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Neue Software für die Biodiversitätsforschung ermöglicht umfassende Quantifizierung ökologischer Stabilität

Mon, 09 Mar 2026 12:21:22 +0100

Intakte Ökosysteme haben die Fähigkeit zur Selbstregulation, die ihr komplexes Gefüge von Arten – etwa Tiere, Pflanzen, Pilze oder Bakterien – im Gleichgewicht halten: beispielsweise verringert sich die Pro-Kopf-Wachstumsrate, wenn die Population einer Art zunimmt, so dass das Populationswachstum im Zaum gehalten wird. Die ökologische Stabilität ist ein wichtiger Indikator dafür, wie gut die Selbstregulation funktioniert und wie „gesund“ Ökosysteme sind. Die Bemessung und Bewertung der Stabilität von Ökosystemen ist daher für Monitoring und Erhalt der biologischen Vielfalt von entscheidender Bedeutung.

Eine Quantifizierung ökologischer Stabilität ist jedoch aus drei Gründen nicht einfach. Erstens kann sie auf verschiedenen Ebenen der biologischen Organisation gemessen werden: von der Gesundheit und dem physiologischen Zustand einzelner Individuen über Populationen einzelner Arten bis hin zu Gemeinschaften mehrerer Arten, die miteinander interagieren und voneinander abhängig sein können. Zweitens kann sie anhand einer Vielzahl von Messgrößen gemessen werden, die verschiedene Ebenen der Dynamik des Systems (Individuen, Populationen oder Gemeinschaften) in verschiedenen Stadien der Reaktion auf Störungen erfassen. So kann die unmittelbare Reaktion des Systems auf eine Störung ein anderes Bild vermitteln als die langfristige Erholungsrate. Drittens wird die biologische Vielfalt derzeit von einer Vielzahl von Einflussfaktoren bedroht, so dass Arten gezwungen sind, sich an viele unterschiedliche Auswirkungen anzupassen. Einige Störungen wirken unmittelbar – so führt die Zerstörung von Lebensräumen durch Urbanisierung oder Landnutzungswandel direkt zum Tod oder zur Verdrängung von Individuen. Andere Störungen, wie der Klimawandel, beeinträchtigen die Überlebensfähigkeit von Arten eher über längere Zeiträume hinweg.
„Obwohl derartige Prozesse seit langem in der Wildtierbiologie und Ökologie wissenschaftlich beschrieben und analysiert werden, gibt es bislang noch keine Software, welche die Quantifizierung der ökologischen Stabilität unter Berücksichtigung all dieser Szenarien ermöglichte“, sagt Dr. Ludmilla Figueiredo, Daten- und Code-Kuratorin am Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig und Erstautorin des Aufsatzes. Damit schließe das neu entwickelte Software-Tool eine wichtige methodische Lücke in der Biodiversitätsforschung, so die Autor:innen.

Hohe Mathematik, praktisch nutzbar gemacht für die Biodiversitätsforschung

Das Paket „estar“ wurde für die in der ökologischen Forschung weit verbreitete Programmiersprache R entwickelt, einem kostenlosen Open-Source-Tool für statistische Analysen, Datenvisualisierung und maschinelles Lernen. Das Paket bietet Funktionen zur Berechnung von elf etablierten Ökosystem-Stabilitätkennzahlen unter Verwendung entsprechender Zeitreihendaten. So ermöglicht eine Zeitreihe immunologischer Messungen für Individuen die Quantifizierung der Stabilität ihres immunologischen Zustands im Zeitverlauf, während eine Zeitreihe der Populationsgröße die Messung der Stabilität dieser Population ermöglicht. „estar“ standardisiert und erleichtert die Berechnung dieser Kennzahlen, die zur Bewertung der Reaktionen von Systemen auf Störungen auf verschiedenen ökologischen Ebenen (z. B. Population, Gemeinschaft) verwendet werden.

„Unser R-Paket kann auf zwei verschiedene Arten genutzt werden. Auf der einen Seite bietet es Funktionen, die die Stabilität auf jeder Organisationsebene quantifizieren, vom Individuum bis zur Gemeinschaft, und auf eine Zeitreihe der Zustandsvariablen eines Systems (z. B. Körpermasse, Bestandszahlen oder Artenvielfalt) angewendet werden können“, erklärt Dr. Viktoriia Radchuk, Wissenschaftlerin in der Abteilung für Ökologische Dynamik des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) und Senior-Autorin des Aufsatzes. „Die in diesem Set enthaltenen Stabilitätsmetriken umfassen Unveränderlichkeit, Widerstandsfähigkeit, Ausmaß und Geschwindigkeit der Erholung, Persistenz und allgemeine ökologische Anfälligkeit.“ Ein gutes Beispiel sind Haussperlinge (Passer domesticus): Jeder kennt sie und sieht sie regelmäßig in Städten wie Berlin. Auch wenn die Art immer noch weit verbreitet ist, ist die Zahl der Individuen in Europa in den letzten Jahrzehnten deutlich zurückgegangen. Über Häufigkeit, Dauer und Ausmaß von Schwankungen der Populationsgröße ist jedoch nicht viel bekannt. Die Quantifizierung (der Wahrscheinlichkeit der) Unveränderlichkeit – eine der Stabilitätsmetriken in der Software „estar“ – liefert jedoch Erkenntnisse, die den dokumentierten drastischen Rückgang dieser Art ergänzen. Arten mit einer hohen Unveränderlichkeit ihrer Populationsgröße sind weniger anfällig für einen Rückgang, während Arten, deren Populationsgrößen im Laufe der Zeit stärker schwanken, unter ungünstigen Bedingungen anfälliger für ein lokales Aussterben sind.

Die zweite Gruppe von Funktionen misst die Stabilität einer Gemeinschaft auf kurzen und langen Zeitskalen mittels sogenannter Jacobi-Matrizen. Damit wird erstmals in einem praktisch nutzbares statistisches Softwarepaket umgesetzt, was bislang vor allem theoretisch beschrieben wurde: Komplexe Zusammenhänge in Artengemeinschaften bestimmen maßgeblich die Fähigkeit zur Selbstregulation und die Stabilität dieser Gemeinschaften. „Wir haben in ‚estar‘ mehrdimensionale Matrizen für die Stärke von Arten-Interaktionen in Gemeinschaften mathematisch abgebildet und können damit die Stabilität von Artengemeinschaften quantifizieren“, erläutern Radchuk und Figueiredo.

