VBIO News http://example.com VBIO News de Copyright Fri, 07 Aug 2026 10:34:30 +0200 Fri, 07 Aug 2026 10:34:30 +0200 TYPO3 news-39397 Fri, 07 Aug 2026 10:04:09 +0200 Forschende entdecken Pilzprotein, das zu Blattverlust bei Nutzpflanzen führt https://www.vbio.de/aktuelles/details/forschende-entdecken-pilzprotein-das-zu-blattverlust-bei-nutzpflanzen-fuehrt Erstmalig ist es einem Forschungsteam gelungen, Einblicke in die genetischen Grundlagen der durch den Schädlingspilz Verticillium dahliae verursachten „Entlaubung“ zu bekommen. Ein von ihnen identifiziertes Schlüsselprotein bedingt die Aggressivität des Pilzes. Ein internationales Forschungsteam um den Kölner Pflanzenwissenschaftler Professor Dr. Bart Thomma vom Institut für Pflanzenwissenschaften, dem Sonderforschungsbereich MiBiNet und dem Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften CEPLAS, hat bei dem Schädlingspilz Verticillium dahliae den Bereich des Genoms identifiziert, der für die Produktion eines bestimmten Proteins verantwortlich ist, das der Erreger während des Infektionsprozesses absondert. Dieses Protein führt zu Blattverlust bei Wirtspflanzen und bedingt die Aggressivität des Erregers. Die Forschungsergebnisse wurden unter dem Titel “A structurally unique effector shared between vascular wilt fungi drives cotton and olive defoliation” in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Die aggressivsten Stämme von Verticillium dahliae, einem pathogenen Pilz, der in der Landwirtschaft als Verursacher von Welkekrankheiten bekannt ist, verursachen insbesondere bei Baumwolle und Olivenbäumen vollständigen Blattverlust (Entlaubung). Dies führt zum Absterben der befallenen Pflanzen und damit zu erheblichen Ernteverlusten. Bislang waren die genetischen Grundlagen, wie Verticillium dahliae diesen Laubverlust verursacht, unbekannt.

“Das Gen für das Protein, das zu dem Blattverlust führt, wurde auf einem sogenannten „Starship“ gefunden. Dabei handelt es sich um riesige mobile genetische Elemente, die zwischen verschiedenen Pilzarten übertragen werden können und Gene transportieren, darunter auch das für den Blattverlust verantwortliche Gen”, erläutert Professor Bart Thomma. “Genetische Analysen haben in einigen anderen Pilzen, die Welkekrankheiten verursachen, Überreste eines mutmaßlichen „Starships“ mit dem Blattverlust-Gen nachgewiesen.”

Das Verständnis der genetischen Grundlagen, wie Verticillium dahliae eine derart aggressive Krankheit verursacht, kann zur Entwicklung neuartiger Methoden für die Bekämpfung von Pflanzenkrankheiten beitragen - durch eine verbesserte spezifische Erkennung der aggressivsten isolierten Stämme, aber auch durch die Züchtung oder gentechnische Modifikation resistenter Oliven- und Baumwollpflanzen.

Universität zu Köln


Originalpublikation:

Doddi, A., Fiorin, G.L., Li, J. et al. A structurally unique effector shared between vascular wilt fungi drives cotton and olive defoliation. Nat Commun 17, 7818 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-74504-z

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Wissenschaft Nordrhein-Westfalen
news-39396 Fri, 07 Aug 2026 09:58:52 +0200 Dem Schneckenschleim auf der Spur https://www.vbio.de/aktuelles/details/dem-schneckenschleim-auf-der-spur Wie schaffen es Schnecken, mit demselben Schleim zu kriechen, zu haften und sich zu schützen? Forschende zeigen, dass sie dessen chemische Zusammensetzung je nach Aufgabe gezielt anpassen.  Nach einem Regenschauer sind Schnecken besonders aktiv. Auch auf dem Max-Planck-Campus in Potsdam-Golm hinterlassen gewöhnliche Bänderschnecken (Cepaea nemoralis) ihre glänzenden Schleimspuren. Forschende aus der Abteilung „Biomaterialien“ erkannten im Schleim ein vielversprechendes Naturmaterial. Denn die Schnecke produziert nicht nur eine einzige Art von Schleim, sondern kann ihn je nach Bedarf so variieren, dass er flüssig, fest, klebrig oder rutschig wird.

Für das Forschungsteam wurde der Schneckenschleim damit zum Gegenstand einer materialwissenschaftlichen Analyse: Wie schafft es die Schnecke mit denselben Grundbausteinen völlig unterschiedliche Materialeigenschaften zu erzeugen? Die Antwort liefern die Forschenden in einer Studie, die nun im Fachjournal Science erschienen ist. Darin zeigen sie erstmals umfassend, mit welchen biochemischen Rezepten die Bänderschnecke ihren Schleim gezielt an unterschiedliche Aufgaben anpasst. 

„Schneckenschleim mag auf den ersten Blick unscheinbar wirken, ist aber ein unglaublich vielseitiges Material,“ sagt Dr. Franziska Jehle, korrespondierende Autorin der Studie. „Dass die Schnecke mit den gleichen Grundbausteinen gezielt die Eigenschaften ihres Schleims verändern kann, macht sie für die Forschung so spannend.“

Der Baukasten des Schneckenschleims

Um zu verstehen, wie die Natur diese Materialvielfalt erzeugt, analysierten die Forschenden fünf verschiedene Schleimarten. Sie untersuchten Schleim, der die Fortbewegung ermöglicht, als starker Klebstoff an Oberflächen wirkt, das Tier vor Austrocknung schützt, das Gehäuse während längerer Ruhephasen verschließt und zur Verteidigung dient.
Dabei zeigte sich, dass die Schnecke für die verschiedenen Schleime stets die gleichen Komponenten verwendet, die sie in unterschiedlichen Mengen zusammenmischt. Bei den chemischen Bausteinen handelt es sich um Proteine, vor allem Kollagen, und Kalzium. 

Überrascht hat die Forschenden, dass sie Kollagen VI als zentralen Bestandteil des Schleims identifiziert haben. Denn das Protein ist vor allem für seine strukturgebende Funktion in menschlicher Haut, Knochen und Gelenken bekannt. Gemeinsam mit ungeordnetem Kalziumkarbonat, das die Schnecke im Drüsengewebe speichert und bei Bedarf zusammen mit dem Schleim abgibt, trägt der Anteil von Kollagen VI entscheidend dazu bei, die Eigenschaften der verschiedenen Schleime zu steuern. Offenbar verändert die Schnecke über die Gesamtmenge an Proteinen und den Anteil an Kollagen VI, wie dicht das Proteinnetzwerk im Schleim ist. Das wirkt sich unmittelbar auf die mechanischen Eigenschaften aus: Je engmaschiger das Proteinnetz ist, desto zäher ist der Schleim. Kalzium dient in seiner Ionenform entweder der Vernetzung oder als Calcit der Verstärkung des Materials. 

