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Pilzinfektionen: Immunabwehr mit überraschender Kehrseite

Mon, 07 Sep 2026 12:22:30 +0200

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

Beweise für urzeitliche Waldbrände nahe des Südpols

Mon, 07 Sep 2026 12:16:44 +0200

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

Blühstreifen versus Öko-Landbau

Mon, 07 Sep 2026 11:25:50 +0200

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

Archaeen als "Flexitarier": Ammoniak-oxidierende Mikroben ernähren sich auch von Aminosäuren

Mon, 07 Sep 2026 09:53:22 +0200

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

Welche Einflussfaktoren erklären die Bestandsentwicklung von Brutvögeln in Deutschland

Mon, 07 Sep 2026 09:46:22 +0200

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

Uralter Mechanismus der Pflanzenabwehr in frühen Landpflanzen entdeckt

Fri, 04 Sep 2026 12:42:07 +0200

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

Genetische Veränderungen für eine neue Heimat

Fri, 04 Sep 2026 12:27:02 +0200

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

Wann sich Innovation auszahlt: Wie die Qualität der Nahrung den Zusammenhang zwischen Innovation und Überleben bei Mäusen verändert

Fri, 04 Sep 2026 11:31:14 +0200

Innovatives Verhalten ermöglicht es Tieren, auf ungewohnte Situationen zu reagieren, etwa indem sie neue Wege finden, an Nahrung zu gelangen. Doch Neues auszuprobieren kostet Zeit und Energie und kann ein Tier Risiken aussetzen. Ob Innovation die Fitness eines Individuums tatsächlich verbessert, ist daher weniger eindeutig, als es zunächst erscheinen mag.

Fragkiskos Darmis vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie und Anja Guenther von der Universität Hildesheim untersuchten diese Frage an Hausmäusen, die von wildlebenden Populationen abstammten. Die Tiere stammten aus Populationen, die über mehrere Generationen entweder mit Standardfutter oder mit hochwertigerer Nahrung gehalten worden waren. Als junge Erwachsene wurden sie mit drei standardisierten Problemlösungsaufgaben konfrontiert: Sie mussten ein LEGO-Haus öffnen, den Deckel einer Petrischale anheben oder eine Papierkugel aus einer Röhre entfernen, um an eine Futterbelohnung zu gelangen.

Die Forschenden erfassten zwei Aspekte innovativen Verhaltens: ob eine Maus mindestens eine der Aufgaben löste und wie lange erfolgreiche Tiere dafür benötigten. Anschließend wurden die Mäuse in naturnahe Gehege gesetzt, in denen sie dieselbe Futterqualität erhielten wie während ihrer Entwicklung. Über sechs Monate hinweg wurden ihr Körpergewicht und ihr Überleben erfasst.

Der erste Unterschied zeigte sich bereits, bevor die Mäuse in die naturnahen Gehege kamen. 77 Prozent der Tiere mit hochwertiger Nahrung lösten mindestens eine Aufgabe. Bei den Tieren mit Standardfutter war es etwa die Hälfte. Dieser Unterschied ging vor allem auf die Weibchen zurück. Wie lange erfolgreiche Tiere im Durchschnitt zum Lösen einer Aufgabe benötigten, unterschied sich dagegen nicht zwischen den beiden Futterbedingungen.

Dieses Ergebnis widerspricht einer verbreiteten Annahme: Unter schlechteren Bedingungen könnten Tiere stärker darauf angewiesen sein, neue Wege zur Erschließung von Ressourcen zu finden, und deshalb häufiger innovatives Verhalten zeigen. Im Experiment zeigte sich bei jungen Mäusen das Gegenteil. Tiere mit Zugang zu hochwertigerer Nahrung lösten häufiger mindestens eine der Aufgaben.

Auch beim Körpergewicht zeigte sich kein Vorteil innovativer Tiere. Weder die Wahrscheinlichkeit, eine Aufgabe zu lösen, noch die Geschwindigkeit beim Problemlösen sagte voraus, wie sich das Körpergewicht im Verlauf der sechs Monate entwickelte. Innovativere Mäuse waren also nicht automatisch in einer besseren körperlichen Verfassung.

