VBIO News

Wie das Indo-Pazifische Wärmebecken Regenmuster über Jahrtausende steuert

Tue, 04 Aug 2026 12:39:57 +0200

Bislang war unklar, wie die sehr unterschiedlichen Niederschlagsarchive aus Asien und dem Pazifik zusammenpassen und warum sich die Muster über Jahrtausende so deutlich verschieben. Bekannt ist, dass tropische Temperaturen und damit Niederschlagsmengen auf langen Zeitskalen beeinflusst werden, wenn sich die Ausrichtung der Erdachse – die sogenannte Präzession – verändert. Offen blieb jedoch bislang, wie sich dieses Signal über weite Teile Asiens und des Pazifiks ausbreitet und welcher atmosphärische Mechanismus die beobachteten Muster erzeugt.

Um diese Fragen zu beantworten, kombinierten Forschende aus China, Deutschland, den USA und Frankreich Daten mit transienten Klimasimulationen und verglichen ihre Ergebnisse mit bestehenden Niederschlagsrekonstruktionen der vergangenen 150.000 Jahre. Zusammen ergab sich ein konsistentes Muster aus Regenzonen, die sich über verschiedene Breiten hinweg abwechseln und mit den im Modell beschriebenen Rossby-Wellen zusammenhängen.

„Wir wissen, dass diese Wellen das heutige Wetter saisonal und über große Entfernungen hinweg beeinflussen, wie etwa im Pazifik-Japan-Muster“, sagt Dr. Mahyar Mohtadi, Koautor der Studie und Leiter der Arbeitsgruppe „Klimavariabilität der niedrigen Breiten“ am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Das Pazifik-Japan-Muster ist ein großräumiges, atmosphärisches Zirkulationsmuster, das während des Sommers die tropischen Klimaschwankungen mit den Wetterbedingungen in Ostasien und dem westlichen Nordpazifik verbindet. „Neu ist, dass sich großräumige Niederschlagsmuster auf sehr langen Zeitskalen nicht allein durch Änderungen der Präzession erklären lassen, sondern erst durch die dadurch verursachten Änderungen der Rossby-Wellen.“ Die Ergebnisse liefern erstmals einen physikalisch schlüssigen Mechanismus, der regionale Unterschiede in Niederschlagsmustern über Jahrtausende erklärt. Gleichzeitig schaffen sie eine wichtige Referenz, um den Einfluss des menschengemachten Klimawandels auf heutige und zukünftige Niederschlagsextreme im Asien-Pazifik-Raum besser einzuordnen.

MARUM– Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen

Originalpublikation:

Yu, Z., Song, L., Jian, Z. et al. Rossby wave-modulated orbital precipitation anomalies in the Asia-Pacific region. Nat Commun (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74368-3

Hat sich der Östliche Gorilla erholt?

Tue, 04 Aug 2026 11:50:33 +0200

Der Östliche Gorilla (Gorilla beringei) ist die größte heute lebende Menschenaffenart und kommt ausschließlich in den tropischen Wäldern Zentral- und Ostafrikas vor. Lebensraumverlust, Wilderei und bewaffnete Konflikte setzen den Beständen seit Jahrzehnten zu. Sowohl der Berggorilla (Gorilla beringei beringei) als auch der Östliche Flachlandgorilla (Gorilla beringei graueri) zählen zu den am stärksten bedrohten Menschenaffen der Welt.
Die neu erschienene Statusbewertung der IUCN zeigt für die beiden Unterarten nun ein deutlich unterschiedliches und gleichzeitig differenziertes Bild: In einigen Gebieten, insbesondere in bestimmten bewirtschafteten Wäldern, sind die Populationen des Östlichen Flachlandgorillas stabil geblieben. „Das zeigt, dass nachhaltiger Schutz weitere Verluste verhindern kann. Im Fall der Berggorillas hat langfristiger, intensiver Artenschutz sogar ein messbares Populationswachstum ermöglicht“, berichtet Hauptautorin Dr. Jessi Junker, Forscherin am Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz sowie bei der Naturschutzorganisation Re:wild und dem Institute for Ape Conservation Science in Ruanda. „Unsere Gefährdungsbewertung verdeutlicht eindrücklich die Notwendigkeit und die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen, die in einigen Regionen den Unterschied zwischen Überleben und Aussterben ausmachen. Die Herausforderung besteht nun darin, diese Bemühungen aufrechtzuerhalten und auszuweiten.“

Während die Rote Liste der IUCN das Aussterberisiko einzelner Arten verzeichnet, zeigt der „Grüne Status“, wie stark eine Art sich der vollständigen Erholung in ihrem gesamten heimischen Verbreitungsgebiet annähert. Erholung bedeutet hier, dass Populationen lebensfähig und über natürliche Lebensräume verteilt sind und ihre ökologischen Rollen erfüllen können. Insgesamt lässt sich für den Östlichen Gorilla somit eine Erholung feststellen.

Für die Bewertung rekonstruierten die Expert*innen das historische Verbreitungsgebiet der Gorillaunterarten um die Wende zum 19. Jahrhundert und unterteilte es in fünf Regionen, die jeweils unterschiedliche Populationen mit verschiedenen Bedrohungen, Schutzgeschichten und Managementkontexten repräsentieren. Vier für Östliche Flachlandgorillas im Osten der Demokratischen Republik Kongo und eine für Berggorillas in der Bwindi-Virunga-Landschaft in Uganda, Ruanda und der nordöstlichen Demokratischen Republik Kongo. Für jede der untersuchten Regionen wurden der aktuelle Populationsstatus, wesentliche Bedrohungen sowie die Auswirkungen vergangener und laufender Schutzmaßnahmen analysiert. Zu Bedrohungen werden etwa Lebensraumverlust, Bergbau, landwirtschaftliche Expansion oder Krankheitsrisiken gezählt. Auf dieser Grundlage erstellte das Team verschiedene Artenschutz-Szenarien, um abzuschätzen, wie es der Art heute ohne die bisherigen Schutzmaßnahmen ergehen würde, wie es ihr voraussichtlich ergehen wird, wenn die Maßnahmen fortgesetzt werden und was passieren könnte, wenn die derzeitigen Bemühungen reduziert oder eingestellt würden.