Von der Natur lernen

„Die Erkenntnisse dieser Studie reichen weit über die Biologie der Schnecke hinaus“, sagt Prof. Peter Fratzl, Co-Autor der Studie und Direktor am Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung. „Natürliche Materialien erzielen mit wenigen Bausteinen eine enorme Vielfalt an Funktionen. Wenn wir die Prinzipien dahinter verstehen, ist das für die Entwicklung nachhaltiger Materialien von großer Bedeutung.“

So könnten sich nach dem Vorbild von Schneckenschleim beispielsweise umweltfreundliche Klebstoffe, funktionelle Beschichtungen oder Materialien für medizinische Anwendungen herstellen lassen.

Max-Planck-Institut für Kolloid- und Grenzflächenforschung


Originalpublikation:

Mariella Gabler, Emeline Raguin, Ernesto Scoppola, Barbara Steigenberger, Assa Yeroslaviz, Peter Werner, Peter Fratzl, Franziska Jehle. Calcium tunes snail mucus–based materials to multiple functions. Science 393 (6811), S. 596 - 600 (2026). https://doi.org/10.1126/science.adx7367

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Wissenschaft Brandenburg
news-39395 Fri, 07 Aug 2026 09:53:16 +0200 Vom Planen zum Handeln: Grundlegende Erkenntnisse zur Bewegungsplanung im Gehirn https://www.vbio.de/aktuelles/details/vom-planen-zum-handeln-grundlegende-erkenntnisse-zur-bewegungsplanung-im-gehirn Welche Neuronen im Gehirn steuern wie Bewegungen? Das haben Forschende aus Neurowissenschaften und KI zusammen untersucht. Ihre Studie kann dazu beitragen, die Präzision von per Gedanken steuerbaren Prothesen zu verbessern.  3 – 2 – 1 – und los! Alle Läufer*innen drücken sich bei Ertönen des Signals aus ihren Startblöcken und sprinten los. Dass wir in Sekundenbruchteilen handeln können, liegt daran, dass wir im Gehirn Bewegungen bereits vorausplanen, bevor sie ausgeführt werden. Im interdisziplinären Forschungszentrum BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg haben 15 Forschende aus Biologie, KI und Neurotechnologie nun genauer untersucht, wie der Übergang von der gedanklichen Vorbereitung einer Bewegung zur Ausführung durch die Muskeln auf neuronaler Ebene gesteuert wird. Im Ergebnis schlagen die Forschenden in der Fachzeitschrift Cell Reports nun ein verbessertes Modell zum Verständnis der neuronalen Abläufe bei der Bewegungsplanung vor.

„Dank dieser Grundlagenforschung verstehen wir die neuronalen Abläufe im Gehirn zur Steuerung von Bewegungen nun besser. Die Erkenntnisse könnten langfristig genutzt werden, um Therapien oder Hilfsmittel für Menschen mit Bewegungseinschränkung zu entwickeln. So könnten beispielsweise in Zukunft Sensoren Bewegungsbefehle im Gehirn erfassen und an eine intelligente Prothese weiterleiten“, sagt Prof. Dr. Ilka Diester, Sprecherin des Zentrums BrainLinks-BrainTools und Professorin für Optophysiologie an der Fakultät für Biologie, die die Studie gemeinsam mit Prof. Dr. Joschka Bödecker, Professor für Informatik an der Technischen Fakultät, konzipiert hat.

Messung neuronaler Aktivität bei Bewegungsplanung und -ausführung

Für die Studie trainierten die Forschenden Ratten, mit der Pfote einen Schalter zu drücken, bis ein Vibrieren zu spüren ist, und ihn dann loszulassen. Als Belohnung erhielten sie einen Tropfen Zuckerwasser. Die neuronalen Aktivitäten während dieses Experiments wurden aufgezeichnet.

Was die Bewegungsplanung und -ausführung angeht, ist das Nagetierhirn dem der Menschen vergleichbar: Bei beiden gibt es zwei bestimmte Bereiche im Gehirn, die aktiv werden, wenn Bewegungen geplant und ausgeführt werden: den prämotorischen und den primärmotorischen Cortex. „Bislang war unklar, wie genau die Bewegungsplanung zwischen den beiden Hirnarealen koordiniert wird. Vor allem fragten wir uns, wieso beide Hirnregionen bereits Aktivität zeigen, bevor die Bewegung tatsächlich ausgeführt wird und ohne dass es zu vorzeitiger Bewegung kommt“, erklärt Dr. Julian Ammer, Projektleiter in Diesters Forschungsgruppe Optophysiologie und neben Dr. Mansour Alyahyay, Dr. Gabriel Kalweit und Hao Zhu einer von vier Erstautoren der Studie.

Die „switching population hypothesis“

Das Forschungsteam konnte nun zeigen, wie die Befehle auf neuronaler Ebene weitergegeben werden: Während der Bewegungsplanung kommunizieren Neuronen im prämotorischen Cortex sowohl mit hemmenden als auch mit erregenden Neuronen im primärmotorischen Cortex. Der Befehl zur Bewegungsausführung kann erst erteilt werden, wenn sich die neuronale Aktivität im prämotorischen Cortex auf solche Neuronen verlagert hat, die hauptsächlich an erregende Neuronen im primärmotorischen Cortex kommunizieren. Erst dann kann ein externes Signal – im Experiment das Vibrieren des Schalters – die Bewegungsausführung veranlassen.

Die Annahme, dass dieses sich verschiebende Muster an neuronaler Aktivierung die gezielte Ausführung einer geplanten Bewegung ermöglicht, bezeichnet das Forschungsteam als „switching population hypothesis“. Die Forschenden schlagen vor, die beiden bisher vorherrschenden Hypothesen durch diese neue Hypothese abzulösen.

Interdisziplinäre Zusammenarbeit von Biologie, KI und Anatomie

Möglich wurden die Erkenntnisse durch die interdisziplinäre Zusammenarbeit am Zentrum BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg: Diesters Forschungsgruppe ist darauf spezialisiert, mithilfe von Lichtsignalen die Aktivität einzelner Neuronen zu beeinflussen und so herauszufinden, welche Funktion sie erfüllen. Ein KI-Modell unterstützte die Interpretation der gemessenen Aktivitätsmuster und ihrer Funktion für die Bewegungsplanung und -ausführung. Es wurde von Bödecker und seinem Team speziell für diese Studie entwickelt und ermöglichte die Vorhersage, welche Gruppen an Neuronen welchen Einfluss auf das Verhalten haben.

Zusätzlich wies Prof. Dr. Andreas Vlachos, Leiter der Abteilung für Neuroanatomie am Institut für Anatomie und Zellbiologie, mithilfe von Elektronenmikroskop-Aufnahmen die Verbindungen zwischen den Neuronen im prämotorischen Cortex und den hemmenden und erregenden Neuronen im primärmotorischen Cortex auf Zellebene nach. Dies stützt die „switching population hypothesis“ aus anatomischer Sicht.

