, Timo Niedermeyer. Er ergänzt: „Wir haben nun zwei völlig neue Peptid-Familien in den Giften von Schuppenameisen nachgewiesen. Diese Peptide sind einzigartig in diesen Ameisen, kommen dort aber weit verbreitet vor. Ihr Gift ist wesentlich komplexer als bisher angenommen.“

Ameisengift schützt Brut vor Pilzerkrankungen

Die im Gift identifizierten Peptide leisten offenbar einen Beitrag zur Nesthygiene: So schmieren die Ameisen ihre Brut mit ihrem Gift ein – die Peptide bleiben nach dem Verdunsten der Ameisensäure auf den Puppen zurück und wirken dort Infektionen entgegen. „Einige der Peptide zeigen eine ausgeprägte Wirkung gegen Pilze. Das ist interessant vor dem Hintergrund einer Bedrohung sozialer Gemeinschaften durch Umweltmikroben und Krankheitserreger sowie zunehmender Resistenzen dieser Mikroben gegen antimikrobielle Wirkstoffe“, betont Dr. Simon Tragust, Projektleiter am Institut für Biologie der Universität Halle. „Mit über 3.700 Arten eröffnet die Unterfamilie Formicinae (Schuppenameisen) ein enormes Potenzial für die Entdeckung weiterer bioaktiver Substanzen.“

Die Forschungsergebnisse untermauern, dass das Gift von Schuppenameisen vielfältige Funktionen erfüllt. Die Ameisen verwenden es nicht nur zur Verteidigung, sondern auch zur Desinfektion, zur Steuerung ihrer Darmflora und zur Kommunikation mit Artgenossen.

Internationale Spitzenforschung

Für ihre Arbeit kombinierten die Forschenden Methoden aus Biologie, Chemie und Pharmazie. Mithilfe moderner Proteotranskriptomik wurden Protein- und RNA-Daten zusammengeführt, um die im Gift enthaltenen Peptide und ihre Gensequenzen zu identifizieren. Ergänzend kamen chemische Analysen, synthetische Verfahren und funktionelle Bioaktivitätsassays zum Einsatz. Weitere Einblicke in Struktur und Evolution der Giftbestandteile lieferten biophysikalische Experimente, Genomanalysen sowie computergestützte Modellierungen.

Durch die interdisziplinäre Herangehensweise und die Untersuchung der Giftsekrete mehrerer Ameisenkolonien verschiedener Ameisenarten zählt die Arbeit zu den bisher umfassendsten vergleichenden Analysen von Ameisengiften.

Freie Universität Berlin und Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg

Originalpublikation:

Lukas Koch et al.: Beyond formic acid: Peptides in carpenter ant venoms aid in disease protection.Sci. Adv.12,eaed4078(2026).DOI:10.1126/sciadv.aed4078

Erbliche Epilepsie im Mausmodell erfolgreich behandelt

Fri, 15 May 2026 09:56:34 +0200

Epilepsien können viele Gründe haben; manche Formen sind genetisch bedingt. Häufig liegt dabei die Ursache in einer Veränderung in einem Gen namens SCN1A, das den Bauplan für einen Natriumkanal von Nervenzellen enthält und eine wichtige Rolle bei der Signalübertragung spielt. Besonders betroffen sind Nervenzellen, die im Gehirn normalerweise wie eine Art Bremse wirken. Funktioniert diese Bremse nicht richtig, können Nervenzellnetzwerke überaktiv werden – und epileptische Anfälle auslösen.

Einige Mutationen im SCN1A-Gen führen zur erblichen Epilepsieform GEFS+. Dabei treten häufig bereits im frühen Kindesalter fieberbedingte Anfälle auf. Bislang werden solche genetischen Epilepsien mit Antiepileptika behandelt. Die Medikamente können zwar die Anzahl der Anfälle bei Patient:innen reduzieren, gehen aber häufig mit Nebenwirkungen einher. Zudem sprechen nicht alle Betroffenen ausreichend auf die Behandlung an.

Mutation direkt im Mäusehirn korrigiert

Forschende unter der Leitung der Professoren Gerald Schwank und Hanns Ulrich Zeilhofer am Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universität Zürich (UZH) zeigen nun erstmals im Mausmodell, dass sich eine solche krankheitsauslösende Mutation mithilfe der Geneditierung direkt im Gehirn der Tiere korrigieren lässt. «Die Behandlung verbesserte die Kommunikation zwischen Nervenzellen, senkte die Häufigkeit fieberbedingter epileptischer Anfälle deutlich und erhöhte das Überleben der Tiere», sagt Lucas Kissling, Postdoc und Co-Erstautor der Studie.

«Prime Editing» als molekulare Korrekturfunktion

Das Forschungsteam verfolgte einen neuen Ansatz: «Statt die Folgen der Mutation zu behandeln, wollten wir den Fehler direkt in der Gensequenz korrigieren», erklärt Kissling. Dafür nutzten die Forschenden eine präzise Methode der Geneditierung namens «Prime Editing». Das Verfahren basiert auf der sogenannten Genschere CRISPR/Cas und erlaubt es, einzelne Fehler im Erbgut gezielt zu korrigieren, ohne die DNA vollständig zu durchtrennen. «Das ist besonders wichtig für Nervenzellen, die sich kaum teilen und deshalb für viele herkömmliche Genkorrekturverfahren schwer zugänglich sind», sagt Postdoc Francesca Pietrafesa, zweite Co-Autorin der Studie.