In den Prozess waren insgesamt über 60 Expert*innen involviert, die Mehrzahl aus den Verbreitungsländern Demokratische Republik Kongo, Ruanda und Uganda, wodurch sichergestellt wurde, dass die Ergebnisse auf fundiertem regionalem Fachwissen und lokalen Praxiskenntnissen beruhen.
„Die Bewertung ist das Resultat einer herausragenden Kooperationsleistung. Die außergewöhnlich große Zahl von Expert*innen aus dem gesamten Verbreitungsgebiet der Art und die damit verbundene Breite an Fachwissen gibt den Ergebnissen besonderes Gewicht“, betont Magdalena Cygan, Referentin für den „Green Status of Species“ bei der IUCN. „Der ‚Grüne Status‘-Ansatz ermöglicht es uns, über das Aussterberisiko hinauszublicken und eine tiefergehende Frage zu stellen: Wie nah sind wir an einer vollständigen Erholung, und wie viel hat der Artenschutz wirklich bewirkt?“

Für die Östlichen Flachlandgorillas liegt der berechnete „Artenerholungswert“ bei 15 Prozent, womit sie in die Kategorie „kritisch dezimiert“ des Grünen Status fallen. In den letzten Jahrzehnten haben sich ihre Verbreitung und Bestandsgröße deutlich verringert. Schätzungen zufolge ist die Gesamtpopulation der Östlichen Flachlandgorillas in den letzten rund 20 Jahren um etwa 60 Prozent zurückgegangen – heute gibt es noch weniger als 7.000 Exemplare. Gleichzeitig zeigt die Bewertung, dass der Artenschutz noch schwerwiegendere Verluste verhindert hat. In einigen Gebieten der Demokratischen Republik Kongo – darunter das von der Gemeinde verwaltete Oku Community Reserve und die Nkuba Conservation Area – sind die Gorillapopulationen in den letzten zwei Jahrzehnten trotz der anhaltenden Unruhen im Land relativ stabil geblieben.
„Stabile Populationen in Teilen des Verbreitungsgebiets des Östlichen Flachlandgorillas zeigen, dass Naturschutz funktioniert“, sagt Dominique Bikaba, Geschäftsführer der Naturschutzorganisation Strong Roots Congo. „Wo Gemeinschaften und Naturschutzpartner effektiv zusammenarbeiten, lässt sich der Rückgang aufhalten. Diese Populationen sind jedoch weiterhin stark auf anhaltende Unterstützung angewiesen.“

Die erstellten Szenarien in der Statusbewertung zeigen: Würden die derzeitigen Schutzbemühungen reduziert oder eingestellt, würden die Populationen des Östlichen Flachlandgorillas wohl rapide zurückgehen. Da die Unterart sich nur langsam vermehrt, sind größere kurzfristige Zuwächse zwar unwahrscheinlich, langfristig sei eine echte Erholung aber weiterhin möglich, sofern die Schutzbemühungen verstärkt und nachhaltig fortgesetzt würden.

Die Berggorillas wiederum weisen einen höheren „Artenerholungswert“ von 25 Prozent auf und werden damit als „weitgehend dezimiert“ eingestuft. Obwohl eine vollständige Erholung damit noch in weiter Ferne liegt, spiegelt der Wert ein messbares Populationswachstum in den letzten Jahrzehnten wider.
In den 1980er-Jahren waren die Bestände auf weniger als 620 Individuen geschrumpft. Heute leben mehr als 1.000 Berggorillas im Virunga-Massiv und im Bwindi Impenetrable National Park. Erreicht wurde dieser Anstieg durch jahrzehntelange koordinierte Naturschutzmaßnahmen – darunter das Management von Schutzgebieten, veterinärmedizinische Maßnahmen, grenzübergreifende Zusammenarbeit und eine enge Einbindung der lokalen Gemeinschaften. „Die Erholung der Berggorilla-Population ist eine der weltweit größten Erfolgsgeschichten im Naturschutz“, betont Felix Ndagijimana, Landesdirektor für Ruanda beim Dian Fossey Gorilla Fund. „Sie zeigt, dass langfristige Investitionen, eine konsequente Durchsetzung der Gesetze und die Zusammenarbeit zwischen Regierungen, NGOs und Gemeinden selbst drastische Bestandsrückgänge umkehren können.“ Die Statusbewertung der IUCN zeigt jedoch auch, dass die bisher erzielte Erholung nur nachhaltig ist, wenn Schutzmaßnahmen fortgesetzt werden.

„Der ‚Green Status‘ macht sichtbar, dass angewandter Naturschutz wirkt“, fasst Senckenbergerin Jessi Junker ihre Ergebnisse zusammen. „Jetzt verfügen wir über eine transparente Methode, um die Wirkung von Maßnahmen zu messen, Mittel zu priorisieren und sicherzustellen, dass nachhaltige Investitionen zu einer echten Erholung vor Ort führen. Diese Bemühungen müssen jetzt nicht nur fortgesetzt, sondern auch landesweit ausgeweitet und mit besseren Ressourcen ausgestattet werden. Das anhaltende Engagement wird darüber entscheiden, ob die Östlichen Gorillas auf dem Weg der Erholung weiter vorankommen.“

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

Junker, J., Bikaba, D., Eckardt, W., Fawcett, K., Pintea, L., Plumptre, A.J., Robbins, M.M., Scholfield, K., Stoinski, T.S. & Williamson, E.A. 2026. Gorilla beringei (Green Status assessment). The IUCN Red List of Threatened Species 2026.
https://www.iucnredlist.org/species/39994/115576640

Futterpflanze erhält Wachstumskick von neu entdeckter nützlicher Bakterienart

Tue, 04 Aug 2026 10:15:15 +0200

Vom Projekt zum Produkt, solche Erfolgsgeschichten gibt es nicht oft in der landwirtschaftlichen Grundlagenforschung. In diesem Falle fanden Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) in Braunschweig an der Wurzel der Esparsette eine neue Art von Knöllchenbakterien, welche der Futterpflanze einen Wachstumskick verschafft, indem sie die Pflanze mit Stickstoff versorgt. Nun sind Leguminosen, also Eiweißpflanzen, eigentlich dafür bekannt, dass sie in ihrem Wurzelraum eine Symbiose mit Knöllchenbakterien eingehen, die ihnen bei der Stickstoffversorgung helfen, jedoch funktioniert das nicht in allen Böden und für alle Leguminosenarten gleich gut. Beispielsweise gedeihen auch Soja und Lupine nicht an allen Standorten und brauchen manchmal eine gewisse Starthilfe, um ertragreich zu wachsen. Genau so geht es auch der Saat-Esparsette Onobrychis viccifolia, weshalb die Futterleguminose in der deutschen Agrarlandschaft nur ein Nischendasein fristet. Das soll sich nun, dank des am JKI isolierten Bakterienstammes Mesorhizobium onobrychidis OM4 ändern.

„Obwohl die Esparsette bei der Tierernährung und auch im Agrarökosystem mit vielen positiven Eigenschaften punkten kann, wird sie in Deutschland kaum noch angebaut“, erklärt Dr. Torsten Thünen vom Julius Kühn-Institut. Hauptgründe dafür sind die hohen Standortansprüche der Futterpflanze, eine empfindliche Jugendentwicklung sowie ihre schwache Konkurrenzfähigkeit in Pflanzenmischungen. „Viele dieser Schwachpunkte sind auf die in der Literatur beschriebene unzuverlässige Stickstoffversorgung durch die mit der Pflanzenwurzel vergesellschafteten Knöllchenbakterien, den Rhizobien, zurückzuführen“, erklärt der Pflanzenbauexperte vom JKI.