Universität Freiburg


Originalpublikation:

Originalpublikation: Alyahyay M, Ammer JJ, Kalweit G et al. (2026): Mechanisms of premotor-motor cortex interactions during movement initiation. Cell Reports, 45(6), 117542. https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(26)00620-0

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Wissenschaft Baden-Württemberg
news-39394 Fri, 07 Aug 2026 09:41:02 +0200 Chronobiologie: Taktgeber für die Organe https://www.vbio.de/aktuelles/details/chronobiologie-taktgeber-fuer-die-organe Zirkadiane Uhren geben praktisch jeder Zelle im Körper einen Tagesrhythmus vor. Sie steuern physiologische Vorgänge, Verhaltensmuster und unsere Anpassung an wiederkehrende Umweltveränderungen wie Licht und Dunkelheit. Bei Säugetieren wird dieses System in erster Linie durch die Proteine CLOCK und BMAL1 gesteuert, zwei sogenannte Transkriptionsfaktoren, die bestimmte Gene rhythmisch aktivieren. Auf diese Weise erzeugen sie oszillierende Muster der Genexpression und Proteinfunktion und legen einen molekularen Zeitplan für die Zell- und Organfunktionen im Laufe des Tages fest. Forschende der LMU haben nun aufgeklärt, wie verschiedene Organe denselben zirkadianen Mechanismus anpassen, um ihre individuellen Bedürfnisse im Laufe eines Tages zu regulieren.  CLOCK und BMAL1 werden im gesamten Organismus exprimiert. Doch wie kommt es dann, dass ein und derselbe molekulare Taktgeber völlig unterschiedliche biologische Prozesse in verschiedenen Organen regulieren kann? Was macht eine solche Gewebespezifität möglich? Ein internationales Team unter der Leitung der LMU-Chronobiologin Maria Robles und ihres Doktoranden Fatih Aygenli hat nun entscheidende Fortschritte bei der Beantwortung dieser Fragen erzielt. Sie haben ihre Ergebnisse in der renommierten Fachzeitschrift Nature Cell Biology veröffentlicht.

Leberzellen etwa haben andere Aufgaben im Tagesverlauf, die anders geregelt werden müssen als die von Nierenzellen und wiederum anders als die von Lungenzellen. Die Forschenden fanden heraus, dass diese gewebespezifische zeitliche Steuerung durch die Kommunikation und Interaktion von CLOCK und BMAL1 mit anderen Proteinen an der DNA zustande kommt. Welche Proteine in welchen Mengen vorhanden sind und wann sie aktiv sind, variiert je nach Gewebe und im Laufe des Tages.

Um diese räumliche und zeitliche Komplexität zu erfassen, wandten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler eine fortschrittliche Methode an, bei der die Isolierung von DNA-assoziierten Proteinen mit quantitativer Proteomik kombiniert wurde. Dies lieferte eine umfassende Momentaufnahme des Proteinbestands, der in jedem Gewebe mit BMAL1 und CLOCK am Chromatin assoziiert ist. „Mit diesem Ansatz konnten wir in den Leber-, Nieren- und Lungengeweben von Mäusen mehr als 1.500 Proteine direkt identifizieren, die über verschiedene Organe und Tageszeiten hinweg mit dem Mechanismus der zirkadianen Uhr assoziiert sind“, sagt Maria Robles, Professorin am Institut für Medizinische Psychologie und am Biomedizinischen Centrum (BMC) der LMU. 

Bekannte Transkriptionsfaktoren übernehmen neue Funktionen

Unter der Vielzahl der Proteine, deren Wechselwirkungen in ihrem Interaktions-Atlas kartiert wurden, identifizierten die Forscher drei bekannte Transkriptionsfaktoren mit einer bislang unbekannten Rolle bei der zirkadianen Regulation, die das fehlende Bindeglied darstellen, nach dem sie gesucht hatten: „Wir konnten experimentell nachweisen, dass PROX1, HNF1B und HOXA5 – Schlüsseltranskriptionsfaktoren, die an der Gewebeentwicklung und der Aufrechterhaltung der Zellidentität beteiligt sind – die zirkadiane Funktion gewebespezifisch modulieren. 

Auf diese Weise teilen sie dem inneren Mechanismus der zirkadianen Uhr die spezifischen Funktionen mit, die zu verschiedenen Tageszeiten in Leber, Niere und Lunge reguliert werden müssen“, erklärt Robles. Von diesen drei Proteinen ist bereits bekannt, dass sie wichtige Rollen bei der Embryonalentwicklung, der Gewebebildung und der Zellidentität spielen. Die neuen Erkenntnisse belegen, dass sie zudem dazu beitragen, die zirkadiane Uhr im Laufe des Tages an die spezifischen physiologischen Anforderungen der einzelnen Organe anzupassen. „Unsere Ergebnisse zeigen somit, dass solche organspezifischen Faktoren dem zirkadianen Uhrwerk Gewebe- und Zellidentität verleihen und dadurch die gewebespezifische Genexpression und Physiologie im Laufe des Tages prägen“, fügt Fatih Aygenli hinzu.

Den Münchner Forschenden zufolge bietet die von ihnen optimierte kombinierte Analysemethode einen leistungsstarken Ansatz zur umfassenden Charakterisierung von Proteinkomplexen, die in lebendem Gewebe direkt an Chromatin gebunden sind, in dem die DNA flexibel verpackt ist. Sie weisen darauf hin, dass die Methode in vielen Bereichen der Molekularbiologie breit angewendet werden kann, um zu untersuchen, wie genregulatorische Mechanismen in vivo funktionieren.

Über diesen methodischen Fortschritt hinaus deckte die neue Studie einen grundlegenden Mechanismus auf, durch den die circadiane Uhr die Zellidentität und den Organkontext erkennt, um die entsprechenden physiologischen Funktionen in jedem Gewebe zeitlich zu regulieren. Wie Robles anmerkt, könnte dies helfen zu erklären, warum eine gestörte innere Uhr oder eine circadiane Störung verschiedene Gewebe auf unterschiedliche Weise beeinflusst und zu Stoffwechsel-, Herz-Kreislauf-, Immun- und anderen Erkrankungen führt.

Langfristig erhoffen sich die Forschenden der LMU, dass diese Erkenntnisse zur Entwicklung zeitlich präziserer und organbezogener Therapiestrategien für Erkrankungen wie Herz-Kreislauf-Erkrankungen oder Diabetes beitragen könnten. Diese und andere Erkrankungen stehen im Zusammenhang mit einer Störung oder Desynchronisation des zirkadianen Rhythmus, die eine Folge davon ist, dass wir entgegen unserer inneren Uhr leben – was laut Robles zu einem „weit verbreiteten Merkmal unseres modernen Lebensstils“ geworden ist.