Die Forschenden arbeiteten mit Mäusen, die dieselbe Mutation im SCN1A-Gen tragen wie Menschen mit GEFS+. Die Tiere entwickelten unter anderem fieberbedingte epileptische Anfälle – ähnlich wie betroffene Patient:innen. Nach der Behandlung mit Prime-Editing zeigte sich: In einer wichtigen Hirnregion konnten die Forschenden die krankheitsverursachende Mutation in den meisten Nervenzellen erfolgreich korrigieren. Die Therapie verbesserte zudem die gestörte Signalübertragung im Gehirn deutlich. Gleichzeitig sank die Häufigkeit fieberbedingter Anfälle stark. «In der Kontrollgruppe entwickelten rund 80 Prozent der Tiere Anfälle. Nach der wirksamsten Prime-Editing-Behandlung waren es nur noch etwa 15 Prozent», so Pietrafesa.

Grundlage für ursachenbasierte Therapien

Besonders vielversprechend ist, dass der Ansatz die natürliche Genregulation grundsätzlich aufrechterhält. Statt dem Körper eine zusätzliche Kopie des Gens zu liefern, wie es bei herkömmlichen Gentherapien gemacht wird, wird die fehlerhafte Sequenz an ihrem ursprünglichen Ort korrigiert. «Auch wenn es sich bisher um präklinische Daten aus einem Mausmodell handelt, eröffnen unsere Ergebnisse neue Perspektiven – nicht nur für die Behandlung von Epilepsien im Zusammenhang mit dem SCN1A- Gen, sondern möglicherweise auch für andere neurologische Erkrankungen, die durch einzelne genetische Mutationen verursacht werden», fasst Lucas Kissling zusammen.

Universität Zürich

Originalpublikation:

Lucas Kissling, Francesca Pietrafesa et al. Prime editing of a pathogenic Scn1a allele ameliorates seizure phenotypes in a GEFS+ mouse model. Science Translational Medicine. May 13, 2026. DOI: https://doi.org/10.1126/scitranslmed.adz2557

Wie Wasserflöhe ihre Fressfeinde aufspüren

Fri, 15 May 2026 09:49:47 +0200

Die Forschenden arbeiteten mit drei Daphnien-Arten, die nicht nur von unterschiedlichen Fressfeinden bedroht werden, sondern deren Räuber auch verschiedene chemische Signale aussenden und so unterschiedliche Verteidigungsreaktionen auslösen. Daphnia magna wird in Anwesenheit der Urzeitkrebse Triops kugelrund; Daphnia longicephala macht sich durch einen vergrößerten Kopf weniger handhabbar für Rückenschwimmer; und Daphnia lumholtzi lässt sich verlängerte Kopfdornen und Schwanz-Stachel zur Verteidigung gegen Stichlinge wachsen.

Dass die Räuber chemische Signale aussenden, die sogenannten Kairomone, war bereits bekannt. Unklar war jedoch, welche Rezeptoren die Daphnien nutzen, um die Kairomone zu detektieren. Das Bochumer Team hatte sogenannte ionotrope Rezeptoren im Verdacht, bei denen sich durch die Bindung eines Moleküls ein Ionenkanal öffnet.

In Daphnien und auch in anderen Organismen sind diese ionotropen Rezeptoren in Gerüste von Co-Rezeptoren eingebettet, die den Rezeptorkomplex in der Membran verankern und die verschiedenen Untereinheiten funktionell miteinander verbinden. Die Rolle dieser Co-Rezeptoren, genauer gesagt der Untertypen IR25a and IR93a, interessierte die Bochumer Biologinnen und Biologen. Sie schalteten die Expression der beiden Gene gezielt aus, sodass die Daphnien diese Co-Rezeptoren nicht mehr herstellen konnten.

Rezeptor-Produktion unterdrückt

Normalerweise werden die Rezeptorproteine gebildet, indem die entsprechenden Gene im Zellkern abgelesen und als Boten-RNA ins Zellplasma exportiert werden. Hier wird die Boten-RNA in ein Rezeptor-Protein übersetzt, welches schließlich in die Zellmembran, eingebaut wird vor allem in den chemosensorischen Antennen der Daphnien.

Diesen Prozess störte das Team mit der RNA-Interferenz-Methode: Die Forschenden injizierten RNA-Fragmente in die Daphnien. Diese Fragmente lagerten sich an die Boten-RNA an und verhinderten dadurch deren Übersetzung in ein Rezeptor-Protein.