Im Paket enthalten und im Aufsatz beschrieben sind zudem praxisnahe Instruktionen für Forschende, die empirische Daten zur ökologischen Stabilität erheben und mit dem neuen Tool verarbeiten möchten. Das Team erhofft sich, dass dies die Lücke zwischen Theorie und Praxis in der Erfassung und Bemessung ökologischer Stabilität schließt und somit weitere wichtige Forschung in diesem Bereich anregt.

Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig

Originalpublikation:

Figueiredo L, Scherer C, Kramer-Schadt S, Cabral JS, Kéfi S, Van den Brink PJ, Radchuk V (2026): estar: An R package to measure ecological stability. Methods in Ecology and Evolution 00, 1-11. DOI: https://doi.org/10.1111/2041-210x.70265

Wie Mäuse sehen: Neu entdeckte Nervenzellen erkennen mehr als Kanten

Mon, 09 Mar 2026 11:41:57 +0100

Der visuelle Kortex ist der Teil des Gehirns, der unsere visuelle Wahrnehmung ermöglicht. Millionen von Nervenzellen, Neuronen genannt, verarbeiten dort Reize aus der Außenwelt. Dabei reagieren sie nur, wenn Objekte mit bestimmten Eigenschaften in unseren Blick geraten. Laut Lehrbuch gibt es zwei Typen. Beide sind auf Kanten, also scharfe Übergänge zwischen Hell und Dunkel spezialisiert.

Ein internationales Team mit Forschenden der Stanford University und der Universität Göttingen hat mithilfe von Verfahren des maschinellen Lernens nun in Mäusen Neuronen mit bislang unbekannter Arbeitsteilung gefunden. Sie reagieren auf unterschiedliche „räumliche Frequenzen“. Diese Muster entstehen durch Objekte, die sich von ihrem Hintergrund abheben. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht.

Für ihre Entdeckung nutzten die Forschenden tiefe neuronale Netzwerke als „digitale Zwillinge" der Maus-Neuronen. Diese Modelle können die Aktivität einzelner Neuronen vorhersagen und so systematisch untersuchen, welche Bilder die jeweiligen Zellen aktivieren. An der Entwicklung dieser „digitalen Zwillinge“ waren Forschende aus Göttingen maßgeblich beteiligt. „Die neuronalen Netze sind essenzielle Werkzeuge, um aus großen Datensätzen neue Eigenschaften zu entdecken – wie diese Detektoren", erklärt Prof. Dr. Fabian Sinz vom Institut für Informatik der Universität Göttingen. „Diese Neuronen sind keine Fantasie eines Modells", betont Prof. Dr. Alexander Ecker vom selben Institut. „Durch gezielte Experimente im realen Mausgehirn haben unsere Partner an der Stanford University die vorhergesagten Eigenschaften bestätigt.“

Jedes Neuron im visuellen Kortex ist für einen Bereich des Gesichtsfeldes zuständig. Es reagiert nur, wenn ein passender Reiz in „seinem“ räumlichen Ausschnitt erscheint, etwa eine Kante in Blickrichtung links oben. Dieser Zuständigkeitsbereich ist sein rezeptives Feld. Klassische Lehrbuchmodelle unterscheiden im Sehsystem zwei Typen von Neuronen: „Einfache Zellen“ werden angeregt, wenn eine Kante – also ein scharfer Übergang zwischen Hell und Dunkel – an einer bestimmten Position in ihrem rezeptiven Feld erscheint. „Komplexe Zellen“ reagieren ebenfalls auf Kanten, allerdings unabhängig von deren genauer Position, solange die Kante eine bevorzugte Orientierung besitzt. Beide Zelltypen sind somit auf Unterschiede in der Helligkeit spezialisiert.

Die neu entdeckten Neuronen besitzen ein zweigeteiltes rezeptives Feld: Ein Teilbereich reagiert auf Texturen. Das sind flexible Muster wie Wald im Hintergrund eines Fotos oder das Gefieder eines Vogels. Der andere Teil wird nur angeregt, wenn Muster präzise angeordnet sind, wie Mund und Nase in einem Gesicht. Entscheidend ist, dass beide Teile auf unterschiedliche „räumliche Frequenzen“ spezialisiert sind. Dabei beschreibt eine hohe Frequenz ein dichtes Muster mit feinen Details und scharfen Linien, eine niedrige dagegen ein grobes Muster mit größeren gleichmäßigen Flächen. „Klassische einfache und komplexe Zellen sind auf Kanten erster Ordnung eingestellt, die durch Helligkeitsunterschiede definiert sind“, fasst Prof. Dr. Andreas Tolias von der Stanford University zusammen. „Dagegen reagieren die zweigeteilten Neuronen, die wir gefunden haben, auf Kanten zweiter Ordnung – also Unterschiede in Textur oder räumlicher Frequenz. Das ist genau die Art von Hinweisen, die ein Objekt von seinem Hintergrund trennt.“

Universität Göttingen

Originalpublikation:

Ding Z, Tran DT et al. Functional bipartite invariance in mouse primary visual cortex receptive fields. Nature Neuroscience (2026). https://doi.org/10.1038/s41593-026-02213-3

Wie Mikroben alten Kohlenstoff nutzen

Mon, 09 Mar 2026 11:26:49 +0100

Der Weg des hydrothermalen Kohlenstoffs

Für die Studie haben Forschende vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen und der National Sun Yat-sen University und des Exploration and Development Research Institute in Taiwan ein System heißer Quellen – Hydrothermalsysteme – in etwa zehn Meter Wassertiefe vor der taiwanesischen Insel Kueishantao untersucht, um den Weg dieses Kohlenstoffs durch das umgebende Meerwasser und die Aufnahme durch Mikroorganismen und sogar in höhere Lebewesen nachzuverfolgen.

„Wir konnten zeigen, dass Jahrtausende alter Kohlenstoff aus hydrothermalen Quellen Leben in diesen extremen Systemen antreiben kann“, sagt Joely Maak, die Erstautorin der Studie vom MARUM.