In einem von Dr. Thünen koordinierten Projekt rund um die Esparsette (FKZ 22402216/gefördert durch die Fachagentur für Nachwachsende Rohstoffe, kurz FNR), isolierte sein JKI-Kollege Dr. Samad Ashrafi eine neue Bakterienart aus Knöllchen der Esparsette. Diese wurde als Mesorhizobium onobrychidis OM4 beschrieben. In Inokulationsversuchen beobachteten die Forschenden einen bis zu vierfach erhöhten Biomassezuwachs im Vergleich zu unbehandelten Kontrollpflanzen. In zusätzlichen Versuchen wurden weitere Mesorhizobium-Stämme aus Knöllchen der Esparsette isoliert, darunter erneut noch unbeschriebene Arten. Im Inokulationsexperiment wurden auch diese neuen Isolate mit M. onobrychidis verglichen. „Obwohl sie ebenfalls gute wachstumsfördernde Eigenschaften zeigten, schnitt M. onobrychidis aber immer noch am besten ab“, sagt Dr. Thünen vom Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen.

Die im Labor erzielten positiven Ergebnisse bestärkten den JKI-Wissenschaftler darin, einer Saatgut-Firma, die wachstumsfördernde Wirkung der Bakterienisolate vorzustellen. Die Firma, die u.a. die einzige deutsche Esparsetten-Sorte vermarktet, zeigte großes Interesse an den vom JKI isolierten Mesorhizobium Stämmen. Sie wiederholte die am JKI durchgeführten Inokulationsversuche und bestätigte die besondere wachstumsfördernde Wirkung des Stammes OM4 von M. onobrychidis. In der Folge äußerte die Firma den Wunsch, den Bakterien-Stamm als kommerzielles Inokulum speziell für den Anbau der Esparsette zu vermarkten.

Ende April 2026 wurde eine Übertragungsvereinbarung für den Stamm M. onobrychidis OM4 zwischen dem JKI und der in Krefeld ansässigen Firma Feldsaaten Freudenberger unterzeichnet. Die Firma hat mit der Produktentwicklung begonnen und eine Markteinführung des Produkts, welches den am JKI entdeckten und isolierten nützlichen Bakterienstamm enthält, wurde für die laufende Saison 2026 in Aussicht gestellt.

Julius Kühn-Institut

Originalpublikation:

Ashrafi S, Kuzmanović N, Patz S, Lohwasser U, Bunk B, Spröer C, Lorenz M, Elhady A, Frühling A, Neumann-Schaal M, Verbarg S, Becker M, Thünen T. 2022. Two New Rhizobiales Species Isolated from Root Nodules of Common Sainfoin (Onobrychis viciifolia) Show Different Plant Colonization Strategies. Microbiol Spectr 10:e01099-22. https://doi.org/10.1128/spectrum.01099-22

Globale Ertragsmodelle unterschätzen, wie stark Reis auf extreme Hitze reagiert

Tue, 04 Aug 2026 09:55:00 +0200

Reis ist für mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung ein Grundnahrungsmittel. Die Schätzungen dazu, wie sich der Klimawandel auf die Reisproduktion auswirkt, gehen weit auseinander. Ein Grund dafür ist, dass viele wissenschaftliche Untersuchungen die allmählichen Folgen höherer Durchschnittstemperaturen und die unmittelbaren Schäden durch extreme Hitze bisher nur begrenzt getrennt betrachtet haben.

In der neuen Studie, die vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) geleitet wurde und an der auch das Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) beteiligt war, werten die Forscherinnen und Forscher 214 Beobachtungen aus Freilandexperimenten aus. Die Ergebnisse zeigen, dass starke Hitze – also Temperaturen von über 30 Grad Celsius – der wichtigste Faktor für die durch Erwärmung verursachten Ertragseinbußen ist. An mehr als 70 Prozent der untersuchten Standorte war die Hitze für mehr als die Hälfte der absoluten Ertragsveränderung verantwortlich. Der Vergleich mit sieben globalen Ertragsmodellen zeigt hingegen, dass diese weniger empfindlich auf Hitzeextreme reagieren als die Beobachtungen aus den Experimenten.

„Die Abweichung zwischen Beobachtungen und Modellen scheint vor allem darauf zurückzugehen, dass viele heutige Erntemodelle Hitzeschäden während der Fortpflanzungsphase von Reis noch nicht ausreichend erfassen. Die Beobachtungen der Studie zeigen, dass Reis genau dann besonders anfällig für extreme Hitze ist, wenn sich Rispen und Körner entwickeln“, erklärt Leitautorin Yiwei Jian vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung.

Nachdem die Forschenden die Modellergebnisse anhand der Beobachtungsdaten angepasst hatten, zeigte sich in den Untersuchungen, dass die weltweiten Reiserträge allein aufgrund des Temperatureffekts im Durchschnitt um 8,1 Prozent zurückgehen, wenn die globale Mitteltemperatur um 1 Grad Celsius steigt. Das ist etwa doppelt so viel wie die ursprüngliche Schätzung der Erntemodelle von 3,8 Prozent. Die Autorinnen und Autoren betonen, dass diese Berechnung ausschließlich Temperatureffekte berücksichtigt und daher nicht als vollständige Prognose der künftigen Reisproduktion zu verstehen ist.

„Für die Modelle ist das ein deutlicher Sprung. Das Ergebnis unterstreicht, dass für die erwarteten Ertragseinbußen nicht nur die Durchschnittstemperaturen, sondern besonders die Hitzeextreme entscheidend sind. Das ist recht einfach nachvollziehbar: Wenn wir im Sommer in den Wetterbericht schauen, um uns auf Hitze einzustellen, interessiert uns vor allem die Tageshöchsttemperatur, nicht der Tagesdurchschnitt“, erklärt Christoph Müller, PIK-Forscher und Ko-Autor der Studie. Durch die Anpassung in den Modellergebnissen verändert sich auch das geografische Bild der erwarteten Ertragseinbußen. Am stärksten werden die Schätzungen für Einbußen für Süd- und Südostasien nach oben korrigiert, wo Reispflanzen besonders häufig extremer Hitze ausgesetzt sind. Für Pakistan, Indien und Bangladesch steigt der geschätzte Ertragsverlust von 2,1 auf 6,6 Prozent. Für Thailand, die Philippinen und Myanmar erhöht er sich von 3,7 auf 7,7 Prozent.

Das Forschungsteam hebt hervor, wie wichtig Anpassungsmaßnahmen sind, die den Reis insbesondere während seiner Reproduktionsphase schützen. Dazu gehören die Entwicklung und der Anbau hitzetoleranter Sorten, angepasste Pflanztermine, eine optimierte Bewässerung und eine bessere Bodenqualität.