Keine Verteidigungen ohne Co-Rezeptoren

Daphnien, die aufgrund der RNA-Interferenz die Co-Rezeptoren IR25a and IR93a nicht herstellen konnten, bildeten keine Verteidigungen aus – auch wenn sie in Anwesenheit ihrer Fressfeinde aufgewachsen waren. Das äußere Erscheinungsbild der Tiere ohne Co-Rezeptoren sah genauso aus wie das von Kontrolltieren, die nicht zusammen mit Fressfeinden aufgewachsen waren. Dieser Effekt zeigte sich bei allen drei untersuchten Arten. Die beiden unterdrückten Co-Rezeptoren müssen demnach eine Rolle bei der Wahrnehmung der chemischen Signale spielen, welche die Räuber aussenden.

„Wir interessieren uns für die Dynamiken von Räuber-Beute-Interaktionen, weil wir erwarten, dass der Klimawandel Einfluss auf solche Beziehungen haben wird, zum Beispiel indem durch einwandernde Arten neue chemische Signale in das System eingetragen werden“, sagt Linda Weiss. „Wird die chemische Kommunikation gestört, kann das die Wirksamkeit von Verteidigungsreaktionen untergraben und letztendlich Folgen für Fraßraten oder Populationsdynamiken und schließlich Konsequenzen für die Stabilität ganzer Nahrungsnetze im Süßwasser haben.“

Ruhr-Universität Bochum

Originalpublikation:

Annette Graeve, Joshua Huster, Julia Mayweg, Ronja Fiedler, Jana Plaßmann, Deria Görl, Alina Keilmann, Simon Alev, Petra Wahle, Linda C. Weiss; Predator cue detection in Daphnia involves ionotropic receptors IR25a and IR93a. Proc Biol Sci 1 May 2026; 293 (2070): 20253283. https://doi.org/10.1098/rspb.2025.3283

Schöner Wohnen: Neu entdecktes Myxobakterium in einer Cyanobakterien-WG betreibt Fotosynthese

Fri, 15 May 2026 09:41:53 +0200

Das Mikrobiom der Cyanobakterien

Die Forschenden der Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH (DSMZ) haben in ihren Untersuchungen mehr als 30 Kulturen des fadenförmigen marinen Cyanobakteriums Coleofasciculus untersucht, das als bedeutendster Primärproduzent biologischer Matten in der Gezeitenzone auch eine wichtige Funktion für den Küstenschutz hat. „Da es in den meisten Fällen nicht ohne weiteres möglich ist, die spannendsten Begleitbakterien im Labor in Reinkultur zu züchten, waren wir zunächst auf moderne molekularbiologische Methoden angewiesen,“ erläutert Professor Petersen. „Wir konnten zeigen, dass die Hochdurchsatz-Sequenzierung des kompletten 16S rRNA Gens mit angrenzender ITS Region (16S-ITS) und darauf aufbauend die Metagenomik die entscheidenden Werkzeuge für eine zeitgemäße und umfassende Charakterisierung der komplexen Konsortien sind.“ Allein in der Kultur des Cyanobakteriums Coleofasciculus sp. WW12 konnten mehr als 70 unterschiedliche Arten von Begleitbakterien identifiziert werden. Die vorliegenden Genomdaten zeigen, dass ein Großteil dieser Bakterien bisher noch nicht wissenschaftlich beschrieben wurde. Die Forschenden gehen davon aus, dass es sich dabei um mehr als 60 neue Arten handelt, von denen sie die ersten Vertreter bereits erfolgreich kultiviert haben. Von besonderem Interesse ist die Entdeckung eines Myxobakteriums, Candidatus Photomyxococcus marinus gen. nov., sp. nov.. Diese Bakteriengruppe ist bekannt dafür, medizinisch und biotechnologisch relevante Stoffwechselprodukte herzustellen. Sie ernähren sich von anderen Mikroorganismen, die sie „jagen“. „In diesem Fall allerdings besitzt das neu entdeckte Bakterium auch das komplette Repertoire an Genen, mit denen es Fotosynthese betreiben kann. In Einklang mit einer metagenomischen Umweltstudie ist dies die weltweit erste Entdeckung eines bereits ‚kultivierten‘ phototrophen Myxobakteriums“, informiert Pia Marter, Doktorandin am Leibniz-Institut DSMZ und Erstautorin der beiden Publikationen. Warum das Bakterium eine zweite Strategie zur Energiegewinnung entwickelt hat, soll jetzt weiter untersucht werden. Parallel werden die Forschenden versuchen, das
Myxobakterium in Reinkultur zu züchten. Dies erleichtert zukünftige Untersuchungen des Organismus und erlaubt die Vorzüge des WG-Lebens besser zu verstehen.