LMU München


Originalpublikation:

Aygenli, F., Huschet, L.A., Popp, T. et al. CLOCK/BMAL1 interactome uncovers homeodomain factors as tissue regulators. Nat Cell Biol (2026). doi.org/10.1038/s41556-026-02041-4

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Wissenschaft Bayern
news-39393 Thu, 06 Aug 2026 12:43:44 +0200 Mitochondrien als Sensor für lebenswichtiges Eisenmolekül entlarvt https://www.vbio.de/aktuelles/details/mitochondrien-als-sensor-fuer-lebenswichtiges-eisenmolekuel-entlarvt Häm, eine bioaktive Form von Eisen, hat in der Zelle zahlreiche essenzielle Funktionen: Als zentraler Bestandteil des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin ermöglicht es den Sauerstofftransport im Blut. Darüber hinaus spielt es auch in weiteren Proteinen eine wichtige Rolle, etwa bei der Energiegewinnung und der Signalübertragung. Allerdings ist es potenziell toxisch, wenn es in höheren Konzentrationen als freies Häm vorliegt. Zellen müssen daher seinen Gehalt sorgfältig überwachen und sich entsprechend anpassen. Ein Team um Professor Lucas Jae vom Genzentrum der LMU hat nun entdeckt, dass Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle, dabei eine entscheidende Rolle spielen – und zwar seit über 700 Millionen Jahren, wie die Forschenden im Fachmagazin Nature berichten. Um ihren Stoffwechsel im Gleichgewicht zu halten, müssen Zellen bei Häm-Mangel die Proteinproduktion drosseln, darunter die der Häm-Bindepartner. Wie dies in unterschiedlichen Zelltypen mit jeweils eigenen „normalen“ Häm-Spiegeln gelingt, war bisher ein Rätsel. „Unsere Studie liefert nun die überraschende Antwort: Häm-Mangel wird von Mitochondrien erkannt – Nachkommen von Bakterien, deren Einbindung in die Vorläufer der heutigen Zellen einen Meilenstein in der Evolution des komplexen Lebens darstellte“, sagt Jae.

Mitochondriales Protein aktiviert Schalter

In den Mitochondrien finden entscheidende Schritte der Häm-Produktion statt. Bei Häm-Mangel wird ein mitochondriales Protein namens DELE1 ins Zytosol freigesetzt, wo es auf einen wichtigen molekularen Schalter der Proteinproduktion namens HRI trifft. Dieser Schalter bindet selbst Häm, wodurch er normalerweise inaktiv bleibt. DELE1 löst das Häm vom Schalter ab, wodurch dieser aktiviert wird und die Proteinproduktion bremst. Insbesondere verhindert dieser Mechanismus bei sich entwickelnden roten Blutkörperchen eine übermäßige Produktion von Globin, dem Proteinpartner von Häm im Hämoglobin. Ansonsten würde überschüssiges Globin bei Häm-Mangel verklumpen und die Zelle schädigen.

Evolutionär tief verwurzelter Mechanismus

Dieses System ist in allen untersuchten menschlichen Geweben aktiv und hat tiefe evolutionäre Wurzeln, wie die Forschenden entdeckten: „Wir konnten es über 700 Millionen Jahre evolutionärer Trennung hinweg bis zu sehr einfachen Lebensformen wie Hydra vulgaris zurückverfolgen, einem winzigen Tier ohne Blut. Dies unterstreicht, wie grundlegend die zelluläre Häm-Wahrnehmung für das Leben ist und wie wenig sich das System verändert hat“, sagt Jae. Eine spätere Innovation besteht darin, dass Häm selbst den HRI-Schalter beim Menschen hemmen kann. „Wir glauben, dass dies dazu beitragen könnte, die Hämoglobinproduktion in sich entwickelnden roten Blutkörperchen anzukurbeln, wenn die Mitochondrien
hochaktiv sind und Häm reichlich vorhanden ist“, ergänzt Dr. Max-Hinderk Schuler, gemeinsam mit Dr. Xiang Zhang Erstautor der Arbeit.

Die Verortung des Sensors in den Mitochondrien, wo das Häm ja auch produziert wird, ist bemerkenswert elegant, so die Forschenden. Sie vermuten, dass durch diese Verbindung von Produktion, Wahrnehmung und Reaktion umfassendere Stoffwechselanpassungen ermöglicht werden könnten. „Die Manipulation des Systems könnte auch für die Behandlung von Globin-Erkrankungen bedeutsam sein und neue Perspektiven für die Erforschung der Häm-Biologie bei Malaria eröffnen“, sagt Zhang. „Unsere Arbeit liefert zudem den prinzipiellen Nachweis, dass der neu identifizierte Häm-Sensorweg gezielt beeinflusst werden kann.“

Ludwig-Maximilians-Universität München


Originalpublikation:

Xiang Zhang, Max-Hinderk Schuler et al.: An ancient mitochondrial program tunes translation to haem availability. Nature 2026, https://www.nature.com/articles/s41586-026-10885-x

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Wissenschaft Bayern
news-39386 Thu, 06 Aug 2026 12:13:00 +0200 Hoffnung in Zeiten der Klimamüdigkeit: Neun Erfolgsgeschichten aus Mooren weltweit https://www.vbio.de/aktuelles/details/hoffnung-in-zeiten-der-klimamuedigkeit-neun-erfolgsgeschichten-aus-mooren-weltweit Eine neue internationale Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Ambio, eröffnet eine ermutigende Perspektive auf die Klima- und Biodiversitätskrise. Während Moore häufig im Zusammenhang mit Degradierung und Treibhausgasemissionen diskutiert werden, stellt die Studie neun sogenannte „Bright Spots“ aus aller Welt vor. Die Beispiele reichen von gemeinschaftlich getragenen Renaturierungsinitiativen und großflächigen Wiedervernässungsprogrammen bis hin zu innovativen Formen der Nasslandwirtschaft und Kunstprojekten die den Menschen wieder eine Verbindung zu Moorlandschaften herstellen.  Sie machen deutlich, dass bereits heute bedeutende Fortschritte erzielt werden, und liefern Inspiration sowie wertvolle Erkenntnisse für den Moorschutz weltweit. Die Studie wurde gemeinsam von Forschenden der Universität Greifswald (Partner im Greifswald Moor Centrum), die zugleich Mitglieder des Sonderforschungsbereichs WETSCAPES2.0 sind, sowie des Copernicus Institute for Sustainable Development der Universität Utrecht geleitet.

„Moorforschende verbringen einen Großteil ihrer Zeit damit, Verluste, die Degradierung und den dringenden Handlungsbedarf rund um Moore zu dokumentieren“, sagt die Ko-Erstautorin Dr. Renske Vroom von der Universität Greifswald und dem Sonderforschungsbereich WETSCAPES2.0. „Diese Realität bleibt wichtig, aber sie erzählt nur einen Teil der Geschichte. Wir wollten Beispiele hervorheben, die zeigen, was möglich ist, wenn Menschen gemeinsam Moore schützen und wiederherstellen.“

Vielfältige Wege zu erfolgreichem Moorschutz
Die Autor*innen verwenden den Begriff „Bright Spots“ für Initiativen, die bemerkenswerte Erfolge bei Moorschutz, Wiedervernässung, Renaturierung, nachhaltiger Nutzung oder der gesellschaftlichen Beteiligung erzielt haben. Die neun ausgewählten Beispiele zeigen, dass erfolgreiche Maßnahmen zum Schutz von Mooren sehr unterschiedliche Formen annehmen können. 

In Indonesien tragen großflächige Wiedervernässungsprogramme dazu bei, das Brandrisiko und Treibhausgasemissionen zu verringern. In Malaysia treiben lokale Gemeinschaften Renaturierungsmaßnahmen voran und entwickeln neue Ansätze für den nachhaltigen Umgang mit Mooren. Weitere Beispiele schaffen wirtschaftliche Perspektiven durch Paludikultur. Initiativen wie Turba Tol in Feuerland hingegen nutzen Kunst und kulturelles Engagement, um Menschen wieder mit Moorlandschaften in Verbindung zu bringen. Gemeinsam verdeutlichen diese Beispiele, dass es nicht den einen Weg zur erfolgreichen Wiederherstellung von Mooren gibt.