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung

Originalpublikation:

Artikel: Jian, Y., Wang, X., Jägermeyr, J., Ciais, P., Müller, C., Zscheischler, J., Li, T., Cheng, K., Hou, P., Huang, J., Huang, S., Jiang, Y., Wang, B., Song, Z., Zhang, Z., Zhu, P., Zhou, F., (2026): Vulnerability to high temperature shapes global warming impacts on rice yield. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aed9226, https://doi.org/10.1126/sciadv.aed9226

Meilenstein bei der Entschlüsselung des Darmmikrobioms

Mon, 03 Aug 2026 12:29:43 +0200

Verbesserung der zukünftigen Mikrobiomforschung

Mikroorganismen sind für die Gesundheit von Ökosystemen auf der ganzen Welt, einschließlich des menschlichen Körpers, unverzichtbar. Die moderne DNA-Sequenzierung hat die Mikrobiomforschung revolutioniert, indem sie aufzeigt, welche Mikroorganismen vorhanden sind und welche Funktionen sie potenziell erfüllen könnten. Dies ist vergleichbar mit der Identifizierung der Musiker*innen in einem Orchester und der Stücke, die sie spielen könnten. Die DNA allein kann uns jedoch nicht sagen, welches Stück tatsächlich gespielt wird.

Proteine liefern diese fehlenden Informationen. Sie geben Aufschluss darüber, welche mikrobiellen Funktionen aktiv sind, welchen Beitrag die verschiedenen Mitglieder des Mikrobioms leisten und – was besonders wichtig ist – wie der Wirt darauf reagiert. In der Orchester-Analogie zeigen Proteine nicht nur, welche Musiker*innen anwesend sind, sondern auch, welches Stück sie spielen und wie das Publikum – der Wirt – darauf reagiert.

In der neuen Studie verglichen die Forscher*innen systematisch fünf modernste Massenspektrometrie-Verfahren anhand von menschlichen Stuhlproben. Letztendlich identifizierten sie methodische Strategien, die eine hohe Empfindlichkeit, Reproduzierbarkeit und funktionale Einblicke bieten. Für diese Studie arbeiteten Forscher*innen des Bruker Daltonics Center of Excellence (CoE) für Metaproteomik an der Universität Wien und des Labors für Systembiologie des Schmerzes (Abteilung für Pharmakologie und Toxikologie) an der Universität Wien zusammen.

"Die Metaproteomik ermöglicht es uns zu erkennen, was mikrobielle Gemeinschaften tatsächlich tun, anstatt nur festzustellen, welche Mikroben vorhanden sind", sagt Feng Xian, Erstautor der Studie. "Durch die Identifizierung der am besten geeigneten Analysestrategien hoffen wir, die zukünftige Mikrobiomforschung in den Bereichen Medizin, Umweltwissenschaften und Biotechnologie sensitiver, reproduzierbarer und zugänglicher zu machen."

Von technischen Entwicklungen zu klinischen Erkenntnissen

Die Forscher*innen untersuchten, ob sich die neuen Analysestrategien auch in einem biologisch relevanten Umfeld als zuverlässig erweisen. Sie maßen mikrobielle und Wirtsproteine während des Krankheitsverlaufs und der Genesung einer Darmentzündung und deckten dabei koordinierte Veränderungen der mikrobiellen Funktionen parallel zur Reparaturreaktion des Wirts auf. Die leistungsstärksten Methoden erfassten hochgradig übereinstimmende Reaktionen von Wirt und Mikroorganismen während des Ausbruchs und der Heilung einer Darmentzündung, was zeigt, dass diese technologischen Verbesserungen zu neuen und fundierten biologischen Erkenntnissen führten.

"Die Entwicklung besserer Technologien ist unerlässlich, wenn wir die Fragen der nächsten Generation in der Mikrobiomforschung beantworten wollen", sagt David Gomez-Varela, Direktor des CoE. "Nur wenn wir der Partitur lauschen, die von den Mikroben gespielt wird, können wir beginnen zu verstehen, warum das Publikum – der Wirt – auf eine bestimmte Weise reagiert. Dies wird unser Verständnis der Rolle des Mikrobioms für die menschliche Gesundheit grundlegend verändern. Wir wenden diese Fortschritte bereits in internationalen klinischen Kooperationen an, um die Beteiligung von Mikrobiomen an neurologischen, Stoffwechsel-, Schmerz- und Autoimmunerkrankungen zu untersuchen."

Über die Metaproteomik

Das Gebiet der Metaproteomik eignet sich in einzigartiger Weise dazu, Tausende von Proteinen – sowohl aus Mikroben als auch aus deren Wirten – gleichzeitig zu messen. Darmmikrobiome gehören jedoch zu den komplexesten bekannten biologischen Proben und enthalten Proteine von Hunderten von Organismen über einen enormen Konzentrationsbereich hinweg. Seit seiner Gründung im Jahr 2024 entwickelt das CoE für Metaproteomik an der Universität Wien neue Technologien – von Laborautomatisierung über fortschrittliche Massenspektrometrie bis hin zur KI-basierten Datenanalyse –, um diese analytischen Herausforderungen zu bewältigen.

Universität Wien

Originalpublikation:

Feng Xian et al (2026). Systematic evaluation of PASEF acquisition strategies in complex metaproteomes. In Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-75845-5, https://www.nature.com/articles/s41467-026-75845-5

Unterirdische Pilz-Netzwerke erstmals in 3D

Mon, 03 Aug 2026 10:20:57 +0200

Pflanze-Pilz-Symbiosen sind für einen Großteil der Pflanzen essenziell. Die Pilzwurzeln, die sogenannte Mykorrhiza, erweitern den Suchradius der Pflanzen nach Wasser und Nährstoffen im Boden. Im Gegenzug versorgen die Pflanzen die Pilze mit Kohlenhydraten aus der Photosynthese. Obwohl die Bedeutung dieser Symbiose seit Jahrzehnten bekannt ist, ließ sich das unterirdische Netzwerk bislang nicht in seiner natürlichen Struktur untersuchen.

Direkt in der Erde und unverändert

Die entwickelte Methode basiert auf der Synchrotron-Computertomographie. Das Verfahren ermöglicht die Darstellung feinster Strukturen, die mit konventionellen CT-Verfahren häufig nicht sichtbar sind. Die Pflanzen wachsen dabei in einem „Korb“, mit dem sie samt Bodenmaterial aus der Erde entnommen werden – ohne dem Wurzelgeflecht zu schaden. Aus einer Vielzahl hochauflösender Projektionsaufnahmen dieser Probe wird so ein dreidimensionales Modell rekonstruiert, das Pflanzenwurzeln, Pilzfäden und Pilzsporen in ihrer natürlichen Umgebung sichtbar macht. „Mit unserer neu entwickelten Methode haben wir eine Black Box der Pflanzenforschung geöffnet“, ordnet Mutez Ahmed, Professor für Root-Soil Interaction an der TUM, ein.
Bisherige Bildgebungsverfahren erforderten, Wurzeln aus dem Boden zu entnehmen und von der Erde und umgebendem Material reinigen. Dabei gingen feine Strukturen und die räumlichen Verflechtungen zwischen Pflanzen und Pilzen verloren. Die neue Methode ermöglicht es erstmals, das gesamte Netzwerk in seiner natürlichen Umgebung zu untersuchen und ist laut den Forschenden auch auf Pflanzen außerhalb von Laborbedingungen übertragbar.