Die Cyanosphäre – unentdeckte Schatzkiste der Biodiversität

Cyanobakterien, früher auch als „Blaualgen“ bezeichnet, sind weltweit verbreitet und leben in den unterschiedlichsten Habitaten. Da sie genau wie Pflanzen Lichtenergie nutzen und Sauerstoff freisetzen, wurden sie lange Zeit von Botanikern untersucht und nehmen in der Mikrobiologie auch heute noch eine besondere Stellung ein. Da die aufwändige Gewinnung von Reinkulturen keine notwendige Voraussetzung für die wissenschaftliche Beschreibung neuer Arten ist, enthalten die meisten isolierten Cyanobakterien auch eine Vielzahl unbekannter Begleitbakterien. Die Hinterlegung solcher cyanobakteriellen Isolate an der DSMZ gewährleistet eine umfassende Abdeckung der biologischen Vielfalt dieser wichtigen Gruppe von Mikroorganismen. „Mit unseren bisherigen Untersuchungen im Rahmen des sammlungsbezogenen Forschungsprojektes konnten wir zeigen, dass wir in der Lage sind, auch die ´Mitbewohner` der Cyanobakterien über Jahre hinweg stabil zu kultivieren,“ fasst Prof. Dr. Jörn Petersen zusammen. „Somit stellen diese Bakterien und ihre Begleitflora eine Art Zeitkapsel dar, in der das ursprüngliche Ökosystem konserviert wird.“ Die DSMZ stellt Forschenden weltweit das Mikrobiom von Coleofasciculus als Konsortium zu Verfügung. Einige Bakterien aus dieser Wohngemeinschaft wurden bereits isoliert und werden als Reinkulturen angeboten.

Leibniz-Instituts DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH

Originalpublikationen:

Marter P., Freese H.M., Ringel V., Brinkmann H., Pradella S., Rohde M., Jarek M., Spröer C., Wagner‐Döbler I., Overmann J., Bunk B. and Petersen J. (2025) Superior resolution profiling of the Coleofasciculus microbiome by amplicon sequencing of the complete 16S rRNA gene and ITS region. Environ Microbiol Rep 17: e70066. https://doi.org/10.1111/1758-2229.70066

Marter P., Brinkmann H., Freese H.M., Ringel V., Bunk B., Jarek M., Koblížek M., Wagner-Döbler I. and Petersen J. (2026) The microbiome of marine mat-forming cyanobacteria - A microcosm of taxonomic novelty and phototrophic diversity. ISME Commun 6: ycag041. https://doi.org/10.1093/ismeco/ycag041

Der Schwarm hat ein Gedächtnis. Wie Fische und Vögel sich gegenseitig austricksen

Thu, 14 May 2026 09:28:00 +0200

Durch Zusammenarbeit können Tiergruppen Erstaunliches leisten. Manche Fische, Vögel oder Insekten agieren als Schwarm, fliehen gemeinsam vor Räubern, verarbeiten Informationen und koordinieren ihre Bewegungen mit erstaunlicher Präzision. Schwefelmollys gehören dabei zu den eindrucksvollsten Beispielen. Wenn räuberische Vögel die Fischschwärme angreifen, reagieren die Mollys mit kollektiven Wiederholungswellen: schnellen, synchronisierten Tauchbewegungen, die sich wie sichtbare Schockwellen – oder La-Ola-Wellen – über die Wasseroberfläche ausbreiten. Frühere Studien des Forschungsteams des Exzellenzclusters „Science of Intelligence“ (SCIoI) mit dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) hatten bereits gezeigt, dass diese Wellen eine effektive Verteidigungsstrategie sind. Sie verringern den Jagderfolg der Vögel und verlängern die Zeit bis zum nächsten Angriff.

Eine zentrale Frage blieb jedoch bislang unbeantwortet: Wie reagieren die Räuber darauf? Nehmen sie die Nachteile hin? Oder haben sie Strategien, um die kollektive Verteidigung zu umgehen? Um diesen Fragen nachzugehen, analysierte das Forschungsteam 800 Angriffe der drei Vogelarten, die in freier Wildbahn Jagd auf Schwefelmollys machen. Dazu zählen Eisvögel wie der Amazonasfischer und der Grünfischer, aber auch der Schwefelmaskentyrann. Wochenlang warteten die Forschenden nahezu regungslos am Schwefelfluss im mexikanischen Bundesstaat Tabasco auf die Angriffe der Vögel auf die Fische. Diese Geduldsprobe brachte schließlich rund 120 Stunden Videomaterial und einen der bislang größten Datensätze zu diesem ungewöhnlichen Räuber-Beute-System hervor.

Unterschiedliche Angriffstaktiken der Vögel, um La-Ola-Wellen der Fische zu vermeiden:

Die angreifenden Vogelarten verhielten sich unterschiedlich. Die beiden Eisvogelarten griffen nicht dort an, wo am meisten Fische waren, sondern zielten bevorzugt auf die Ränder der Fischschwärme, also auf Bereiche, die deutlich weniger kollektive Wellen auslösten. Angriffe ins Zentrum des Schwarms waren erfolgreicher, provozierten aber auch deutlich stärkere kollektive Reaktionen. Dadurch mussten die Räuber länger warten, bevor sie erneut angreifen konnten. „Indem die Eisvögel die Randbereiche attackierten, verzichteten sie offenbar auf unmittelbaren Jagderfolg, um die störenden Effekte der Wellen zu vermeiden. Die Räuber schienen also gezielt Schwachstellen in der kollektiven Verteidigung der Beute auszunutzen“, sagt Korbinian Pacher, der Erstautor der Studie und Forscher am IGB sowie im Exzellenzcluster SCIoI.