Trotz ihrer Diversität weisen alle Bright Spots mehrere gemeinsame Merkmale auf. Viele beruhen auf einer langfristigen Zusammenarbeit von Wissenschaft, Politik, Flächenmanagement, lokalen Gemeinschaften und Trägern indigenen Wissens. Andere zeigen, wie sich ökologische Renaturierung mit sozialen und wirtschaftlichen Vorteilen oder innovativen Formen der Öffentlichkeitsarbeit verbinden lässt.

Zusammenarbeit als Schlüssel zum Erfolg
„Der Schlüssel zur Wiederherstellung von Mooren ist die Zusammenarbeit“, sagt Dr. Ralph Temmink, Assistenzprofessor für Ökologie und Renaturierung an der Universität Utrecht und Koautor der Studie. „Die erfolgreichsten Projekte verbinden wissenschaftliche Erkenntnisse, politische Rahmenbedingungen und lokales Wissen, um nachhaltige Lösungen zu entwickeln.“

Zu den in der Studie vorgestellten Beispielen gehört auch die Paludikultur, die landwirtschafltiche Nutzung nasser und wiedervernässter Moore. Im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft auf entwässerten Moorböden bleiben die Böden dabei dauerhaft nass und können dennoch wirtschaftlich genutzt werden. Das ist von großer Bedeutung, da entwässerte Moore erhebliche Mengen an Treibhausgasen freisetzen: Sobald der zuvor wassergesättigte Torf mit Sauerstoff in Kontakt kommt, beginnt er sich zu zersetzen und entweicht als Kohlenstoffdioxid. Pflanzen wie Torfmoose, Schilf, Rohrkolben oder Seggen können hingegen auf nassen Mooren, ohne Entwässerung angebaut werden. Dadurch lassen sich Emissionen reduzieren und gleichzeitig neue wirtschaftliche Perspektiven für Flächeneigentümer*innen und lokale Gemeinschaften schaffen. Viele erfolgreiche Beispiele hierfür finden sich in Deutschland, wo Forschende, Landwirt*innen und Unternehmen seit einigen Jahren gemeinsam neue Wertschöpfungsketten auf Basis von Biomasse aus nassen Mooren entwickeln. Produkte wie Versandkartons, Textilien oder Baustoffe aus Paludikultur-Biomasse sind bereits auf dem Markt erhältlich.

Von lokalen Erfolgen zu globalem Handeln
„Wir hoffen, dass diese Beispiele dazu ermutigen, über die Herausforderungen hinauszublicken und anzuerkennen, dass bereits Fortschritte erzielt werden“, sagt Vroom. „Die Wiederherstellung von Mooren und wirksamer Klimaschutz sind keine Zukunftsvision. Sie finden bereits heute in vielen unterschiedlichen Formen und Regionen der Welt statt. Gleichzeitig machen diese Beispiele deutlich, wie dringend wir unsere Anstrengungen ausweiten müssen. Nur wenn wir auf diesen Erfolgen aufbauen und die Wiedervernässung und Renaturierung von Mooren beschleunigen, können wir das notwendige Tempo und den erforderlichen Umfang erreichen, um die Klimakrise wirksam einzudämmen.“

Moorrenaturierung kann unter sehr unterschiedlichen ökologischen, gesellschaftlichen und politischen Bedingungen erfolgreich sein und bietet gleichzeitig Vorteile für Klimaschutz, Biodiversität und lokale Gemeinschaften bietet. Die Ergebnisse der Studie liefern wertvolle Impulse für zukünftige politische Strategien und Renaturierungsprogramme – in einer Zeit, in der immer mehr Länder ihre Klima- und Biodiversitätsziele erreichen müssen.

Universität Greifswald


Originalpublikation: 
Vroom, R.J.E., van Mulken, M.W.E., Jurasinski, G. et al. Bright spots in peatland conservation, rewetting, and restoration. Ambio (2026). doi.org/10.1007/s13280-026-02433-8

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Nachhaltigkeit/Klima Wissenschaft Mecklenburg-Vorpommern
news-39392 Thu, 06 Aug 2026 10:58:20 +0200 Europäische Kohlenstoffsenken unter Druck: Beispielloser Biomasseverlust in Europas Wäldern seit 2018 https://www.vbio.de/aktuelles/details/europaeische-kohlenstoffsenken-unter-druck-beispielloser-biomasseverlust-in-europas-waeldern-seit-2018 Forschende haben mithilfe von Satellitendaten herausgefunden, dass in Europas Wäldern seit 2018 ein beispielloser Verlust an oberirdischer Biomasse aufgetreten ist. Besonders betroffen sind Wälder in Mitteleuropa, die stark durch Dürre und Borkenkäfer belastet sind. Die Studie zeigt weiterhin, dass bereits eine kleine Zunahme der Schadflächen große Mengen Kohlenstoff freisetzen kann. Das hat auch Folgen für die EU-Klimaziele.  Im Gegensatz zu früheren Studien, die sich ausschließlich mit Veränderungen der Waldbedeckung befassten, liefert diese Studie erstmals Erkenntnisse über Veränderungen der Waldbiomasse in ganz Europa. Hierfür kombinierte das Team der Technische Universität München (TUM) Satellitendaten zur Änderung der Waldbedeckung mit Daten über die im Wald gespeicherte Biomasse. Die Auswertung der Daten zeigt einen klaren Bruch: Seit 2018 ist der Biomasseverlust deutlich gestiegen, was einen hohen Verlust des im Wald gespeicherten Kohlenstoffs bedeutet. 

Dieser Anstieg des Biomasseverlusts ging mit einer starken Zunahme von Borkenkäferausbrüchen aufgrund zunehmender Dürre einher. Dabei gingen seit 2018 im Schnitt pro Hektar Waldfläche 46 Prozent mehr Biomasse pro Jahr verloren als in den Jahren von 1985 bis 2017. Zwar tragen sowohl Holznutzung als auch natürliche Störungen zu den Biomasseverlusten bei. Die Forschenden führen den starken Anstieg seit 2018 jedoch vor allem auf klimawandelbedingte Ereignisse zurück. „Die Entwicklung seit 2018 ist ohne den Klimawandel schwer zu erklären, denn während zunehmende Dürren Bäume schwächen, verbessern sie die Lebensbedingungen für Borkenkäfer. Solche Ereignisse werden in Zukunft voraussichtlich häufiger auftreten und müssen stärker in der forstlichen Planung berücksichtigt werden. Gerade wenn wir Europas Wälder als Kohlenstoffsenken einplanen“, erklärt Katja Kowalski, wissenschaftliche Mitarbeiterin an der Professur für Earth Observation for Ecosystem Management an der TUM und Erstautorin der Studie.