Der Vorteil hängt von der Umwelt ab

Am deutlichsten zeigte sich der Zusammenhang beim Überleben. Es gab keine überzeugenden Hinweise darauf, dass innovative Mäuse als Gruppe unter einer der beiden Futterbedingungen grundsätzlich länger lebten als nicht innovative Tiere. Bei den Mäusen, die mindestens eine Aufgabe lösten, spielte jedoch die Geschwindigkeit eine Rolle.

Schnellere Problemlöser überlebten unter hochwertigen Nahrungsbedingungen länger. Bei Standardfutter kehrte sich das Muster um: Dort hatten langsamere Problemlöser die höheren Überlebenschancen. Dasselbe Verhaltensmerkmal war damit je nach Futterqualität mit unterschiedlichen Überlebenschancen verbunden.

Warum dieses Muster entsteht, lässt sich aus der Studie nicht eindeutig ableiten. Darmis und Guenther vermuten, dass langsameres Problemlösen unter stärker eingeschränkten Bedingungen auf vorsichtigeres Verhalten hindeuten könnte. Die Tiere könnten mehr Zeit darauf verwenden, Informationen zu sammeln, bevor sie handeln. Das könnte den Energieverbrauch oder das Risiko verringern. Steht hochwertige Nahrung zur Verfügung, könnte schnelles Problemlösen dagegen helfen, vorhandene Möglichkeiten effizienter zu nutzen. Diese Erklärungen sind Hypothesen und müssen noch direkt getestet werden.

Die Ergebnisse können auch erklären, warum sich der Zusammenhang zwischen Innovation und Fitness in bisherigen Untersuchungen verschiedener Arten nicht eindeutig bestimmen ließ. Innovatives Verhalten grundsätzlich als Vorteil zu betrachten, greift offenbar zu kurz. Seine Folgen können von der Umwelt abhängen. Und selbst unterschiedliche Aspekte von Innovation, etwa die Bereitschaft, ein Problem überhaupt zu lösen, und die Geschwindigkeit der Lösung, müssen nicht auf dieselbe Weise mit Fitness zusammenhängen.

Indem die Forschenden das Verhalten zunächst unter kontrollierten Bedingungen erfassten und dieselben Tiere anschließend sechs Monate lang in naturnahen Populationen beobachteten, konnten sie individuelle Unterschiede beim Problemlösen mit längerfristigen Folgen unter ökologisch realistischeren Bedingungen verknüpfen.

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie

Originalpublikation:

Fragkiskos Darmis, Anja Guenther; Food quality-driven variation in the link between innovation and survival in semi-natural populations of wild mice. Biol. Lett. 1 August 2026; 22 (8): 20260281. https://doi.org/10.1098/rsbl.2026.0281

Tiefsee entwickelt Methanfilter schneller als bislang angenommen

Fri, 04 Sep 2026 11:24:24 +0200

Die untersuchte Stelle liegt im Südchinesischen Meer in 1.766 Metern Wassertiefe. Dort wurde 2018 eine Bohrung zur Erkundung von Gashydraten vorgenommen. Vor der Bohrung ließen sich weder ein Gasstrom noch eine auffällige Besiedlung des Meeresbodens feststellen. Zwischen 2018 und 2023 verfolgte das Team, dem auch der Mikrobiologe Emil Ruff von der Universität Bremen angehörte, die Entwicklung des Ökosystems. Sie untersuchten den Standort regelmäßig mit Echoloten, Unterwasserkameras, chemischen Sensoren sowie Sedimentproben und genetischen Verfahren.

Eine zentrale Rolle im Biofilter spielen Mikroorganismen, die Methan auch in sauerstofffreien Schichten des Meeresbodens verwerten können. Da dieser Stoffwechsel nur wenig Energie liefert, wachsen sie normalerweise sehr langsam. An der neuen Austrittsstelle vermehrten sie sich jedoch wesentlich schneller, als nach früheren Schätzungen zu erwarten war. Ihre Zahl verdoppelte sich während der frühen Entwicklungsphase innerhalb von etwa 21 bis 38 Tagen. Frühere Schätzungen hatten teilweise bei 100 bis 200 Tagen gelegen. „Bereits nach ein bis zwei Jahren hatte sich ein wirksames methankonsumierendes Ökosystem gebildet“, sagt Emil Ruff. Nach zwei bis drei Jahren seien die Mikroorganismen und die neu angesiedelten Tiere funktional zu einem komplexen Biofilter verbunden gewesen.