Der Schwefelmaskentyrann nutzte eine andere Jagdstrategie als die Eisvögel. Anstatt auffällige Tauchangriffe auszuführen, führten die Vögel schnelle, schwer erkennbare Überflüge aus, bei denen die Fische oft bereits gefangen wurden, bevor der Schwarm kollektiv reagieren konnte. Da diese Attacken nur schwache kollektive Wellen auslösten, konnte der Schwefelmaskentyrann das Zentrum des Schwarms angreifen, also genau den Bereich mit der höchsten Fangwahrscheinlichkeit.

Gerade dieser Unterschied half den Forschenden zu verstehen, was die Räuber tatsächlich vermeiden wollten. Die Vögel mieden nicht das Zentrum des Schwarms an sich. Sie versuchten vielmehr, die starken kollektiven Reaktionen zu umgehen, die dort ausgelöst wurden. Sobald ein Räuber diese Wellen durch eine andere Strategie umgehen konnte, wurde das Zentrum wieder zum bevorzugten Angriffsziel. Die Ergebnisse legen somit nahe, dass das kollektive Verhalten der Fische die Entscheidungen der Räuber aktiv beeinflusst.

Der Schwarm scheint sich an Angriffe zu „erinnern“

Die überraschendste Entdeckung betraf jedoch das Verhalten der Fischgruppen selbst. Die Forschenden fanden Hinweise darauf, dass Schwefelmollys sich kollektiv an frühere Angriffe „erinnern“. Wenn zwei Angriffe räumlich oder zeitlich nah beieinander stattfanden, reagierten die Fische beim zweiten Angriff mit deutlich stärkeren Wellen. Das Forschungsteam bezeichnet dieses Phänomen als „Priming“. Priming ist aus vielen biologischen Systemen bekannt, etwa aus dem Gehirn oder dem Immunsystem. Dort beeinflussen frühere Erfahrungen, wie stark ein System später reagiert. Einen solchen Effekt in einem großen Tierkollektiv zu beobachten, ist jedoch äußerst ungewöhnlich.

„Normalerweise verstehen wir Gedächtnis als etwas, das in einzelnen Gehirnen oder Individuen gespeichert wird“, sagt Korbinian Pacher. „Hier sehen wir Hinweise darauf, dass frühere Räuberangriffe das Kollektiv vorübergehend so verändern können, dass es anders reagiert. Der Schwarm scheint sozusagen Informationen über vergangene Gefahren kurzfristig im kollektiven Gedächtnis zu speichern.“ Die Vögel reagierten wiederum auf die stärkeren Wellen des „Schwarmgedächtnisses“: Nachdem sie viele Wellen ausgelöst hatten, setzten Eisvögel ihre nächsten Angriffe tendenziell weiter entfernt an. Wer in diesem evolutionären Wettkampf letztlich die Oberhand behält, bleibt offen.

„Was dieses System so faszinierend macht, ist die Tatsache, dass sich beide Seiten ständig aneinander anpassen“, sagt IGB-Abteilungsleiter Prof. Jens Krause, Leiter der Studie und Forscher im Exzellenzcluster SCIoI. „Die Räuber verändern ihre Angriffspunkte, um starke Wellen zu vermeiden, während die Fische offenbar kollektiv Informationen über frühere Angriffe speichern. Das zeigt, wie dynamisch und komplex kollektives Verhalten in der Natur sein kann.“ Die Studie zeichnet somit ein deutlich dynamischeres Bild kollektiven Verhaltens als bisher angenommen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Tiergruppen nicht nur im Moment gemeinsam handeln, sondern auch vorübergehend Informationen vergangener Ereignisse in den Dynamiken des Kollektivs speichern können. Frühere Erfahrungen könnten so zukünftige Gruppenreaktionen beeinflussen – ganz ohne zentrale Steuerung oder Anführer.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei

Originalpublikation:

Korbinian Pacher, David Bierbach, Yunus Sevinchan, Carolina Doran, Jesus E. Jiménez-Jiménez, Alejandro Juárez-López, Lenin Arias-Rodriguez, Stefan Krause, Pawel Romanczuk, Ralf H. J. M. Kurvers, Jens Krause; Strategic choices of attack location allow predators to counter a collective prey defence. Proc Biol Sci 1 May 2026; 293 (2070): 20260566. https://doi.org/10.1098/rspb.2026.0566

Video der fischigen La-Ola-Welle auf YouTube >

Auch Fische machen tagsüber ein Nickerchen

Wed, 13 May 2026 12:10:11 +0200

Menschen und andere Säugetiere durchlaufen klar unterscheidbare Schlafphasen. Eine davon ist leicht an den schnellen Augenbewegungen hinter geschlossenen Lidern zu erkennen, die ihr ihren Namen geben: REM-Schlaf (Rapid Eye Movement). In diesem Zustand erleben wir unsere lebhaftesten und intensivsten Träume.