Hotspots des CO₂-Ausstoßes

Wie viel Kohlenstoff freigesetzt wird, hängt stark davon ab, in welcher Region sich eine Waldfläche befindet. Die Wälder Mitteleuropas sind besonders biomassereich, allerdings auch besonders anfällig für Dürre, Borkenkäfer und Stürme. In Deutschland, dem Land mit dem höchsten Holzvorrat der EU, verlieren gestörte Wälder jährlich im Schnitt rund 125 Tonnen Biomasse pro Hektar und setzen rund 230 Tonnen CO₂-Äquivalente frei. Vor 2018 lag dieser Wert noch bei rund 170 Tonnen CO₂-Äquivalenten pro Hektar. Mediterrane und skandinavische Wälder enthalten aufgrund ihrer Zusammensetzung und der dortigen Wachstumsbedingungen im Durchschnitt weniger Biomasse und verlieren daher auf vergleichbarer Flächengröße weniger Kohlenstoff. Die Zunahme von Störungen in Mitteleuropa ist daher besonders dramatisch für die Senkleistung der Wälder in Europa.

Laut den Forschenden wurden in Europa in den vier untersuchten Jahrzehnten (1985-2023) insgesamt 18 Prozent der Biomasse durch natürliche Ereignisse wie Insektenbefall, Stürme, Dürren und Brände zerstört. In den Jahren von 1985 bis 2017 lag der Anteil noch bei 17 Prozent, 2018 bis 2023 bereits bei 23 Prozent. 

Der deutlich größere Anteil von 82 Prozent des Biomasserückgangs (1985-2023) entfällt auf die Waldbewirtschaftung. „Im Gegensatz zu Naturereignissen können wir diese menschlichen Eingriffe aber grundsätzlich beeinflussen“, sagt Cornelius Senf, Professor für Earth Observation for Ecosystem Management an der TUM. „Zudem wird die Biomasse zwar aus dem Wald entnommen, geht jedoch meist nicht unmittelbar als CO2 in die Atmosphäre über, denn sie dient häufig als Rohstoff, unter anderem für Bauprojekte oder Möbel.“ Im beobachteten Zeitraum stieg die Holzernte zwar stetig, aber moderat.

Einfluss auf EU-Ziele

Die Forschenden betrachten dieses Ergebnis auch vor dem Hintergrund der EU-Politik. Die EU hat sich zum Ziel gesetzt, ab 2030 jährlich 310 Megatonnen CO₂-Äquivalente in Wäldern zu binden, um schwer vermeidbare Emissionen aus anderen Bereichen auszugleichen. Bereits jetzt nimmt die Leistung der Wälder jedoch ab. Laut aktuellen Studien speicherten Europas Wälder 2020-2022 rund 72 % weniger CO₂-Äquivalente als in der Zeit von 2010-2014. Die TUM-Studie zeigt, dass sich dieser Trend verschärfen könnte. 

Um das abzuwenden, spricht sich Cornelius Senf für ein angepasstes Waldmanagement aus: „Wälder sind durchaus in der Lage, sich von Störungen zu erholen. Es besteht also Grund zur Hoffnung, denn die meisten gestörten Flächen werden wieder als Kohlenstoffspeicher fungieren. Wir stehen deshalb nun vor der Aufgabe, die Speicherfunktion unserer Wälder wieder zu erhöhen und sie an zukünftige Bedingungen anzupassen.“

Technische Universität München


Originalpublikation:

Kowalski, K.; Viana-Soto, A.; Brandt, M.; Ciais, P.; De Keersmaecker, W.; Fensholt, R.; Pugh, T.A.M.; Xu, Y.; Senf, C.: Accelerating biomass loss from forest disturbances across Europe. Nature Geoscience 2026. DOI: 10.1038/s41561-026-02032-y

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Nachhaltigkeit/Klima Wissenschaft Bayern
news-39391 Thu, 06 Aug 2026 10:39:06 +0200 Wurmmittel für Weidetiere bringen Nahrungsketten durcheinander https://www.vbio.de/aktuelles/details/wurmmittel-fuer-weidetiere-bringen-nahrungsketten-durcheinander Ein gängiges Mittel gegen Parasiten gelangt über den Boden zu Pflanzen und Insekten – und stört dort das ökologische Gleichgewicht.  Forschende der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) und der Universität Trier weisen erstmals nach, dass ein weitverbreitetes Wurmmittel für Weidetiere nicht nur einzelne Pflanzen und Insekten schädigt, sondern ganze ökologische Beziehungsgefüge verändert. Untersucht wurde der Wirkstoff Moxidectin im Präparat Cydectin®, das Landwirt*innen häufig gegen Parasiten bei Weidetieren einsetzen.

Bislang war bekannt, dass Wurmmittel einzelne Arten beeinflussen können: Samen von typischen Grünlandpflanzen verändern zum Beispiel ihr Keimungsverhalten, wenn sie mit Wurmmitteln in Kontakt kommen. Käfer- und Fliegenlarven, die im Kot behandelter Weidetiere leben, zeigen geringere Überlebensraten. Wie sich diese Effekte auf das Zusammenspiel mehrerer Arten auswirken, hatte bisher niemand untersucht.

Weidetierhalter*innen setzen Wurmmittel ein, um ihre Tiere gesund zu halten und wirtschaftlich zu arbeiten. Ein Verzicht auf die Mittel ist daher meist keine Option. Das untersuchte Präparat enthält den Wirkstoff Moxidectin. Dieser gehört zur Gruppe der makrozyklischen Laktone – das sind Antiparasitika mit Langzeitwirkung. Der Körper der Tiere baut den Wirkstoff kaum ab. Er gelangt deshalb zu großen Teilen über den Kot behandelter Tiere in den Boden – oder wenn Landwirt*innen ihre Felder mit Gülle oder Festmist düngen.

Weniger Früchte, mehr Blattläuse

Für ihre Untersuchung bauten die Forschenden in einem einfachen Modell eine Nahrungskette nach. Sie kombinierten drei Arten: die Kultur-Erdbeere, die Grüne Pfirsichblattlaus und die Hainschwebfliege. Die Erdbeerpflanze diente den beiden Insekten als Nahrung. Die Blattlaus saugte Pflanzensaft. Die Schwebfliege nutzte im ausgewachsenen Stadium Pollen und Nektar der Blüten und fraß im Larvenstadium die Blattläuse. Das Team setzte die Tiere und Pflanzen in kleine, insektendichte Käfige. Die Hälfte der Käfige enthielt Erdbeertöpfe mit wurmmittelbelastetem Boden, die andere Hälfte unbelastete Kontrollpflanzen. Anschließend erfassten die Forschenden, wie viele Früchte die Pflanzen bildeten, wie viele Blattläuse an den Pflanzen auftraten und wie viele Eier die Schwebfliegen legten.

Alle drei Arten reagierten auf das Wurmmittel: Die Erdbeerpflanzen bildeten unter Wurmmitteleinfluss rund ein Viertel weniger Früchte und die Blattläuse vermehrten sich zehnmal stärker – allerdings nur, wenn keine Schwebfliegenlarven anwesend waren. Eine mögliche Erklärung: Das Wurmmittel schwächt die Abwehrkräfte der Pflanze gegen die Blattläuse. Auch die Schwebfliegen reagierten: Weibchen, die Blüten wurmmittelbehandelter Pflanzen besuchten, legten viermal mehr Eier. Diese Eier waren jedoch ungleichmäßiger in der Größe und wirkten optisch weniger vital. Unter dem Strich könnte das den Fortpflanzungserfolg der Schwebfliegen verringern.