Grabende Würmer unterstützen den Methanabbau

Parallel zur Zunahme der Mikroorganismen besiedelten grabende Borstenwürmer den zuvor weitgehend unbesiedelten Meeresboden. „Sie durchmischten das Sediment bis in mehr als 50 Zentimeter Tiefe“, sagt Ruff. „Ihre Grabtätigkeit förderte wahrscheinlich den Transport von Sauerstoff, Nitrat und Sulfat in tiefere Schichten des Meeresbodens.“

Gleichzeitig blieben Bereiche ohne Sauerstoff erhalten. Dadurch konnten unterschiedliche Mikroorganismen auf engem Raum Methan mit oder ohne Sauerstoff abbauen. „Die Würmer profitierten ihrerseits von den neu entstandenen Mikroorganismen, die ihnen mutmaßlich als Nahrung dienten. Tiere und Mikroorganismen trugen somit gemeinsam zum Methanabbau bei.“

Leistung ähnlich wie bei älteren Methanquellen

Nach wenigen Jahren baute das junge Ökosystem Methan bereits ähnlich wirksam ab wie ältere natürliche Methanquellen mit vergleichbarer Methanzufuhr. Nach Berechnungen des Teams erreichte es beim Methanabbau 60 bis 100 Prozent der Leistung eines Jahrzehnte alten, gereiften Ökosystems. Die Berechnungen beziehen sich auf den Abbau im Sediment.

Vielfalt der Mikroorganismen nimmt ab

Allerdings: Die schnelle Entstehung des Methanfilters ging mit einer deutlichen Veränderung des ursprünglichen Ökosystems einher, hebt Ruff hervor. Im Umkreis von 20 Metern sank die Vielfalt der Bakterien und anderer Mikroorganismen innerhalb von zwei Jahren um mehr als 50 Prozent. Noch in 500 Metern Entfernung stellten die Forschenden erhöhte Methankonzentrationen fest. Auch dort war die Vielfalt der Mikroorganismen um mehr als 30 Prozent geringer.

Die Studie „Rasche Neubildung eines Biofilters aus Tieren und Mikroorganismen zur Minderung von Methanaustritten aus dem Meeresboden“ zeigt damit zwei Entwicklungen: Der Meeresboden entwickelte innerhalb kurzer Zeit eine hohe Fähigkeit zum Methanabbau. Zugleich wurde die ursprüngliche Lebensgemeinschaft deutlich verändert.

Nach Einschätzung von Emil Ruff sind die Ergebnisse wichtig, um mögliche Methanaustritte infolge der Erwärmung der Ozeane und menschlicher Eingriffe besser einschätzen zu können. Sie zeigten außerdem, dass Modelle nicht nur das Wachstum der Mikroorganismen berücksichtigen sollten. Entscheidend sei auch ihr Zusammenspiel mit Tieren und den chemischen Bedingungen im Meeresboden.

Universität Bremen

Originalpublikation:

Qianyong Liang, Longhui Deng, Ruize Xie, Xinyue Liu, Xi Xiao, Jialin Hou, Jing Wang, Weikang Sui, Ningyuan Lu, Zian Tong, Danyue Huang, Yanwei Wang, Yingchun Han, Jing Zhao, Binbin Guo, Wei Zhang, Minghui Geng, Tianxin Ren, Wenqi Ye, Zheng Xiong, Liang Dong, S Emil Ruff, Christof Meile, Jun Tao, Xiyang Dong, Fengping Wang, Rapid de novo assembly of animal-microbe biofilter to mitigate seabed methane leakage, National Science Review, Volume 13, Issue 12, June 2026, nwag266, https://doi.org/10.1093/nsr/nwag266