Das Team nutzt für diese Studie ein spezielles Isotop: Radiokohlenstoff (14C). Das radioaktive 14C entsteht in der oberen Atmosphäre der Erde durch kosmische Strahlung. Über Kohlendioxid gelangt das entstandene 14C dann in den natürlichen Kohlenstoffkreislauf und wird von Pflanzen, Mikroorganismen und schließlich von Tieren aufgenommen. Solange ein Organismus lebt, bleibt der Anteil an 14C nahezu konstant. Stirbt er oder wird der Kohlenstoff über sehr lange Zeiträume von der Atmosphäre getrennt, zerfällt das 14C allmählich. Nach mehreren zehntausend Jahren ist es praktisch nicht mehr nachweisbar. Kohlenstoff aus dem Erdinneren ist extrem alt und schon sehr lange von der Atmosphäre getrennt, enthält daher kein 14C mehr.

Gelangt dieser Kohlenstoff über hydrothermale Quellen ins Meer, trägt er eine deutlich andere Signatur als moderner, atmosphärischer Kohlenstoff, er ist faktisch “14C-tot”. Genau diesen Unterschied nutzen die Forschenden jetzt für die aktuelle Studie, um den Weg des hydrothermalen Kohlenstoffs durch das marine Ökosystem nachzuverfolgen.
„Der Ansatz der Studie war es, den alten, 14C-freien Kohlenstoff aus hydrothermalen Quellen als natürlichen Marker zu nutzen. Dass sich der Fingerabdruck so deutlich durch das gesamte Nahrungsnetz, auch in höhere Organismen verfolgen lässt, war auch für uns überraschend“, so Dr. Hendrik Grotheer, Geochemiker am Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar und Meeresforschung.

Wie ein effizienter Stoffwechselweg ganze Nahrungsnetze prägt

Bereits in früheren Arbeiten konnte das Team zeigen, dass spezialisierte Bakterien an diesen Quellen über eine besondere „Geheimwaffe“ verfügen: den sogenannten reduktiven Tricarbonsäurezyklus, kurz rTCA. Dieser besonders energieeffiziente Stoffwechselweg ermöglicht es Mikroorganismen, Kohlendioxid selbst unter extremen Bedingungen in ihre Biomasse einzubauen. Aufbauend auf diesen Ergebnissen zeigt die neue Studie nun, dass der Kohlenstoff aus den heißen Quellen tatsächlich bis zu 30 Prozent der Biomasse der am Hydrothermalsystem lebenden Bakterien ausmacht und über das lokale Nahrungsnetz weitergegeben wird. Sogar Krebse, die direkt an den hydrothermalen Quellen leben, enthalten diesen alten Kohlenstoff, da sie sich von den am Hydrothermalsystem lebenden Bakterien ernähren. Dadurch erscheint ihr Körpergewebe messbar älter, als es in Wirklichkeit ist.

Der Projektleiter Dr. Enno Schefuß, MARUM, erläutert: „Nur durch die Kombination der Untersuchung spezifischer bakterieller Marker, sogenannter Fettsäuren, und Radiokohlenstoff-Analysen an diesen Fettsäuren war es möglich, diese neuen Befunde zu erlangen, also eine Kombination aus modernster Technik und sorgfältigster Laborarbeit.“

Auch Photosynthese nutzt hydrothermalen Kohlenstoff

Mithilfe von zusätzlichen Wasserstoffisotopen konnten die Forschenden zudem unterscheiden, ob der Kohlenstoff durch Chemosynthese oder durch Photosynthese aufgenommen wurde. Bei Photosynthese wird wie bei allen Pflanzen das Sonnenlicht zur Energieerzeugung genutzt, während Chemosynthese ganz ohne Sonnenlicht funktioniert: Hier verwenden Mikroorganismen reduzierte chemische Stoffe aus dem Erdinneren, um Energie zu gewinnen. Bisher wurde nie konkret nachgewiesen, dass Photosynthese eine Rolle bei der Aufnahme alten Kohlenstoffs aus Hydrothermalsystemen spielt. Die jetzige Studie zeigt durch die Verwendung verschiedener Isotopenanalysen, dass weiter entfernt von der Quelle auch Photosynthese-betreibende Organismen in erheblicher Distanz zum Hydrothermalsystem Kohlenstoff aufnehmen.

„Gleichzeitig zeigen die Ergebnisse, dass trotz dieser verschiedenen Aufnahmewege nur ein vergleichsweise kleiner Anteil des insgesamt freigesetzten Kohlenstoffs tatsächlich im lokalen Ökosystem verbleibt. Der Großteil des freigesetzten CO2 entzieht sich der direkten biologischen Nutzung und wird mit den umgebenden Wassermassen in den Ozean verteilt oder gelangt in die Atmosphäre“, fügt die Erstautorin Joely Maak hinzu. „Andererseits kann die Freisetzung von Komponenten, die in dieser Studie nicht berücksichtigt wurden, wie gelöster organischer Kohlenstoff und Mikronährstoffe aus marinen Hydrothermalquellen, die Biogeochemie der Ozeane beeinflussen. Dies wird in mehreren Projekten der zweiten Phase des Exzellenzclusters, die gerade gestartet wurde, genauer untersucht werden“, erklärt Co-Projektleiter Dr. Marcus Elvert vom MARUM.

Internationale Zusammenarbeit zur erfolgreichen Erforschung verborgener Prozesse im Ozean

Die Studie unterstreicht die Bedeutung langfristiger internationaler Zusammenarbeit zwischen Taiwan und Bremen und zeigt, wie moderne Isotopenmethoden dabei helfen können, bislang verborgene biogeochemische Prozesse im Meer sichtbar zu machen.
„Diese Studie zeigt, wie wichtig langfristige internationale Kooperationen für unser Verständnis komplexer Prozesse im Ozean sind“, sagt Dr. Solveig Bühring. „Zusammen mit meiner taiwanesischen Projektpartnerin Prof. Yu-Shih Lin habe ich die Feldarbeiten geleitet. Diese Kooperation ist durch ein gemeinsames DAAD-gefördertes Stipendium entstanden und hat sich zu einer äußerst erfolgreichen wissenschaftlichen Partnerschaft entwickelt. Ich hoffe sehr, dass wir diesen engen Austausch auch in Zukunft fortsetzen und gemeinsam weitere Einblicke in die Rolle hydrothermaler Systeme im globalen Kohlenstoffkreislauf gewinnen können.“

Die Studie ist zusätzlich finanziert und eingebunden in die Forschung des aktuellen Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – Unerforschte Schnittstelle der Erde“. Ziel des Clusters ist es, Ozeanboden-Ökosysteme unter sich verändernden Umweltbedingungen sowie zentrale Stoffkreisläufe wie den des Kohlenstoffs besser zu verstehen.