„Wir waren überrascht, wie weitreichend ein einzelnes Präparat das Zusammenspiel zwischen Pflanze und Insekt verändern kann", sagt Dr. Andrés García. „Das zeigt, dass wir bei der Bewertung von Tierarzneimitteln nicht nur einzelne Arten, sondern ganze ökologische Beziehungen im Blick behalten müssen."

Offen ist bisher, wie das Wurmmittel diese Effekte genau auslöst. Weitere Studien sollen zeigen, welchen Anteil der Wirkstoff Moxidectin, die übrigen Inhaltsstoffe und deren Abbauprodukte an diesen Effekten haben und wie sie in der Nahrungskette weitergegeben werden. Die Autor*innen der Studie fordern, komplexe ökologische Beziehungen zwischen Arten künftig stärker zu berücksichtigen, wenn die Wirkung von Tierarzneimitteln auf die Umwelt untersucht wird.

Andrés García, Tim Diekötter, Jitin Sabu, Laura Olivia Greene, Lilli Kuhtz, Tobias W. Donath und Carsten Eichberg veröffentlichten ihre Ergebnisse kürzlich in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment. Erstautor Andrés García führte die Untersuchung im Rahmen eines Georg Forster-Forschungsstipendiums der Alexander von Humboldt-Stiftung durch.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel


Originalpublikation:
García A, Diekötter T, Sabu J, Greene LO, Kuhtz L, Donath TW, Eichberg C (2026): Effects of a formulation of the veterinary drug moxidectin on the performance of a plant-insect food chain. Science of the Total Environment 1031, https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2026.181822

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Wissenschaft Schleswig-Holstein
news-39390 Thu, 06 Aug 2026 10:34:14 +0200 Neuer Index verbessert die Erfassung von Waldökosystemen https://www.vbio.de/aktuelles/details/neuer-index-verbessert-die-erfassung-von-waldoekosystemen Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg schlägt erstmals einen Index vor, der Moose, Flechten und andere bisher nicht einbezogene Pflanzen bei der Vermessung von Wäldern systematisch erfasst. Der neue Ansatz könnte beispielsweise Klimamodelle verbessern und wurde in der Fachzeitschrift „New Phytologist“ veröffentlicht.  Wälder werden regelmäßig vermessen, um ihren Zustand und die Entwicklung des Ökosystems zu überwachen. Dafür nutzen Forschende den sogenannten Blattflächenindex (Leaf Area Index, LAI) der zeigt, wie dicht das Blätterdach ist und wie viel Licht es aufnimmt. Auf dieser Grundlage lassen sich Photosynthese und Wasserverdunstung von einzelnen Bäumen bis auf globaler Ebene beschreiben. Dies lässt jedoch einen wichtigen Bestandteil außer Acht: Epiphyten – also Moose, Flechten, Farne, Bromelien und andere Pflanzen, die auf Ästen und Stämmen von Bäumen wachsen. Diese nehmen Wasser und Licht auf, beeinflussen das Mikroklima im Kronendach und reagieren oft empfindlicher auf Trockenheit oder Hitze als ihre Wirtsbäume. Dadurch liefern sie wichtige Hinweise darauf, wie sich Wälder im Klimawandel verändern.

In ihrer Studie schlagen Forschende der State University in Cleveland, der University of Kentucky und der Universität Hamburg mit dem Epiphyten-Flächenindex (Epiphyte Area Index, EAI) eine neue Messgröße vor. Er ergänzt den bisher verwendeten Blattflächenindex, indem er die Fläche der Epiphyten beschreibt und ihren Beitrag zu den Funktionen von Wäldern systematisch messbar macht. Damit schaffen die Forschenden eine Grundlage, Wasser- und Stoffkreisläufe sowie den Energiehaushalt von Wäldern künftig besser zu erfassen. Langfristig soll der neue Index dazu beitragen, Erdsystem- und Klimamodelle zu verbessern.

„Die Epiphyten werden häufig nur als Begleitvegetation wahrgenommen, sind aber ein eigenständiger und funktionell wichtiger Bestandteil vieler Waldökosysteme“, sagt der Co-Autor der Studie, Prof. Dr. Philipp Porada vom Fachbereich Biologie der Universität Hamburg. 

Wie der neue Index funktioniert 

Die Feldmessungen wurden am Skidaway Institute of Oceanography der University of Georgia (USA) durchgeführt. Für die Studie entwickelten die Forschenden einen Messansatz auf Basis von terrestrischem Laserscanning (TLS). Dabei handelt es sich um ein Messverfahren, bei dem ein am Boden aufgestellter Scanner seine Umgebung mit Laserstrahlen abtastet. Der Scanner misst die Entfernung zu Oberflächen und aus Millionen von Messpunkten entsteht ein detailliertes 3D-Modell der Umgebung.

Der vorgestellte Index ist zunächst als Machbarkeitsnachweis zu verstehen. Er eignet sich zunächst insbesondere für relativ offene Waldbestände mit gut erkennbaren Epiphyten. Für dichtere Wälder oder komplexere Wuchsformen sind weitere Validierungen erforderlich.

Universität Hamburg


Originalpublikation:

Wischmeyer, C., Gotsch, S.G., Porada, P. and Van Stan, J.T., II (2026), The case for an epiphyte area index. New Phytol. https://doi.org/10.1111/nph.71435

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Nachhaltigkeit/Klima Wissenschaft Hamburg
news-39389 Thu, 06 Aug 2026 10:13:02 +0200 Die zwei Ursprünge des Lebens https://www.vbio.de/aktuelles/details/die-zwei-urspruenge-des-lebens Wie entstand das früheste Leben und wie entwickelte sich? Mit diesen fundamentalen Fragen befassen sich die Biologinnen und Biologen am Institut für Molekulare Evolution der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU). In einer internationalen Studie stellen die Forschenden vor, wie in den Urlebewesen die für den Stoffwechsel notwendigen chemischen Reaktionen abliefen und woher die dafür notwendige Energie kam. Sie fanden dabei heraus, wie sich die zwei ursprünglichen Lebensformen in ihrer Entwicklung trennten.  Auf was stößt ein hypothetischer Zeitreisender, der sich vier Milliarden Jahre in die Vergangenheit begibt und die ersten Zellen beobachtet, die in Hydrothermalquellen auf der Erde entstanden? „Er sähe, wie zwei sehr unterschiedliche Zelltypen entstehen – Pionier-Bakterien und -Archaeen –, die die ersten Versuche unternehmen, außerhalb der Grenzen der Hydrothermalquelle zu leben“, sagt die Biologin Natalia Mrnjavac, Doktorandin am Institut für Molekulare Evolution. Sie ist Erstautorin einer neuen Studie in „Science Advances“. 