Das Dach der Welt: Biodiversitäts-Hotspot seit 39 Millionen Jahren

Thu, 03 Sep 2026 10:31:33 +0200

Gebirge gehören zu den artenreichsten Lebensräumen der Erde. Auf engem Raum treffen hier unterschiedlichste Bedingungen aufeinander – von tiefen Tälern bis zu hohen Gipfeln, von warmen bis zu kalten und von trockenen bis zu feuchten Lebensräumen. So entstehen vielfältige ökologische Nischen, die zahlreichen Arten Raum zur Anpassung und Entwicklung bieten. „Ein besonders eindrucksvolles Beispiel sind die Hengduan-Berge im Osten Tibets. Die zerklüftete Gebirgslandschaft mit ihren hohen Gipfeln und tief eingeschnittenen Tälern reicht von subtropischen bis in alpine Klimazonen. Heute zählt die Region zu den bedeutendsten Biodiversitäts-Hotspots der Erde mit zahlreichen endemischen Arten“, erläutert Prof. Dr. Andreas Mulch, Direktor am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und fährt fort: „Die Pflanzenfossilien der Hengduan-Berge wurden vielfach untersucht und liefern wichtige Erkenntnisse über die frühere Biodiversität, Höhenlage und das Klima. Die fossile Säugetierwelt der Region ist in vielerlei Hinsicht beeindruckend und bietet bisher ungekannte Einblicke in die frühe Evolution der Hochgebirgsarten.“

Der Frankfurter Geowissenschaftler hat gemeinsam mit einem chinesisch-deutschen Forschungsteam in einer neuen Studie untersucht, wie und wann die außergewöhnliche Artenvielfalt auf dem Tibetplateau entstand. Durch die Datierung von Mineralablagerungen in fossilen Säugetierknochen und Paläo-Böden, kombiniert mit Höhenrekonstruktionen anhand stabiler Isotope aus dem Zahnschmelz von Pflanzenfressern und aus Bodenkarbonaten, konnten die Forschenden zeigen: Bereits vor rund 39 Millionen Jahren existierten im Osten Tibets ausgedehnte Hochgebirgslandschaften mit artenreichen Säugetiergemeinschaften. „Die Fossilien sind mit 39,2 bis 38,1 Millionen Jahren die älteste direkt datierte känozoische Säugetierfauna des Tibetischen Plateaus. Die von uns beprobten Pflanzenfresser lebten in Höhenlagen von etwa 3.400 Metern, also bereits in einem Lebensraum, dessen Höhenlage der heutigen Situation nahekommt“, ergänzt Dr. Songlin He, Wissenschaftler am Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt und dem Institute for Tibetan Plateau Research, CAS in Peking.

Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der tibetischen Biodiversität spielte offenbar die Entstehung des Gebirges selbst. Als sich der Osten Tibets im Eozän – vor etwa 56 bis 34 Millionen Jahren – zunehmend anhob, veränderte sich auch das Klima. Es kam zu ausgeprägten jahreszeitlichen Niederschlägen. Mulch hierzu: „Dieses Klima kann nicht mit dem heutigen asiatischen Monsun gleichgesetzt werden, die starke Niederschlagssaisonalität war aber ein wichtiges Element der Umweltbedingungen im Hochland.“ Das entscheidende Indiz der Untersuchungen sind sogenannte falsche Jahresringe – Dichteschwankungen im Verlauf der Holzbildung – im 41,5 Millionen Jahre alten fossilen Holz. Diese entstehen, wenn das Pflanzenwachstum im Sommer unter Trockenstress gerät. „Dies ist typisch für ‚mediterranes‘ Klima wie es heute im Mittelmeerraum vorkommt und schuf günstige Umweltbedingungen für die Entwicklung einer artenreichen Hochgebirgsfauna und -flora“, ergänzt He.

Die neuen Ergebnisse liefern einen wichtigen zeitlichen Referenzpunkt für die frühe Entwicklung der Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Zugleich zeigen sie, wie eng Gebirgsbildung, Klimaentwicklung, Entstehung neuer Ökosysteme und die langfristige Entwicklung der Artenvielfalt verbunden sind. „Die Geschichte der Biodiversität im tibetischen Hochland reicht weiter zurück als bislang bekannt war. Der Osten Tibets spielte bereits sehr früh eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der heutigen Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Der Nachweis eines mediterranen Klimamusters vor 41,5 Millionen Jahre in Tibet zeigt, wie entscheidend Paläoklimarekonstruktionen zu unserem Verständnis des Klimasystems beitragen können“, schließt Mulch.

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

He, S., Ding, L., Mulch, A. et al. Origins of biodiversity in eastern Tibet revealed by Eocene mammals and fossil tree rings. nature commun earth environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03967-1