MARUM

Originalpublikation:

Maak, J.M., Elvert, M., Grotheer, H. et al. Physicochemical controls on ancient carbon assimilation into ecosystem biomass in shallow-water hydrothermal systems. Commun Earth Environ 7, 216 (2026). doi.org/10.1038/s43247-026-03254-z

Frühlingsmüdigkeit lässt sich nicht empirisch belegen

Mon, 09 Mar 2026 11:13:52 +0100

Wenn die Tage wieder länger werden, klingelt bei PD Dr. Christine Blume das Telefon häufiger. Denn dann wollen Journalistinnen und Journalisten von der Schlafforscherin wissen, was es mit der Frühlingsmüdigkeit auf sich hat.

Bisher antwortete sie jeweils, dass es keine Studie gibt, die dieses Phänomen untersucht hätte. «Das fand ich aber stets unbefriedigend», sagt Blume, die am Zentrum für Chronobiologie der Universitären Psychiatrischen Kliniken und an der Universität Basel forscht. Deshalb führte sie zusammen mit dem Schlafforscher Dr. Albrecht Vorster vom Inselspital der Universität Bern eine Studie durch, die untersuchte, ob die Menschen im Frühling tatsächlich müder sind als zu anderen Jahreszeiten. Die Ergebnisse sind im Fachjournal «Journal of Sleep Research» erschienen.

«Frühlingsmüdigkeit» ist weit verbreitet

Grundlage der Studie war eine Online-Befragung, bei der die Teilnehmenden über ein Jahr ab April 2024 alle sechs Wochen kontaktiert wurden. Die Forschenden werteten die Antworten von 418 Personen aus. In der Befragung gaben die Teilnehmenden jeweils an, wie erschöpft sie sich in den vergangenen vier Wochen gefühlt hatten. Außerdem machten sie jeweils Angaben zur Schläfrigkeit während des Tages und zur Schlafqualität. Durch die wiederholte Befragung waren unterschiedliche Jahreszeiten abgedeckt.

Von den Teilnehmenden hatte bei Studienbeginn rund die Hälfte angegeben, unter Frühlingsmüdigkeit zu leiden. «Das hätte sich auch in der Auswertung der Umfragedaten zeigen müssen», sagt die Studienleiterin Christine Blume. Allerdings war das nicht der Fall.

Weniger fit als gewünscht

«Im Frühling werden die Tage schnell länger. Wenn Frühlingsmüdigkeit ein echtes biologisches Phänomen wäre, sollte sich das gerade in dieser Übergangsphase zeigen, etwa, weil sich der Körper anpassen muss», so die Schlafforscherin. In den Daten spielte jedoch die Geschwindigkeit, mit der sich die Tageslänge veränderte, keine Rolle für die Erschöpftheit der Teilnehmenden. Ebenso fanden sich keine Unterschiede zwischen den einzelnen Monaten oder Jahreszeiten.

Die Forschenden interpretieren die Diskrepanz zwischen der subjektiven Wahrnehmung und den Messdaten als Hinweis darauf, dass die Frühlingsmüdigkeit eher ein kulturell geprägtes Phänomen ist als ein tatsächliches saisonales Syndrom: Weil es einen etablierten Begriff dafür gibt, achten viele Menschen im Frühling stärker darauf, wie müde sie sich fühlen, und deuten Erschöpfungssymptome entsprechend. So bestätigt sich das Phänomen immer wieder selbst.

«Im Frühling haben wir möglicherweise auch das Gefühl, wir müssten aktiver sein und sollten das gute Wetter nutzen. Wenn wir uns dann doch nicht dazu aufraffen können, klaffen Anspruch und subjektives Energielevel auseinander», so die Expertin. Dies mit der Frühlingsmüdigkeit zu begründen oder gar zu entschuldigen, komme da recht gelegen. «Sie ist eine Erklärung, die in der Gesellschaft vollkommen akzeptiert ist.»

Das Tageslicht beeinflusst die innere Uhr

Grundsätzlich gilt: In der dunklen Jahreszeit fühlen sich viele Menschen müder und schlafen etwas mehr. Das belegen chronobiologische Untersuchungen und es zeigt sich auch in den Angaben der Studienteilnehmenden. Ein Grund dafür könnte sein, dass die biologische Nacht, die von der inneren Uhr gesteuert wird, in den Wintermonaten etwas länger dauert. «Das bedeutet aber auch, dass wir uns eigentlich fitter fühlen sollten, wenn die Tage wieder länger werden», so die Wissenschaftlerin.

Im Sommer zeige sich das besonders deutlich, wie die Datenauswertung unterstreicht: «Dann schlafen viele Menschen generell weniger: Die Tage sind lang und man trifft sich vielleicht abends noch mit Freunden und genießt die Sommerabende», sagt Christine Blume. Trotz weniger Schlaf nehme die Erschöpfung dadurch nicht zu. Das bestätigte sich auch in der Studie.

Allen, die sich im Frühling energielos fühlen, rät die Psychologin zu möglichst viel Tageslicht, Bewegung und ausreichend Schlaf. Und wenn dieses Jahr Medienanfragen zur Frühlingsmüdigkeit eingehen, wird sie sich erstmals auf empirische Daten berufen können.