Neue Ansätze gegen Trockenstress

„Je besser wir die Mykorrhiza und die Verknüpfungen zur Pflanzenwurzel verstehen, desto besser können wir diese Symbiose nutzen“, sagt Henri Braunmiller, Erstautor der Publikation. „Wir können nun genau sehen wie Pflanzen und Pilze in der Erde interagieren und können beispielsweise beobachten, welche Mykorrhiza-Netzwerke Pflanzen besonders wirksam mit Wasser und Nährstoffen versorgen. Langfristig könnten wir daraus Möglichkeiten entwickeln, unsere Kulturpflanzen widerstandsfähiger gegenüber Trockenheit und anderen Folgen des Klimawandels zu machen.”

Technische Universität München

Originalpublikation:

Braunmiller, H.M., Bitterlich, M., Koebernick, N., Jacob, E., Heck, A.S., Schnepf, A., Pausch, J., Suuronen, J.-P., Hesse, B., Delzon, S., Perrin, J., King, A., Jansa, J. and Ahmed, M.A. (2026), Opening the black box: in situ imaging of arbuscular mycorrhizal fungal structures in soil using synchrotron-based micro-CT. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71379

Nach der Narkose: Weibliche Gehirne reagieren anders auf Ketamin

Mon, 03 Aug 2026 10:03:54 +0200

„Knacks“, der Knöchel ist verdreht, das Geräusch geht durch Mark und Bein. Schmerz durchzieht den Körper und beeinflusst jede Reaktion. Es ist kaum auszuhalten. Die Notfallsanitäter:innen sind schnell an Ort und Stelle. Kurz wird beraten und entschieden: Die Patientin muss in die Notfallambulanz. Ketamin kommt zum Einsatz. Im Gegensatz zu anderen Narkosemitteln macht Ketamin nicht nur bewusstlos, sondern wirkt sich auch auf die Schmerzempfindung und das Gedächtnis aus. Es dämpft die Kommunikation zwischen Nervenzellen, also genau jenes Netzwerk, welches nach der Anästhesie wieder zur normalen Funktion zurückkehren muss. Wie genau der Erholungsprozess abläuft – und ob sich männliche und weibliche Gehirne darin unterscheiden – war bisher unklar. Alessandro Venturino, Professorin Sandra Siegert sowie weitere Kolleg:innen vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und Forschende vom Allen Institute in Seattle, USA haben nun erste Antworten.

Mikroglia – Hüter:innen und Kleber des Gehirns

Schon 2017 erkannte die Forschungsgruppe rund um Sandra Siegert, dass weibliche und männliche Mäuse unterschiedlich auf eine Ketamin-Narkose reagieren – genauer gesagt nämlich die Mikroglia im Gehirn. Bei Mikroglia handelt es sich um spezielle Immunzellen im Gehirn, welche die Umgebung des Gehirns scannen und gegebenenfalls eine entzündungshemmende Reaktion einleiten. Dabei überwachen sie auch die Neuronen (Nervenzellen) und ihre Verbindungen – und gewährleisten somit eine optimale Gehirnfunktion.

Wenn das Gehirn wieder aufwacht

Mit einem „cranial window“ – einem operativ eingesetzten Fenster, das einen mikroskopischen Blick in das Gehirn der Mäuse ermöglicht – analysierte Venturino, wie sich Mikroglia und Neuronen während des Aufwachens nach einer Ketamin-Anästhesie verhalten. Dabei wurden beide Zellarten mit fluoreszierenden Farbstoffen markiert und leuchteten anschließend unter dem Mikroskop. Die Forschenden beobachteten die dynamischen Interaktionen der Mikroglia mit den Neuronen. Als sich die weiblichen Mäuse von der Narkose erholten, begannen die Mikroglia überraschenderweise, längere Kontakte zu den Neuronen aufzubauen. Gleichzeitig begann die synaptische Umstrukturierung und Plastizität. Bemerkenswerterweise war dieses Phänomen bei männlichen Mäusen nicht zu beobachten. Darüber hinaus fand auch bei Mäusen ohne Mikroglia kein solcher synaptischer Umbau statt, was darauf hindeutet, dass Mikroglia entscheidende Mediatoren dieser mit der Erholung verbundenen Plastizität sind. „Das Spannende war, dass wir diese Plastizität, also die Eigenschaft des Gehirns, sich zu verändern und anzupassen bzw. in diesem Fall zu regenerieren, nur bei Weibchen beobachten konnten“, erklärt Venturino.

Doch wie so oft in der Forschung öffnet ein Projekt die Türen zu einem anderen. Die Erkenntnisse über die Reaktion der Mikroglia auf Ketamin haben Siegert und Venturino inzwischen dazu inspiriert, Syntropic Medical mitzugründen – ein Start-up im XISTA-Ökosystem des ISTA, das untersucht, wie flackerndes Licht mit einer Frequenz von 60 Hz solche neuronalen Netzwerke im Gehirn „aufweichen” kann.

Positiver Stress führt zu Gehirnveränderungen

Trotz der vielen anderen Projekte, oder gerade deswegen, kehrten die Forschenden immer wieder zu ihrer Grundbeobachtung zurück. „Ich war immer schon der Meinung, dass Frauen mehr Plastizität im Gehirn haben“, schmunzelt Siegert. „Es ließ mich und Alessandro einfach nicht locker, herauszufinden, warum das so ist.“ Weitere Experimente zeigten, dass die Plastizität auf Corticosteron zurückzuführen ist – eines der wichtigsten Stresshormone. „Während der Erholung von der Narkose steigt der Corticosteron-Spiegel an, was bei weiblichen Mäusen spezifisch das Stressreaktions-Gen Fkbp5 in den Mikroglia aktiviert. Dieses Gen kodiert für das Protein FKBP51, das der Zelle hilft, mit Stresssignalen umzugehen – und das offenbar die Mikroglia dazu veranlasst, mit Neuronen zu interagieren“, erklärt Venturino. Um sicher zu sein, ob wirklich Corticosteron der Hauptgrund ist, entfernten die Forschenden die Nebennieren, jene endokrinen Drüsen, die das Hormon produzieren. Die Entfernungen führten dazu, dass der enge Kontakt zwischen den Mikroglia und den Neuronen nach dem Aufwachen verschwand.

„Diese Ergebnisse zeigten deutlich, dass das Corticosteron diese Reaktion bei weiblichen Mäusen auslöst“, erklärt Venturino. Siegert ergänzt: „Sie unterstreichen auch, dass Stresshormone – entgegen ihrem schlechten Ruf – für bestimmte Prozesse im Gehirn wichtig sind.“

Evolutionäre Hypothese

Warum bei weiblichen Mäusen der Prozess anders ist als bei männlichen, lässt sich zum jetzigen Zeitpunkt nur spekulieren. Es ist noch unklar, ob das männliche Gehirn einen ähnlichen Mechanismus nutzt, der lediglich verzögert abläuft, oder ob es eine andere Strategie verfolgt. „Mikroglia erlauben eine schnelle Anpassung und höchstwahrscheinlich reagieren diese Zellen empfindlicher auf bestimmte Stress-Signale“, erklärt Siegert. Von einem evolutionären Standpunkt könnte man davon ausgehen, dass Frauen tendenziell größere Anforderungen an soziale, emotionale, Multitasking-bezogene Anpassungsfähigkeit erlebt haben, zum Beispiel durch die Kinderpflege, Nahrungsbeschaffung oder soziale Koordination von Gruppen, so die Professorin. Das weibliche Gehirn musste daher schneller reagieren und sich anpassen.