Ob auch andere Tiere als Säugetiere ähnliche Schlafphasen haben, insbesondere einen durch Augenbewegungen gekennzeichneten Schlaf, wird in der Forschung seit Langem diskutiert. Forschende am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen haben nun erstmals eine komplexe Schlafarchitektur bei Fischen nachgewiesen. Bereits bekannt war, dass die meisten Knochenfische, darunter auch der Modellorganismus Zebrabärbling (Danio rerio), mehrminütige inaktive Phasen durchlaufen, in denen sie weniger auf Reize reagieren. Die neue Studie zeigt, dass sich diese Ruhephasen voneinander unterscheiden: Die Forschenden identifizierten drei Schlafarten mit jeweils charakteristischen Augenbewegungen sowie eine vierte Art ohne jegliche Augenbewegungen.

Untersuchung frei schwimmender Fische

Frühere Studien hatten gelegentliche Augenbewegungen bei Fischen während kurzer Ruhephasen bemerkt, aber bislang fehlte eine systematische Untersuchung dieser während des natürlichen, unbeeinflussten Schlafs. „Ich war verblüfft, als ich zum ersten Mal sah, wie sich die Augen der Fische auf so charakteristische Weise bewegten“, sagt Vikash Choudhary, der zusammen mit Charles Heller Erstautor der Studie ist. Der Erfolg ist einem neuen experimentellen Aufbau zu verdanken, erklärt Choudhary: „Besonders an unserem Ansatz, ist, dass wir als erste gleichzeitig Augen- und Körperbewegungen über einen vollen 24-Stunden-Zeitraum bei frei schwimmenden Fischen aufgezeichnet haben.“ Dies wurde durch ein spezielles Tracking-Mikroskop ermöglicht, das die Larven von Zebrafischen verfolgt, während sie sich ungehindert bewegen. Da die Gehirne von Zebrafischlarven transparent sind, kann das Mikroskop zusätzlich die gesamte Gehirnaktivität in Echtzeit erfassen.

Mittels dieser Methodenkombination stellt das Team fest, dass jeder Ruhezustand einem eigenen Tagesrhythmus folgt: Schlaf ohne sichtbare Augenaktivität tritt überwiegend in der Nacht auf. Von den drei Ruhezuständen mit Augenbewegung (quiescence with eye movement, abgekürzt QEM) kommt einer hauptsächlich nachts vor, während ein anderer in den frühen Morgenstunden gehäuft zu beobachten ist. Bemerkenswerterweise tritt QEM-1, der häufigste der QEM-Zustände, fast ausschließlich tagsüber auf. Dies ist umso überraschender, als Fische in QEM-1 nur schwer zu wecken sind, was sie zu einer leichten Beute für Fressfeinde macht.

Artenübergreifende Schlafphasen

Während dieses Tagschlafs ist die Gehirnaktivität großflächig reduziert. Zusammen mit anderen typischen Schlafmerkmalen in Verhalten und neuronaler Aktivität bestätigt dies, dass QEM-1 tatsächlich ein Schlafzustand ist, am ehesten vergleichbar mit einem Nickerchen. Zudem folgt die Gehirnaktivität festgelegten Mustern, anhand derer man vorhersagen kann, wie lange ein Fisch bereits geschlafen hatte und wann er aufwachen wird. Zusätzliche Experimente unter verschiedenen Lichtbedingungen zeigten, dass die Schlafarchitektur durch das Zusammenspiel der inneren biologischen Uhr und der Lichteinwirkung gesteuert wird. Bemerkenswerterweise konnten alle vier Schlafzustände und ihre Architektur auch bei zwei verwandten Danio-Arten beobachtet werden. Dies deutet darauf hin, dass diese Schlafarchitektur evolutionär schon recht früh entstanden sein könnte.

Die Ergebnisse werfen zahlreiche weitere Fragen auf. Beispielsweise ist unklar, ob die Augenbewegungen eine Funktion erfüllen oder lediglich ein Nebenprodukt neuronaler Aktivität sind. „Uns interessiert nun besonders, welche Rollen die verschiedenen Schlafphasen spielen”, sagt Jennifer M. Li, die gemeinsam mit Drew Robson das Labor leitet, in dem die Studie durchgeführt wurde. „Schlaf ist für viele Prozesse wichtig, von der Reaktivierung von Erinnerungen bis zur Entsorgung von Abfallprodukten, aber wir verstehen noch nicht vollständig das Warum und den zeitlichen Ablauf. Zebrafische mit ihren transparenten Gehirnen bieten uns ausgezeichnete Möglichkeiten, dies zu erforschen.” Die Forschenden untersuchen nun die neuronale Aktivität während des Nachtschlafs genauer, um die Mechanismen und Funktionen der unterschiedlichen Schlafphasen besser zu verstehen.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Originalpublikation:

Choudhary, V., Heller, C.R., Aimon, S. et al. Eye movement kinematics reveal novel circadian organization of sleep substates. Nat Commun 17, 4068 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72222-0

KI-Modell macht Entwicklungswege biologischer Zellen nachvollziehbar

Wed, 13 May 2026 11:48:46 +0200

Wie wird aus einer unreifen Zelle eine Pigmentzelle, eine Nervenzelle oder eine Blutzelle? Moderne Einzelzellmethoden können sehr genau erfassen, welche Gene in einzelnen Zellen aktiv sind. Daraus lässt sich ableiten, wie sich Zellen während der Entwicklung verändern. Was bisher jedoch nur begrenzt möglich war: vorherzusagen, welche regulatorischen Gene diese Entwicklung antreiben – und was passiert, wenn einzelne dieser Gene ausgeschaltet werden.