In dieser Fachzeitschrift berichten Mrnjavac und ein internationales Team von Forschenden, wie sie Genome, Proteinstrukturen und chemischen Reaktionen untersuchten, die Aufschluss über die allerfrühesten Phasen der mikrobiellen Evolution geben, noch bevor es freilebende Zellen gab. „Diese Vergleiche lassen uns in jene Phase der Evolution blicken, in der sich der durch Enzyme katalysierte Stoffwechsel aus spontanen, durch Metalle in der Erdkruste katalysierten Reaktionen entwickelte“, so Prof. Dr. William Martin, Leiter des Düsseldorfer Instituts und Letztautor der Studie.

Der Ansatz des Teams unterscheidet sich von bisherigen Untersuchungen zur frühsten Evolution: Die Forschenden betrachteten die Gesamtheit der chemischen Reaktionen, mit denen Zellen die Bausteine des Lebens (Aminosäuren, RNA-Basen und Vitamine) aus Verbindungen herstellten, die auf der frühen Erde vorhanden waren: Wasserstoffgas, Ammoniak und Kohlendioxid. Die Gesamtheit dieser 420 chemischen Reaktionen wird als Stoffwechsel bezeichnet. Die chemischen Reaktionen selbst gibt es auch in den heutigen Zellen – sie sind „universell konserviert“ –, wie auch der genetische Code. 

Martin: „Überraschenderweise sind die Enzyme, die diese Reaktionen katalysieren, nicht über die evolutionäre Kluft hinweg konserviert, die Bakterien und Archaea trennt. Wir fanden heraus, dass LUCA („last universal common ancestor“), der letzte gemeinsame Vorfahr aller Zellen, nur Enzyme für etwa die Hälfte der Stoffwechselreaktionen besaß. Die andere Hälfte wurde von Metallen in der Umwelt katalysiert“, sagt Martin.

„Metalle, die natürlicherweise in hydrothermalen Quellen vorkommen, können eine überraschend große Anzahl von Enzymen im Stoffwechsel ersetzen“, sagt der Koautor Dr. Harun Tüysüz, Chemiker am Max-Planck-Institut für Kohlenforschung und am IMDEA Materials Institute in Madrid. 

„Je genauer wir hinschauen, desto deutlicher erkennen wir, dass die frühe biochemische Evolution eine Mischung aus enzymatischen und metallischen Katalysatoren war. LUCA hatte einen hybriden Stoffwechsel, der zur Hälfte metallkatalysiert und zur Hälfte enzymatisch ablief“, so Prof. Dr. Joseph Moran von der Universität Ottawa in Kanada, der zu Metallen bei zur Katalyse von Stoffwechselreaktionen als Ersatz für Enzyme und Cofaktoren forscht.

Dem Autorenteam gelang es erstmals, vier Phasen der frühen Evolution der Katalyse zu rekonstruieren: es begann mit rein metallischen Enzymen, es folgte der Metall-Enzym-Hybrid in LUCA, und schließlich spaltete sich die Evolution in zwei Zweige auf, die zu den Vorfahren der Bakterien- und Archaeen-Entwicklungslinien führten. In diesen Entwicklungslinien entstanden neue Enzyme. Sie ersetzten die anorganischen Katalysatoren, die zu Beginn der Evolution des Stoffwechsels noch von der Umgebung bereitgestellt wurden. 

Mrnjavac: „Wir beobachten Fälle, in denen die Vorfahren der Bakterien und Archaeen unabhängig voneinander strukturell unterschiedliche Enzyme entwickelten, mit denen sie aber dieselbe essentielle Stoffwechselreaktion katalysieren. Solche parallelen Erfindungen ebneten möglicherweise den Weg für die unabhängige Entstehung freilebender Bakterien und Archaeen.“

Eine zentrale Frage ist auch, woher die frühen Lebewesen ihre Energie nahmen, um die Stoffwechselreaktionen voranzutreiben. Heute liefert das komplexe Molekül ATP diese Energie, doch ATP muss von Enzymen gebildet werden, die es damals in den hydrothermalen Quellen nicht gab. „Wir haben eine neue Energiequelle metabolischen Ursprungs identifiziert: Phosphit und Palladium“, sagt Manon Schlikker, Doktorandin in Düsseldorf. Das Metall Palladium kommt natürlicherweise in hydrothermalen Quellen vor und es ist ein hervorragender Katalysator. „Wenn wir Phosphit, eine ebenfalls dort vorkommende Phosphorverbindung, mit organischen Verbindungen des Stoffwechsels zur Reaktion bringen, entstehen im Wasser metabolische sogenannte Phosphorylierungsreaktionen. Phosphit und Palladium können also ATP und Enzyme ersetzen – eine neue und wichtige Erkenntnis, um die frühe Evolution zu verstehen“, so Schlikker.

Die Studie ist die erste gezielte Untersuchung des als Stoffwechsel bezeichneten Reaktionskomplexes, eines hochgradig verzweigten Netzwerks aus 420 Reaktionen, in dem viele Verbindungen an mehreren Reaktionen beteiligt sind. An der mathematischen Beschreibung dieses Netzwerks wirkten Prof. Dr. Mike Steel von der neuseeländischen University of Canterbury und Prof. Dr. Daniel Huson von der Universität Tübingen mit. Sie entwickelten eine neue Methode, um Stoffwechselreaktionen von den einfachsten bis zu den komplexesten zu ordnen. Steel: „Wir konnten mathematisch nachweisen, dass es eine eindeutige Reihenfolge gibt, in der die Stoffwechselreaktionen geordnet werden können. Somit konnten wir einen Algorithmus zur Ordnung der Reaktionen im Netzwerk entwickeln.“

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens gehört zu den fundamentalsten Fragen der menschlichen Existenz. Um zu verstehen, wie die ersten Zellen auf der Erde überlebten, trägt die neue Studie einen wichtigen Teil bei. Prof. Martin: „Die neuen Daten lassen nur einen Schluss zu: Bakterien und Archaea haben den Übergang von den Hydrothermalquellen zum freilebenden Zustand unabhängig voneinander vollzogen, wobei nur freilebende Zellen wirklich lebendig sind. Um es auf den Punkt zu bringen: Es gibt einen Ursprung des genetischen Codes, aber zwei Ursprünge des Lebens.“

An der Studie beteiligt waren neben Forschenden der HHU auch solche der Universitäten in Canterbury (Neuseeland), Marburg, Rostock, Konstanz, Ottawa (Kanada), Straßburg und Tübingen, des Max-Planck-Instituts für Terrestrische Mikrobiologie in Marburg und des Max-Planck-Instituts für Kohlenforschung in Mülheim/Ruhr sowie des IMDEA Materials Institute in Madrid (Spanien).

Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf


Originalpublikation:

Natalia Mrnjavac, Nadja K. Hoffmann, Manon L. Schlikker, Maximilian Burmeister, Loraine Schwander, Carolina García García, Max Brabender, Mike Steel, Daniel H. Huson, Sabine Metzger, Quentin Dherbassy, Bernhard Schink, Mirko Basen, Joseph Moran, Harun Tüysüz, Martina Preiner, William F. Martin; Intermediate stages in the origin of metabolism at a phosphorylating hydrothermal vent; Science Advances 12, eaef3128 (2026), DOI: 10.1126/sciadv.aef3128

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Wissenschaft Nordrhein-Westfalen