„Das ist etwas Gutes“, meint Siegert. „Ist diese Plastizität aber zu stark und wiederholt sich häufig, steigt das Risiko, an Depressionen zu erkranken. Denn wir wissen auch, dass bei Frauen die Prävalenz für psychiatrische Erkrankungen höher ist als bei Männern.“

Frauen bekommen an Männern getestete Medikamente

Siegert führt weiter aus, dass sie und ihre Kolleg:innen während ihrer Literaturrecherche kaum Studien gefunden haben, bei denen Ketamin an Frauen getestet worden ist. „Es gab nur eine Handvoll Fallstudien, die zeigten, dass Frauen nach einer Ketamin-Anästhesie häufiger unter Übelkeit und Erbrechen leiden.“ Angesichts der Tatsache, dass Ketamin auch als Antidepressivum eingesetzt wird, sei es umso wichtiger, dessen Wirkungsweise in den unterschiedlichen biologischen Geschlechtern zu verstehen. „Es ist erstaunlich, wie selbstverständlich man vielerorts immer noch davon ausgeht, dass Männer und Frauen in ihren körperlichen Reaktionen ähnlich sind, obwohl das nicht der Fall ist“, betont Siegert.

Forschungsergebnisse wie diese sind ein Weg in die richtige Richtung: Sie machen deutlich, dass Medikamente bei Frauen und Männern unterschiedlich wirken und sind ein Appell, geschlechtsspezifische Unterschiede in zukünftigen Studien stärker zu berücksichtigen.

Institute of Science and Technology Austria (ISTA)

Originalpublikation:

Venturino et al. 2026. Corticosterone-linked microglial activity underpins sexually dimorphic neuroplasticity after ketamine anesthesia. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.adz6517, https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adz6517

Neues aus der Malariaforschung: Von Sicherungsseilen und Warteschleifen in der Parasitenvermehrung

Mon, 03 Aug 2026 09:48:22 +0200

Malariaparasiten vermehren sich auf ungewöhnliche Weise: Statt sich wie menschliche Zellen jeweils zweizuteilen, vervielfältigen sie ihr Erbgut zunächst innerhalb einer Zelle um das Zehn-, Hundert- oder sogar Tausendfache, bevor sie entsprechend viele Tochterparasiten gleichzeitig bilden. Wie diese Prozesse gesteuert werden, war bislang nur teilweise bekannt. Zwei aktuell veröffentlichte Arbeiten von Forschenden der Medizinischen Fakultät Heidelberg der Universität Heidelberg, der Harvard Medical School und des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) liefern wichtige Einblicke in die molekularen Mechanismen dieser Vermehrungsstrategie und zeigen, wie der Parasit die begrenzten Ressourcen in seiner Wirtszelle besonders effizient nutzt. Die Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Entwicklung zukünftiger Malariamedikamente.

Wachsende Tochterparasiten sichern sich ihren Zellkern über molekulare Verbindungsstruktur

Das erste Projekt, dessen Ergebnisse in der Fachzeitschrift EMBO Journal veröffentlicht wurden, basiert auf einer Zusammenarbeit der Arbeitsgruppen von Professor Dr. Friedrich Frischknecht, Medizinische Fakultät Heidelberg und Abteilung Parasitologie des Zentrums für Infektiologie am Universitätsklinikum Heidelberg (UKHD), und Professor Jeffrey Dvorin, Harvard Medical School, Boston, USA. Gemeinsam untersuchten die Teams eine rätselhafte Verbindungsstruktur im Malariaparasiten, die aus elektronenmikroskopischen Aufnahmen bekannt war, deren Funktion bislang aber ungeklärt blieb. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler identifizierten zwei Proteine, die diese Struktur aufbauen und eine Art molekulares „Sicherungsseil“ bilden. Nach der Vervielfältigung des Erbguts verankern sie jeweils einen dieser neuen Zellkerne an der Spitze einer sich entwickelnden Tochterzelle. Ohne diese Verbindungsstruktur war die Bildung von Tochterparasiten in den Blutzellen gestört.

Genetisch veränderte Parasiten, denen eine Komponente dieser Struktur fehlte, konnten ihr Erbgut zwar ohne Beeinträchtigung vervielfältigen, aber keine funktionsfähigen Nachkommen mehr bilden. Besonders gravierend waren die Folgen in infizierten Mücken: Dort wurde die Bildung der infektiösen Parasitenstadien, der Sporozoiten, die beim Stich auf den Menschen übertragen werden, nahezu vollständig verhindert. „Ohne diese Verbindungsstruktur fällt der gesamte Prozess der Tochterzellbildung in sich zusammen“, erläutert Prof. Frischknecht. „Die sich bildenden Parasiten können keinen Zellkern in sich hineinziehen und Zellbestandteile, die für das Eindringen in Wirtszellen wichtig sind, nicht korrekt ausrichten. Diese Plasmodien sind nicht lebensfähig.“

Replikationsproteine arbeiten einen Zellkern nach dem anderen ab

Im zweiten Projekt, aktuell in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht, untersuchten die Forschenden, wie Plasmodien ihre Zellkerne innerhalb von Blutzellen vermehren. Dazu kooperierte die Arbeitsgruppe von Dr. Markus Ganter, Abteilung für Parasitologie am UKHD, mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Instituts für Theoretische Physik und BioQuant der Universität Heidelberg sowie der Abteilung Theoretische Systembiologie um Dr. Nils Becker am DKFZ. Im sogenannten Blutstadium vermehrt der Malariaparasit seine Zellkerne auf eine ungewöhnliche, asynchrone Art: Während ein Zellkern sein Genom repliziert, kann ein benachbarter Zellkern gerade eine Teilung durchlaufen. Die Forschenden zeigten mithilfe hochauflösender Live-Mikroskopie und mathematischer Modellierung, dass die Zellkerne um eine begrenzte Anzahl an Proteinen konkurrieren, die für die DNA-Verdopplung benötigt werden. Dadurch teilen sich die Zellkerne zeitlich versetzt: Während ein Zellkern die verfügbaren Proteine für die Erbgutvermehrung nutzt und sie vorübergehend bindet, müssen andere Kerne „warten“, bis die Replikationsproteine wieder frei werden.

Wider Erwarten verlangsamt dieses System die Vermehrung nicht. Im Gegenteil: Die Modellrechnungen zeigen, dass die vorhandenen Ressourcen auf diese Weise nahezu ohne Leerlauf genutzt werden, wodurch sich die Parasiten besonders effizient – und tatsächlich etwas schneller als bei einer zeitlich synchronisierten Teilung – vermehren können. „Würden alle Zellkerne gleichzeitig ihr Erbgut verdoppeln, müssten sie die verfügbaren Proteine teilen, was den Prozess insgesamt verlangsamen würde“, sagt Dr. Ganter, der als Postdoktorand an der Harvard Medical School zusammen mit Jeff Dvorin forschte.