Universität Basel

Originalpublikation:

Blume, Christine und Vorster, Albrecht: No Evidence for Seasonal Variations in Fatigue, Sleepiness, and Insomnia Symptoms: Spring Fatigue is a Cultural Phenomenon rather than a Seasonal Syndrome, Journal of Sleep Research (2026), doi: 10.1101/2025.09.27.678954, www.biorxiv.org/content/10.1101/2025.09.27.678954v2

Über 40 Prozent der großen Süßwassertierarten in fremde Gewässer eingeführt – fast jede zweite Art bringt auch Schaden

Mon, 09 Mar 2026 09:59:41 +0100

Der Nilbarsch im Viktoriasee ist ein prominentes Beispiel für die komplexen ökologischen und sozioökonomischen Auswirkungen, die durch gebietsfremde Süßwasser-Megafauna verursacht werden. Die gezielte Ansiedlung dieser großen Fischart im Viktoriasee sollte die Fischerei eigentlich verbessern – doch sie hatte gravierende, unterschätzte Folgen: Die Bestände einheimischer Fische gingen zurück, lokale Fischer verloren ihre Lebensgrundlage, und in den umliegenden Gemeinden nahm die chronische Unterernährung bei Kindern und Müttern zu.

„Solche schädlichen Auswirkungen eingeführter großer Süßwassertiere – insbesondere auf gefährdete oder marginalisierte lokale Gemeinschaften – sind oft komplex und erfordern eine langfristige Beobachtung, um ihr Ausmaß zu verstehen. Im Vergleich zu den Vorteilen könnten die negativen Effekte auf die lokale Bevölkerung in vielen Regionen unterschätzt sein“, sagt Fengzhi He, Professor am Institut für Geographie und Agrarökologie der Chinesischen Akademie der Wissenschaften sowie Gastwissenschaftler am IGB. Er beschäftigt sich seit mehr als zehn Jahren mit Süßwasser-Megafauna und ist Letztautor dieser Studie, in der das Team die erste globale Bewertung der sozioökonomischen Auswirkungen gebietsfremder Süßwasser-Megafauna durchgeführt hat.

Basierend auf dem Rahmenwerk „Nature’s Contributions to People“ (NCP) und dem Rahmenwerk „Socio-Economic Impact Classification for Alien Taxa“ (SEICAT) kategorisierten die Forschenden sowohl positive als auch negative Auswirkungen und quantifizierten das Ausmaß der Auswirkungen.

40 Prozent der Megafauna-Arten in 142 Länder und Regionen bewusst eingeschleppt:

Kleine Arten gelangen oft unbemerkt in neue Gewässer – sie haften an Schiffsrümpfen oder Fischereiausrüstung oder werden von Vögeln transportiert. Süßwasser-Megafauna-Arten sind Tiere mit einem Gewicht von mindestens 30 Kilogramm. Sie werden oft absichtlich außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebiets eingeführt, weil sie mit einem hohen wirtschaftlichen oder ästhetischen Wert in Verbindung gebracht werden. Das Team identifizierte 93 gebietsfremde Süßwasser-Megafauna-Arten (43 Prozent der 216 existierenden Arten), die außerhalb ihres natürlichen Verbreitungsgebiets eingeführt wurden. Diese Einführungen erstrecken sich über 142 Länder und Regionen auf allen Kontinenten mit Ausnahme der Antarktis. Die USA haben die höchste Anzahl an eingeführten Süßwasser-Megafauna-Arten (52), gefolgt von China (28), Kanada (23), Russland (19), Belgien (18) und Deutschland (17).

Fast jede zweite untersuchte eingeschleppte Megafauna-Art birgt auch Probleme:

Die Studie zeigt, dass von 59 gebietsfremden großen Süßwassertieren, für die ein Nutzen dokumentiert ist, 26 auch negative Auswirkungen haben. Dies gilt insbesondere für große Fischarten wie Karpfen, Lachsartige und Welse. Fast jede zweite dieser Arten bringt demnach nicht nur Vorteile, sondern verursacht Probleme für die heimische Artenvielfalt oder die lokale Bevölkerung. Hierzu zählen neben einer verminderten Ernährungssicherheit auch erhöhte Risiken für die menschliche Gesundheit, Sicherheitsrisiken durch aggressive oder giftige Arten oder Schäden an Eigentum und Infrastruktur.

Wirtschaftliche Vorteile für einzelne Gruppen treiben die Einführung voran:

Die Studie ergab zudem, dass die sozioökonomischen Vorteile der eingeführten Süßwasser-Megafauna häufig nur für bestimmte Personengruppen in den betreffenden Regionen entstehen. Die Vorteile wurden vor allem in der Aquakultur und in der Fischerei dokumentiert (57 Prozent), gefolgt von Freizeitaktivitäten wie Angeln und Ökotourismus (20 Prozent) sowie der Bereitstellung von Materialien und der Nutzung als exotische Heimtiere (12 Prozent). Große Süßwassertiere wurden auch in der Hoffnung eingeführt, die natürliche Umwelt zu verbessern. Beispielsweise wurden Silberkarpfen und Marmorkarpfen eingesetzt, um übermäßiges Phytoplanktonwachstum zu kontrollieren, während Graskarpfen zur Reduktion von Wasserpflanzen eingeführt wurden.

Einige Süßwasser-Megafauna-Arten wurden absichtlich für den Handel mit Heimtieren oder für Lederprodukte importiert. „Wir waren sehr überrascht, dass einige Krokodile für den Handel mit Heimtieren eingeführt wurden. Zum Beispiel werden Brillenkaimane in den USA als Heimtiere gehalten“, sagte Dr. Xing Chen, ehemaliger Doktorand am IGB und Hauptautor der Studie. „In China werden sie oft wegen ihrer Haut eingebracht, um Lederprodukte herzustellen.“

Eine strengere Risikobewertung ist wünschenswert:

Da die Einführung von Süßwasser-Megafauna aufgrund der erwarteten wirtschaftlichen Vorteile voraussichtlich weiter zunimmt, empfehlen die Autor*innen eine fundierte Risikobewertung, eine verbesserte Überwachung sowie eine transparenten Kommunikation der positiven wie negativen Folgen.
„Um wirtschaftliche Entwicklung, Biodiversitätsschutz und menschliches Wohlergehen in Einklang zu bringen, braucht es ein umfassendes Verständnis der Chancen und Risiken von Arteinführungen“, sagt Prof. Sonja Jähnig, ebenfalls Letztautorin der Studie und Direktorin des IGB.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei

Originalpublikation:

Xing Chen, Thomas G. Evans, Jonathan M. Jeschke, Phoebe Griffith, Sonja C. Jähnig, Fengzhi He, Global assessment of alien freshwater megafauna reveals complex socio-economic impacts, One Earth, 2026, 101623, ISSN 2590-3322, https://doi.org/10.1016/j.oneear.2026.101623

Signifikante Beschleunigung der globalen Erwärmung seit 2015

Mon, 09 Mar 2026 09:50:41 +0100

„Wir können nun erstmals eine starke und statistisch signifikante Beschleunigung der Erderwärmung nach 2015 belegen,“ sagt Grant Foster, ein US-Statistikexperte und Co-Autor der Studie, die heute in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde. „Entscheidend ist, dass wir aus den Messdaten bekannte, natürliche Schwankungen herausrechnen, sodass das zufällige ‚Rauschen‘ geringer wird und daher das langfristige Erwärmungssignal klarer hervortritt.“

Kurzfristige natürliche Schwankungen der globalen Temperatur, verursacht durch El Niño, Vulkanausbrüche und solare Zyklen, können Veränderungen der langfristigen Erwärmungsrate überlagern. In der Datenanalyse, die auf Messdaten basiert, arbeitet das Forschungsteam mit fünf großen etablierten, globalen Temperaturdatensätzen (NASA, NOAA, HadCRUT, Berkeley Earth, ERA5). „Die bereinigten Daten zeigen eine Beschleunigung der Erderwärmung seit 2015 mit einer statistischen Sicherheit von über 98 Prozent, konsistent in allen untersuchten Datensätzen und unabhängig von der gewählten Auswertungsmethode,“ erklärt Stefan Rahmstorf, PIK-Forscher und Leitautor der Studie.

Studie untersucht statistische Beschleunigung der Erwärmung, nicht deren Ursachen

Die extrem warmen Jahre 2023 und 2024 werden nach der Korrektur für El Niño und das Sonnenmaximum kühler, bleiben aber die beiden wärmsten seit Beginn der Messungen. In allen Datensätzen setzt bereits ab 2013 oder 2014 die Beschleunigung ein. Um zu überprüfen, ob sich die Erwärmungsrate seit den 1970er Jahren verändert hat, nutzte das Forschungsteam zwei statistische Ansätze: eine quadratische Trendanalyse und ein stückweise lineares Modell, das statistisch objektiv ermittelt, wann sich die Erwärmungsrate verändert.

Die Studie hat nicht die konkreten Ursachen der beobachteten Beschleunigung untersucht. Klimamodelle zeigen jedoch, dass eine zunehmende Erwärmungsrate grundsätzlich im Rahmen der aktuellen Klimamodellierungen liegt, so das Autorenteam.

„Setzt sich die Erwärmungsrate der vergangenen zehn Jahre fort, würde das zu einem langfristigen Überschreiten der 1,5-Grad-Grenze des Pariser Abkommens vor dem Jahr 2030 führen,“ sagt Stefan Rahmstorf. „Wie schnell sich die Erde weiter erwärmt, hängt letztlich davon ab, wie rasch wir die globalen CO₂-Emissionen aus fossilen Energien auf null reduzieren.“

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Originalpublikation:

Foster, G., & Rahmstorf, S. (2026). Global warming has accelerated significantly. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL118804. https://doi.org/10.1029/2025GL118804

Neue Studienorientierungskampagne von "Wissenschaft verbindet"

Fri, 06 Mar 2026 21:26:00 +0100

Im Zentrum der Kampagne stehen zwei Poster und die Website https://wissenschaft-verbindet.de/studieren.

Die Website bietet Einblicke in mathematisch-naturwissenschaftliche Studiengänge. Neben Informationen zu Aufbau und Inhalten der Fächer stehen vor allem konkrete Einblicke in berufliche Werdegänge von Absolventinnen und Absolventen („Role Models“) im Fokus: Diese berichten aus ihrem Berufsalltag und zeigen, wie vielfältig der Berufseinstieg und die Wege nach dem Studium sein können. Begleitend zur Website werden bundesweit Poster an Schulen versendet, die Aufmerksamkeit erregen und über QR-Codes direkt auf die Kampagnenwebsite verweisen.

Die Kampagne möchte Oberstufenschülerinnen und -schülern Orientierung bieten und ihnen dabei helfen, eigene Interessen einzuordnen und Studienentscheidungen auf einer belastbaren Informationsbasis zu treffen.

(VBIO)

VBIO beteiligt sich an Evaluation der EU-Verordnung zu Access and Benefit Sharing

Fri, 06 Mar 2026 19:00:00 +0100

Neben der Beantwortung der von der EU vorgegebenen Fragen geht die Stellungnahme auf weitere Beobachtungen ein und betont, dass der Zugang zu genetischen Ressourcen für die Biodiversitätsforschung essenziell ist. Es bestehen aber derzeit erhebliche rechtliche Unsicherheiten bezüglich der Nutzung und der Verantwortlichkeiten der Nutzer.

Als Vereinfachung gedachte Instrumente wie „Registrierte Sammlungen“ und „Best Practices“ sind nur in Einzelfällen implementiert worden. Sie konnten daher nicht die erhoffte flächendeckende Entlastung für die akademische Forschung bringen. Eine große Herausforderung sind auch deutlich abweichende Compliance-Prüfungen in den EU-Mitgliedstaaten. Dies betrifft unter anderem unterschiedliche Interpretationen, was als „angemessene Bemühungen“ zur Einholung von Zugangsinformationen akzeptabel ist (Art. 4 der EU-VO) oder uneinheitliche Dokumentationsanforderungen in den einzelnen EU-Mitgliedstaaten. Rechtliche Unsicherheiten und hohe, aber ungleichen Kosten für wissenschaftliche Einrichtungen in unterschiedlichen EU-Ländern sind die Folge.

Vor diesem Hintergrund bedarf es einer Überarbeitung der EU-ABS-Verordnung, um rechtliche Unsicherheiten zu reduzieren und die Forschung zu erleichtern. Davon könnten insbesondere groß angelegte Biodiversitätsforschungsprojekte und internationale Kooperationen profitieren. Berücksichtig werden müssen dabei auch potentielle Inkonsistenzen mit anderen völkerrechtlichen Regelungen, wie etwa jenen zu marinen genetischen Ressourcen im Rahmen des UN-Hochseeschutzabkommens (BBNJ-Abkommen).