Ein Team um Prof. Fabian Theis, Direktor des Computational Health Center (CHC) bei Helmholtz Munich und Professor an der TUM, sowie Tatjana Sauka-Spengler, Ph.D., Investigator am Stowers Institute for Medical Research, hat mit RegVelo ein KI-basiertes Modell entwickelt, das diese Lücke schließt: RegVelo erkennt aus Einzelzelldaten, welche Gene in einer Zelle gerade aktiv werden oder zur Ruhe kommen. Zugleich berücksichtigt das Modell, welche Gene regulierend auf andere Gene wirken. Durch die Kombination datengetriebenen Lernens mit einer expliziten Darstellung genregulatorischer Netzwerke bildet RegVelo ein hybrides Modell, das statistische Inferenz mit mechanistischen Einblicken verbindet. So kann RegVelo Entwicklungswege von Zellen nicht nur nachzeichnen; es simuliert auch, wie sich diese Wege verändern, wenn regulatorische Schalter anspringen oder aufhören zu wirken.

RegVelo betrachtet Gene als Teil eines Netzwerks

Der Ansatz baut auf der sogenannten RNA-Velocity auf: Dabei wird aus Einzelzelldaten abgeschätzt, in welche Richtung sich eine Zelle voraussichtlich entwickelt. Grundlage dafür ist ein Vorgang, der bei jedem aktiven Gen abläuft. Zunächst entstehen unreife RNA-Kopien, die anschließend weiterverarbeitet werden. Aus dem Verhältnis von unreifer und verarbeiteter RNA lässt sich bestimmen, ob die Aktivität eines Gens gerade zu- oder abnimmt. Bisherige Modelle betrachteten diese Dynamik für jedes Gen einzeln. RegVelo erweitert diese Ansätze, indem es RNA-Velocity mit genregulatorischen Interaktionen integriert und so ein hybrides, netzwerkbasiertes dynamisches Modell erzeugt.

„Was diese Arbeit besonders stark gemacht hat, war die Kombination komplementärer Stärken – hochauflösender genregulatorischer Netzwerke aus unserem Labor und der dynamischen Trajektorien- und Netzwerkmodellierung aus dem Team von Fabian Theis“, sagte Sauka-Spengler. „RegVelo entstand aus der Integration dieser beiden Perspektiven in ein gemeinsames Framework.“

Die methodische Herausforderung beschreibt Weixu Wang, Doktorand am CHC und Erstautor der Studie: „Um das Netzwerk berücksichtigen zu können, mussten wir ein mathematisches Modell entwickeln und sorgfältig prüfen, ob es in unterschiedlichen biologischen Systemen robuste Vorhersagen liefert.“ Tatsächlich konnte RegVelo in mehreren Testsystemen – darunter Zellzyklus, Blutbildung und die Entwicklung von Pankreaszellen – bekannte Entwicklungsverläufe und Regulatoren nachvollziehen. Besonders ausführlich untersuchten die Forschenden die Entwicklung von Neuralleistenzellen im Zebrafisch. Aus ihnen entstehen während der Embryonalentwicklung unter anderem Pigmentzellen, Nervenzellen und Teile des Kopfgewebes. RegVelo identifizierte bereits bekannte Regulatoren der Zellentwicklung im Zebrafisch – und wies die Forschenden zusätzlich auf bislang weniger bekannte Kandidaten hin.

Ein Schritt hin zu virtuellen Zellmodellen

„RegVelo macht sichtbar, welche Folgen es für den Entwicklungsweg der Zelle hat, wenn ein bestimmter genetischer Regulator ausgeschaltet wird – und welche Gene und Netzwerke daran beteiligt sind“, sagt Weixu Wang. So lassen sich aus Einzelzelldaten überprüfbare Vorhersagen ableiten, etwa welche genetischen Regulatoren eine bestimmte Zellentwicklung fördern, bremsen oder umlenken.

Für Fabian Theis weist die Studie damit über die einzelne Anwendung hinaus: „RegVelo ist ein Schritt hin zu virtuellen Zellmodellen, mit denen wir künftig besser verstehen wollen, wie sich Zellen in unterschiedlichen Differenzierungskontexten verhalten und wie sie auf gezielte genetische Veränderungen reagieren. Solche hybriden Modelle, die datengetriebene KI mit mechanistischen biologischen Strukturen verbinden, könnten entscheidend sein, um in der Biologie von der Beschreibung zur Vorhersage zu gelangen.“ Das sei zunächst Grundlagenforschung, könne „langfristig aber helfen, krankheitsrelevante Zellzustände besser zu verstehen und mögliche Ansatzpunkte für neue Therapien zu finden“, so Theis’ Resümee.