Hochspezialisierte Vermehrungsmechanismen könnten sich als Achillesferse erweisen

„Malariaparasiten haben hochspezialisierte Wege entwickelt, um sich möglichst schnell und effizient zu vermehren. Diese ungewöhnlichen Mechanismen könnten sich als ihre Achillesferse erweisen“, sagt Professor Frischknecht. „Je besser wir sie verstehen, desto gezielter können wir neue Ansatzpunkte für künftige Medikamente identifizieren.“ Die meisten der derzeit eingesetzten Malariamedikamente hemmen die Vermehrung der Parasiten in den Blutzellen; allerdings passen sich die Erreger rasch an und entwickeln Resistenzen.

Malariaparasiten vermehren sich sowohl im Menschen als auch in der übertragenden Mücke. Beim Menschen kann aus einem einzigen Parasiten in einer Leberzelle eine Population von mehreren Zehntausend Nachkommen entstehen, die ausschwärmen und rote Blutkörperchen infizieren. In den Blutkörperchen bildet ein jeder Parasit wiederum rund 20 Tochterparasiten. In der Mücke vervielfältigt sich der Erreger in zystenartigen Strukturen der Darmwand massiv: Aus einem Parasiten entstehen etwa 5.000 Nachkommen, die zur Speicheldrüse der Mücke wandern und beim nächsten Stich auf einen Menschen übertragen werden.

Universitätsklinikum Heidelberg

Originalpublikationen:

He B, Ali I, Dorner LP et al. Essential nucleus-apical pole linkage maintains division fidelity during Plasmodium progeny formation. The EMBO Journal (2026). https://doi.org/10.1038/s44318-026-00836-7.

Binder P, Kudulytė A et al. Competitive resource allocation drives asynchronous and rapid nuclear multiplication in the malaria parasite. Nature Communications (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-75378-x

Amöben als Tunnelbaumeister

Mon, 03 Aug 2026 09:23:43 +0200

Soziale Amöben sind faszinierende Naturkünstler: Meist leben sie als eigenständige Einzeller im Boden. Wenn die Nahrung knapp wird, schließen sie sich jedoch zu mehrzelligen Fruchtkörpern zusammen. Deren Sporen können ähnlich wie die Samen eines Löwenzahns an neue, nahrungsreichere Orte gelangen. Bisher gingen Expertinnen und Experten davon aus, dass sich die Mikroorganismen dabei vor allem über chemische Botenstoffe verständigen, die sie in ihre Umgebung abgeben – vergleichbar mit einer Flaschenpost im Ozean.

Kommunikationssystem aus Nanoröhren

Ein Team des Jenaer Leibniz-Instituts für Naturstoff-Forschung und Infektionsbiologie (Leibniz-HKI) und des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ an der Friedrich-Schiller-Universität Jena hat in Kooperation mit Forschungsteams aus Cambridge (UK) und Bengaluru (Indien) nun entdeckt, dass Amöben zusätzlich eine Art direkte Tunnelleitung nutzen. Mithilfe hochauflösender Live-Mikroskopie wiesen die Forscher bei Amöben sogenannte „Tunneling Nanotubes“ (TNTs) nach. Diese winzigen Membranschläuche können mehr als 200 Mikrometer lang werden, was für eine Amöbe einer enormen Langstreckenverbindung entspricht.

„Die mikroskopischen Tunnelleitungen auf Bildern festzuhalten, war für uns eine echte technische Herausforderung“, sagt der Erstautor der Studie, Dr. Harikumar R. Suma. „Amöben sind wahrlich keine Fans heller Lichtquellen und bewegen sich bei Beleuchtung rasch davon. Dadurch reißen die Tunnelverbindungen schnell ab und sind nur für wenige flüchtige Momente sichtbar. Wir mussten bei der Beobachtung also mit den flinken Zellen Schritt halten.“

Tunnel-Netzwerk im Stresstest

Besonders überraschend war die Reaktion der Amöben im Stresstest. Dafür beeinträchtigten die Forschenden gezielt das innere Zellgerüst, das den Zellen Form und Beweglichkeit verleiht und zugleich die Nanoröhren stabilisiert. Doch der Tunnelbau kam bei geschwächtem Zellskelett nicht etwa zum Erliegen. Im Gegenteil: Die Amöben bildeten rund 25-mal so viele Tunnel wie unter normalen Bedingungen.

Im Inneren des Tunnelsystems beobachteten die Forschenden eine wertvolle zelluläre Fracht: Mitochondrien, die „Kraftwerke der Zellen“, und andere Zellbestandteile. Auch im Stresstest war zu sehen, wie diese Fracht zwischen benachbarten Zellen transportiert wurde. „Dieses Verhalten erinnert an eine Art zelluläres Erste-Hilfe-Netzwerk“, erklärt Suma. „Die Amöben scheinen die Tunnelverbindungen zu nutzen, um wichtige Zellbestandteile weiterzugeben. Welche Rolle dieser Transportmechanismus unter Stress genau spielt, müssen weitere Untersuchungen zeigen.“

Spurensuche in der Evolution der Zellkommunikation

Die Ergebnisse, die im Fachjournal PNAS Nexus erschienen sind, reichen weit über die Mikrobiologie hinaus. Bislang kannte man solche oder ähnliche Tunnelverbindungen vor allem aus Zellen von Säugetieren und Bakterien. Dass nun auch vergleichsweise ursprüngliche Einzeller wie Amöben diese Technik beherrschen, liefert neue Hinweise auf frühe Formen der Zellkommunikation.

„Damit sich im Laufe der Evolution vielzelliges Leben entwickeln konnte, mussten einzelne Zellen lernen, eng miteinander zu kooperieren“, erläutert Prof. Pierre Stallforth, Professor für Bioorganische Chemie und Paläobiotechnologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Leiter der Paläobiotechnologie am Leibniz-HKI. „Die Nanoröhren der Amöben zeigen uns einen direkten Mechanismus, der eine solche Zusammenarbeit bei der Entstehung von Vielzelligkeit ermöglicht haben könnte.“

Internationale Expertise

Für die Studie bündelte das Team unterschiedliche fachliche Expertisen. Robert R. Kay vom MRC Laboratory of Molecular Biology in Cambridge brachte seine langjährige Erfahrung mit der sozialen Amöbe Dictyostelium ein. Sandeep M. Eswarappa vom Indian Institute of Science in Bengaluru ergänzte die Zusammenarbeit durch seine Expertise zu Tunneling Nanotubes in Säugetierzellen und stärkte damit insbesondere die zellbiologische Perspektive. Gemeinsam mit Harikumar R. Suma und Pierre Stallforth vom Leibniz-HKI gewann das Team so neue Erkenntnisse in einem Forschungsfeld, das beispielhaft für das Ziel des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ steht: die Wechselwirkungen von Mikroorganismen und ihre Bedeutung für das Gleichgewicht mikrobieller Gemeinschaften besser zu verstehen.