Das Sondierungsverfahren ist nur ein erster Schritt im Rahmen der Evaluation der EU-ABS-Verordnung (EU) Nr. 511/2014, die der VBIO im Rahmen der Allianz der universitären und außeruniversitären Biodiversitätsforschung in Deutschland weiter begleiten wird.

(VBIO)

Den Volltext der Stellungnahme finden Sie hier

Ein neuer "molekularer Schalter" für angeborene Immunität identifiziert

Fri, 06 Mar 2026 12:57:02 +0100

Sensoren des angeborenen Immunsystems – sogenannte Mustererkennungsrezeptoren (Pattern Recognition Receptors; PRRs) – erkennen spezifische molekulare Bestandteile von bakteriellen oder viralen Eindringlingen. Diese Rezeptoren leiten Signale weiter, die zur Produktion von Interferonen führen, welche anschließend die Immunzellen steuern. Der genaue Mechanismus der Signalweiterleitung blieb bislang allerdings ungeklärt.

In einer neuen Studie hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Eva Rieser und Professor Henning Walczak von der Universität zu Köln gezeigt, dass das Enzym ANKIB1 für den Prozess der angeborenen Immunsignalisierung entscheidend ist. Die Studie zeigt, dass ANKIB1 sogenannte Lysin-11 (K11)-verbunde Ubiquitinketten (K11-Ubiquitin) katalysiert, eine hochspezifische molekulare Modifikation, die als Plattform für den Zusammenbau der Maschinerie dient, die wichtige antivirale Botenstoffe des Körpers, Interferone des Typ I und Typ III, aktiviert. Die Studie “Lysine 11-ubiquitination drives Type-I/III Interferon induction by cGAS-STING and Toll-Like Receptors 3 and 4” wurde in Nature Cell Biology veröffentlicht.

Die Forschungsergebnisse lösen ein lange bestehendes Rätsel der angeborenen Immunität und eröffnen neue Perspektiven für die Entwicklung innovativer Therapien gegen verschiedene schwerwiegende Erkrankungen. „Wir haben herausgefunden, dass ANKIB1 darüber entscheidet, wann der Wecker für Immunzellen klingelt und auch, wie laut dieser Weckruf ist“, sagt Henning Walczak, Alexander-von-Humboldt-Professor für Biochemie und Direktor des Instituts für Biochemie I der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln sowie Arbeitsgruppenleiter am Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD und am Cancer Institute des University College London. „Mit K63- und M1-Ubiquitin waren bisher nur zwei Buchstaben des Ubiquitin-Signalcodes bekannt. Mit der Entdeckung von K11-Ubiquitin als dritten Buchstaben des Ubiquitin-Alphabets sind wir der Entschlüsselung des Ubiquitin-Codes der zellulären Signalübertragung nun einen entscheidenden Schritt nähergekommen“, sagt Dr. Eva Rieser, Biochemikerin und Immunologin am Institut für Biochemie der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Universität zu Köln.

In Experimenten mit Zellkulturen und Tiermodellen bestätigten die Forscher*innen, dass die neu entdeckte Signalachse ANKIB1–K11-Ubiquitin–OPTN–TBK1–IRF3 für die Alarmierung des Immunsystems bei Virusinfektionen entscheidend ist. Das Team fand heraus, dass ANKIB1 für die Bekämpfung einer Infektion mit dem Herpes-Simplex-Virus I, dem Erreger von Lippenbläschen, unerlässlich ist. Fehlt es, können Mäuse nicht das Interferon produzieren, das notwendig ist, um das Immunsystem zu alarmieren, damit es die Infektion bekämpfen kann. Die Folgen sind drastisch: Dieses sonst eher harmlose Virus führt zum Tod der Mäuse.

Ein Überschuss an Interferon ist jedoch für eine Reihe schwerer Entzündungskrankheiten verantwortlich. Bemerkenswerterweise überlebten Mäuse ohne ANKIB1 in einem In-vivo-Modell einer solchen Interferonopathie eine ansonsten tödliche Entzündung. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, dass ANKIB1 eine zentrale Rolle bei sowohl physiologisch notwendigen als auch pathologischen Interferonreaktionen spielt.

Verstärkung des Immunangriffs auf Krebs

„Obwohl die Arbeit auf grundlegenden biochemischen und immunologischen Erkenntnissen beruht, hat sie auch wichtige Auswirkungen auf Krebserkrankungen, da diese Signalkaskade für den Dialog zwischen Tumor- und Immunzellen von zentraler Bedeutung ist“, sagt Professor Julian Pardo vom Aragón Health Research Institute, CIBERINFEC und der Universität Zaragoza in Spanien, der an dieser Studie mitgewirkt hat. Viele Tumore nutzen die chronische Aktivierung angeborener Immunwege – insbesondere der durch cGAS-STING und verschiedene TLRs ausgelösten Signalwege – zu ihrem Vorteil. Dadurch entsteht eine chronische Entzündung in dem Ökosystem, in dem sich die Krebszellen befinden, so dass ein wirksamer Immunangriff auf den Krebs gedämpft oder sogar verhindert wird.

Die Identifizierung von ANKIB1 und K11-Ubiquitin als zentrale Faktoren der Interferoninduktion durch diese Immunrezeptoren eröffnet neue Ansätze zum Verständnis, wie Krebszellen diese Signalwege zu ihrem Vorteil regulieren und wie dieses Gleichgewicht therapeutisch wiederhergestellt werden könnte. Die Steuerung der ANKIB1-Aktivität könnte grundsätzlich dazu beitragen, das Immunsystem innerhalb von Tumoren „umzuprogrammieren“, indem entweder die Interferonreaktionen zur Unterstützung der Immuntherapie verstärkt oder übermäßige Entzündungen, die zu einer Erschöpfung des Immunsystems und zu Gewebeschäden führen, eingedämmt werden.