Helmholtz Munich

Originalpublikation:

Wang et al., 2026: RegVelo: gene-regulatory-informed dynamics of single cells. Cell. DOI: 10.1016/j.cell.2026.04.022

Menschliche Geburt ist nicht einzigartig schwierig unter Säugetieren

Wed, 13 May 2026 11:44:02 +0200

Die menschliche Geburt wird seit Langem als besonders schwierig angesehen. Eine gängige Erklärung ist das sogenannte "obstetrische Dilemma": Der aufrechte Gang und das große Gehirn des Menschen führen zu einem engen Verhältnis zwischen Kind und mütterlichem Becken. Dies gilt als Grund dafür, dass Geburten beim Menschen besonders riskant sind. Diese Annahme wurde jedoch bislang kaum anhand von Daten zu Geburtsergebnissen anderer Säugetiere überprüft.

Blick über den Menschen hinaus

In der neuen Studie wertete Nicole Grunstra vom Department für Evolutionsbiologie der Universität Wien eine Vielzahl wissenschaftlicher Arbeiten aus und stellte Daten zu Geburtskomplikationen bei Säugetieren zusammen. Die Analyse umfasste Haustiere wie Kühe und Schafe ebenso wie wild lebende Arten unter natürlichen Bedingungen, etwa Robben und Hirsche.

Ziel war es zu klären, ob der Mensch tatsächlich eine Ausnahme darstellt – oder ob schwierige Geburten im Tierreich weiter verbreitet sind.

Geburtskomplikationen bei Säugetieren

Die Ergebnisse zeigen, dass Geburtsprobleme nicht auf den Menschen beschränkt sind. Sie treten bei vielen plazentalen Säugetierarten auf, auch in freier Wildbahn, wo die natürliche Selektion solche Risiken eigentlich verringern sollte. Selbst bei Walen und Delfinen kann es vorkommen, dass Kälber während der Geburt stecken bleiben – obwohl diesen Arten ein knöchernes Becken fehlt.

Bei einigen Arten, wie beispielsweise Hirschen und Antilopen, sind die Raten von Geburtskomplikationen und weiblicher Sterblichkeit mit denen beim Menschen, etwa Jägerinnen und Sammlerinnen ohne moderne medizinische Versorgung, vergleichbar. Auch die Formen der Geburtsstörungen und ihre Ursachen ähneln sich. Ein enges Verhältnis zwischen Fötus und Geburtskanal findet sich beispielsweise häufig bei Arten, die große und weit entwickelte Jungtiere zur Welt bringen, etwa bei Affen, Huftieren und Elefanten. Zudem kann Überernährung dazu führen, dass Föten beim Menschen, bei anderen Primaten und bei Nagetieren besonders groß werden.

Warum die Evolution das Problem nicht beseitigt

Wenn Geburtskomplikationen zum Tod von Mutter und Nachwuchs führen können – warum hat die Evolution dieses Problem nicht beseitigt? Die Studie legt nahe, dass hier ein evolutionärer Zielkonflikt besteht. Größere Jungtiere haben oft bessere Überlebenschancen nach der Geburt, sind aber auch schwieriger zur Welt zu bringen. Dadurch entsteht ein schmaler Spielraum: Ist das Neugeborene zu klein, kann es kurz nach der Geburt sterben (z. B. durch Krankheiten); ist es zu groß, kann es während der Geburt sterben.

Bei Arten, die mehrere – meist kleinere – Jungtiere gleichzeitig bekommen, etwa Hunde oder Schweine, zeigt sich ein weiterer Zielkonflikt. Sowohl sehr kleine als auch sehr große Würfe erhöhen das Risiko von Geburtskomplikationen. Kleine Würfe führen zu größeren Jungtieren, die stecken bleiben können, während große Würfe viele kleine Föten umfassen, die ungünstig liegen und den Geburtskanal blockieren können.

Diese Muster erklären, warum Geburtsprobleme selbst in natürlichen Populationen bestehen bleiben.

Eine neue Perspektive auf die menschliche Geburt

Die Ergebnisse ordnen die menschliche Geburt in einen breiteren evolutionären Zusammenhang ein. Statt einzigartig schwierig zu sein, folgt sie offenbar einem biologischen Muster, dass viele Säugetiere teilen. Beim Menschen ergibt sich das enge Verhältnis zwischen Kind und Geburtskanal aus der Kombination eines großen Gehirns mit einem an den aufrechten Gang angepassten Becken, während andere Arten vor eigenen Herausforderungen stehen. Kühe, Pferde und Hirsche müssen ihre Jungen beispielsweise mit Kopf und Vordergliedmaßen gleichzeitig durch ein relativ unflexibles Becken zur Welt bringen.

Die Studie stellt langjährige Annahmen infrage und unterstreicht den Wert des Vergleichs zwischen Menschen und anderen Arten. Sie rückt die menschliche Geburt aus der Rolle einer Ausnahme heraus und zeigt sie als Teil einer umfassenderen evolutionären Landschaft, in der Geburten für Säugetiermütter und ihren Nachwuchs riskanter sind als oft angenommen.

Universität Wien

Originalpublikation:

Grunstra, Nicole D. S. Humans are not unique: difficult birth is common in placental mammals. Biological Reviews, 2026. DOI: 10.1002/brv.70174, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/brv.70174