Universität Jena

Originalpublikation:

Harikumar R Suma, Robert R Kay, Sandeep M Eswarappa, Pierre Stallforth, Nanotubes enable intercellular communication in early-branching eukaryotes, PNAS Nexus, Volume 5, Issue 7, July 2026, pgag238, https://doi.org/10.1093/pnasnexus/pgag238

Arktischer Ozean hält Kohlenstoff aus Permafrost fest unter Verschluss

Fri, 31 Jul 2026 11:37:36 +0200

Mithilfe von Sedimentkernen fanden die Forschenden vom Alfred-Wegener-Institut und dem MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen heraus, dass beachtliche Mengen terrestrischen Kohlenstoffs im Meeresboden gelagert werden. Und es zeigte sich, dass Mikroorganismen kleine Feinschmecker sind, die frischen marinen Kohlenstoff stark bevorzugen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Geoscience.

Arktische Permafrost-Ökosysteme an Land speichern rund 1.300 Gigatonnen Kohlenstoff aus organischen Quellen, wie zum Beispiel Pflanzenresten. Sedimente in Ozeanen und Flussdeltas enthalten weitere 400 Gigatonnen. Die globale Erderwärmung setzt dieser natürlichen Tiefkühltruhe jedoch zu: In der Arktis steigen die Temperaturen rasanter als irgendwo anders auf unserem Planeten, mit der Folge, dass Permafrost in der Region rapide taut. Über Flüsse und abbrechende Küsten kann der hier gespeicherte Kohlenstoff dann auch in den Arktischen Ozean gelangen. „Jährlich gelangen so bis zu 0,02 Gigatonnen zusätzlich ins Meer und laut Prognosen könnte dieser Abfluss bis zum Jahr 2100 um 70 bis 150 Prozent ansteigen“, sagt Dr. Manuel Ruben, Erstautor der Studie vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI). „Wieviel davon als Treibhausgas wieder freigesetzt und wieviel im Meeresboden gespeichert wird, war bisher jedoch weitgehend unbekannt.“ Dieses Wissen ist jedoch essenziell um die Klimawirkung des tauenden Permafrosts abschätzen zu können.

Um dieser Unbekannten auf die Spur zu gehen, haben die Forschenden Sedimentkerne in unterschiedlichen Abständen vor der Küste der kanadischen Insel Herschel Island geborgen und untersucht. Die Kerne enthalten Ablagerungen von etwa 50 Jahren. Die Analyse der Sedimente zeigte etwas Überraschendes: „Obwohl das Meer hier riesige Mengen organischen Kohlenstoffs von den Küsten abträgt, landet überraschend wenig davon im aktiven Kohlenstoffkreislauf des Ozeans“, so Manuel Ruben. „Mikroorganismen wandeln rund zehn Prozent aus den Sedimenten in Gase um, die ins Wasser aufsteigen und von dort in unsere Atmosphäre gelangen können.“ Der größte Teil wird jedoch im Meeresboden gespeichert.

Für ihre Analyse haben die Forschenden einmal die Zusammensetzung der Sedimentkerne genau untersucht und zudem, wie schnell sich Permafrostablagerungen am Meeresboden ansammeln. Hierfür haben sie gemessen, wie viel anorganischer gelöster Kohlenstoff sich in winzigen Hohlräumen der Sedimentschichten, dem sogenannten Porenwasser, ansammelt. Das ist ein Hinweis darauf, wie viel CO₂ Mikroorganismen „ausgeatmet“ haben, nachdem sie den organischen Kohlenstoff „verdaut“ haben. Die isotopische Zusammensetzung des Porenwassers gibt Aufschlüsse darüber, welches organische Material aus welcher Quelle abgebaut wurde. „Kohlenstoff-Isotope sind unsere atomaren Anzeiger, die die Nahrungsquelle der Mikroorganismen identifizieren können“, sagt Prof. Gesine Mollenhauer, Geochemikerin am AWI und Co-Sprecherin des Exzellenzclusters „Der Ozeanboden – unerforschte Schnittstelle der Erde“. „Das Isotop 13C verrät uns zum Beispiel, ob sie eher den Kohlenstoff vom Land oder aus dem Meer verzehrt haben. Mithilfe des 14C-Isotops konnten wir bestimmen, ob die Einzeller alten organischen Kohlenstoff aus Permafrost oder frischen aus Algenresten bevorzugten.“

„Im Sediment leben Feinschmecker-Bakterien, die offenbar den frischen Kohlenstoff aus zum Beispiel jüngeren Algenresten gegenüber dem ‚alten‘ aus den Permafrostablagerungen bevorzugen“, erklärt Gesine Mollenhauer. Das deutet darauf hin, dass der organische Kohlenstoff, der vom Land ins Meer gelangt, weniger zur Menge an Treibhausgasen in der Atmosphäre beiträgt als befürchtet. „Hier brauchen wir allerdings weitere Forschung. Denn ein Teil des organischen Kohlenstoffs aus dem Permafrost könnte bereits abgebaut worden sein, bevor er den Meeresboden erreicht.“

Neben den Auswirkungen des Land-Ozean Kohlenstofftransports auf den Treibhausgasgehalt in der Atmosphäre sind weitere Effekte möglich. So beeinflusst dieser Transport die Biogeochemie der Küstengewässer, die auch eine wichtige Rolle bei der Nahrungsversorgung der einheimischen Bevölkerung spielen. Denn die Sedimente verändern, wie viel Sonnenlicht verfügbar ist: Zum einen trüben die frisch abgebrochenen Bruchteile den Küstenozean, zum anderen verfärbt der enthaltene organische Kohlenstoff das Wasser, wenn er sich darin löst. Allerdings brauchen Einzeller wie Algen Licht, um daraus Biomasse und Sauerstoff zu machen. Diese Primärproduktion ist wiederum die Grundlage für Leben im Meer wie Fische, Krebstiere oder Robben. Unter anderem diesen komplexen Zusammenhängen wollen die Forschenden mit der für 2027 geplanten internationalen Kampagne „Arctic Pulse“ nachgehen. Mit koordinierten Messkampagnen an Bord des Forschungseisbrechers Polarstern, den Forschungsflugzeugen des AWI und an Land untersuchen sie, wie der rasche Umweltwandel die Ökosysteme in der Arktis verändert.

„Unsere Studie zeigt genauer als je zuvor, wie viel Kohlenstoff im Meeresboden sicher gelagert wird – und wie viel des abgebauten Materials tatsächlich aus dem alten Permafrost stammt“, sagt Manuel Ruben. „Das ist eine wichtige Grundlage für Klima-Modelle, die die Folgen des Permafrost-Tauens für das globale Klima vorhersagen können.“

Alfred-Wegener-Institut und MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen

Originalpublikation:

Ruben, M., Wei, B., von Jackowski, A. et al. Limited remineralization of Arctic permafrost-derived organic carbon in nearshore marine sediments. Nat. Geosci. (2026). doi.org/10.1038/s41561-026-02060-8