Ein neuer Ansatzpunkt für entzündliche neurologische Erkrankungen

Chronische, niedrig gradige Aktivierung von Sensoren des angeborenen Immunsystems im Gehirn gilt zudem als ein gemeinsames Merkmal neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson, bei denen die Interferon-Signale nachweislich den Entzündungsprozess im Gehirn und dadurch den Verlust von Nervenzellen fördern. Die Studie zeigt, dass ANKIB1 und K11-Ubiquitin als Regulatoren dieser Interferonwege fungieren, und bietet damit einen konzeptionellen Rahmen zu verstehen, wie Entzündungssignale im Gehirn synchronisiert werden und wie eine abweichende Interferonproduktion Neurodegeneration begünstigt.

„Durch die präzise Identifizierung des Ubiquitinkettentyps und des Enzyms, das diesen erzeugt, wird eine komplexe Immunkaskade in einen klar definierten, therapeutisch angreifbaren Prozess überführt“, erklärt Walczak. Diese Erkenntnis könnte sowohl die Entwicklung neuer Therapien als auch deren Anwendung in der klinischen Praxis für zahlreiche Krankheiten ermöglichen. Anstatt das Immunsystem global zu unterdrücken, was zu einer Abschaltung aller wesentlichen Abwehrmechanismen des Wirts führen würde, würde die Hemmung der katalytischen Aktivität von ANKIB1 oder die Förderung seines Abbaus ausreichen, um Erkrankungen zu behandeln, die durch einen Überschuss an Interferon Entzündungen oder Autoimmunreaktionen hervorrufen. Gleichzeitig könnte die vorübergehende Steigerung der ANKIB1-Aktivität oder die Stabilisierung von K11-Ubiquitin in Situationen eingesetzt werden, in denen das Immunsystem stärker gegen Viren oder Krebszellen aktiviert werden soll.

Diese Arbeit ist das Ergebnis einer engen Zusammenarbeit mit den Arbeitsgruppen von Professor Julian Pardo in Zaragoza und Professor Antonio Alcamí vom Zentrum für Molekularbiologie Severo Ochoa des Spanischen Nationalen Forschungsrats (CSIC) in Madrid, sowie mit Professor Brian Ferguson von der Universität Cambridge, die entscheidende In-vivo- und In-vitro-Infektionsmodelle und virologisches Fachwissen beisteuerten.

Universität Köln

Originalpublikation:

Betrancourt, A., Cinko, M.T., Varanda, A.B. et al. Lysine-11 ubiquitination drives type-I/III interferon induction by cGAS–STING and Toll-like receptors 3 and 4. Nat Cell Biol (2026). doi.org/10.1038/s41556-026-01886-z

Schäden im Wald könnten sich verdoppeln: Wie Brände, Stürme und Borkenkäfer Europas Wälder bis 2100 formen

Fri, 06 Mar 2026 12:37:51 +0100

Das Absterben von Bäumen im Wald ist nicht neu und Teil der natürlichen Entwicklung von Wäldern – wo alte Bäume sterben, wachsen in der Regel junge Bäume nach. Neu ist jedoch das Ausmaß, in dem Waldbrände, Stürme und Borkenkäfer – angetrieben vom Klimawandel – die Wälder verändern. Dies hat sich bereits in den dramatischen Waldschäden in Mitteleuropa in den letzten Jahren gezeigt, doch Zahlen darüber, wie viel Waldfläche in Zukunft geschädigt werden könnte, lagen bisher nicht vor. Dabei beeinflussen diese Störungen auch, wie viel Kohlenstoff Wälder zukünftig speichern können, wie viel Nutzholz sie liefern und welche Arten in ihnen leben – und sind somit für Politik und Gesellschaft hochrelevant.

Das Team um Rupert Seidl, Professor für Ökosystemdynamik und Waldmanagement an der TUM, hat diese Lücke nun geschlossen. Die Forschenden gehen davon aus, dass sich bei einer Erderwärmung von etwas mehr als 4 Grad Celsius das Ausmaß der von Bränden, Stürmen und Borkenkäfern geschädigten Fläche bis 2100 mehr als verdoppeln könnte. Als Vergleich legten die Forschenden Daten aus den Jahren 1986 bis 2020 zugrunde, also einer Periode, in der bereits ungewöhnlich viele Waldschäden auftraten. Selbst im besten Fall einer Erwärmung von nur etwa 2 Grad Celsius erwarten die Forschenden in Zukunft mehr Schäden im Wald als in diesem Vergleichszeitraum.

Regionale Unterschiede

Die Forschenden arbeiteten mit einem KI-gestützten Simulationsmodell. Dieses trainierten sie mit 135 Millionen Datenpunkten aus Waldsimulationen für 13.000 Orte in Europa und kombinierten die Ergebnisse mit Satellitendaten zu Waldstörungen. So konnten sie die zukünftige Waldentwicklung sowie das Auftreten und die Folgen von Störungen bis auf einen Hektar genau berechnen und dadurch sehr präzise Aussagen zu den unterschiedlichen regionalen Entwicklungen treffen.

Die Wälder Süd- und Westeuropas werden laut der Studie in Zukunft besonders stark von Waldschäden betroffen sein und sich entsprechend stark verändern. Nordeuropa trifft dieser Wandel im Verhältnis weniger stark, wobei auch hier Hotspots zukünftiger Waldschäden zu erwarten sind. „Störungen werden zunehmend überregional zum Problem, bringen die Holzmärkte in ganz Europa durcheinander und gefährden die Gemeinwohlleistungen des Waldes“, sagt Rupert Seidl.

Die Autorinnen und Autoren der Studie sehen daher dringenden Bedarf, weiter steigende Waldschäden bereits jetzt in der Waldbewirtschaftung zu berücksichtigen: „Wir müssen uns darauf einstellen, dass wir auch in den nächsten Jahren große Schäden im Wald haben werden. Das heißt einerseits, dass wir größere Schwankungen in den Leistungen des Waldes abpuffern werden müssen. Andererseits bieten Störungen auch die Chance, einen neuen, Klima-angepassten Wald zu begründen – sie wirken als Katalysatoren der Veränderung. Diesen Risiken und Chancen durch steigende Störungen muss sich die Forstpraxis – unterstützt durch neue Methoden und Erkenntnisse der Wissenschaft – stellen“, so Seidl.

Technische Universität München

Originalpublikation:

Grünig, M.; Rammer, W.; Senf, C. et al: Climate change will increase forest disturbances in Europe throughout the 21st century, Science 2026, DOI: https://doi.org.10.1126/science.adx6329