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Pflanzenvielfalt prägt die chemische Kommunikation in Ökosystemen

Fri, 16 Jan 2026 11:36:03 +0100

Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Kiel haben experimentelle Belege dafür vorgelegt, dass eine Verringerung der Pflanzenartenvielfalt die chemischen Signale von Pflanzen sowohl in ganzen Gemeinschaften als auch bei einzelnen Pflanzen verändert. In Feldversuchen auf Grasland, die verschiedene Grade der Pflanzenvielfalt abdeckten, zeigte sich, dass Pflanzengemeinschaften mit einer größeren Vielfalt an Pflanzenarten reichhaltigere und komplexere Geruchssignale aussenden. Nimmt die Vielfalt ab, verändern sich diese chemischen Signale. Dadurch werden die Interaktionen in der gesamten Gemeinschaft neu gestaltet und einzelne Pflanzen wie beispielsweise der Spitzwegerich werden indirekt durch die von ihren Nachbarn abgegebenen Gerüche beeinflusst. Diese Ergebnisse zeigen, dass Biodiversität mehr als nur Artenreichtum umfasst, da sie die unsichtbaren chemischen Kommunikationsnetzwerke innerhalb von Ökosystemen steuert. Der Verlust der Biodiversität kann diese natürlichen Signalsysteme stören.

Biodiversität steuert Duftsignale in Pflanzengemeinschaften

Pflanzen kommunizieren mit anderen Lebewesen, indem sie flüchtige organische Verbindungen über Blüten, Blätter oder Wurzeln an ihre Umwelt abgeben. Diese Signalmoleküle dienen nicht nur dazu, Bestäuber anzulocken oder Fressfeinde abzuwehren, sondern die Pflanzen kommunizieren auch miteinander. Ein Forschungsteam unter der Leitung von Sybille Unsicker am Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in Jena und der Universität Kiel ist nun der Frage nachgegangen, welchen Einfluss die pflanzliche Artenvielfalt in Pflanzengemeinschaften auf die chemische Kommunikation einzelner Pflanzen hat. „Wenn wir verstehen, ob und wie chemische Signale von Pflanzen durch die Pflanzenvielfalt in der Umgebung verändert werden, hilft uns das, den Verlust der biologischen Vielfalt nicht nur als Verlust von Arten, sondern auch als Veränderung der chemischen Kommunikation in Ökosystemen zu betrachten,“ sagt Sybille Unsicker, die am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie die Projektgruppe „Pflanze-Umwelt-Interaktionen“ leitete und mittlerweile als Professorin am Botanischen Institut der Universität Kiel forscht.

Freilandexperimente mit Spitzwegerich-Pflanzen im Jena-Experiment

Das Forschungsteam konzentrierte sich bei den Untersuchungen auf den Spitzwegerich (Plantago lanceolata), da seine ökologischen Wechselwirkungen bereits gut erforscht sind. Er ist eine der wichtigsten Forschungspflanzen im „Jena Experiment“ (https://the-jena-experiment.de/), in dessen Rahmen die Untersuchungen stattfanden. „In unseren Experimenten wollten wir mehr als nur eine oder zwei Nachbarpflanzen einbeziehen, wie es unter Labor- oder Gewächshausbedingungen üblich ist. In natürlichen Ökosystemen leben Pflanzen in vielfältigen Gemeinschaften zusammen und stehen in Wechselwirkung mit zahlreichen anderen Pflanzen, Insekten und Mikroorganismen. Das Jena-Experiment bot die idealen Bedingungen für unsere Untersuchungen,“ sagt Erstautorin Pamela Medina van Berkum.

Bei Experimenten im Freiland besteht die größte Herausforderung darin, die flüchtigen Verbindungen, die von Pflanzen abgegeben werden, zu messen. Daher war die Entwicklung und Anpassung einer Methode zu Messung von Pflanzendüften im Freiland von zentraler Bedeutung. „Wir haben ein System entwickelt, das diese Düfte auf Gemeinschaftsebene mit einem transparenten Kasten einfängt. Dieser wird über die Vegetation gelegt, um die Düfte zu konzentrieren. Auf der Ebene der einzelnen Pflanzen gingen wir ähnlich vor, umschlossen die Pflanzen jedoch separat mit kleinen transparenten Plastikbeuteln,“ erläutert Pamela Medina van Berkum. Mit Hilfe von modernsten Analysemethoden konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler anschließend die verschiedenen chemischen Verbindungen identifizieren und ihre Menge messen.

Vielfältige Pflanzengemeinschaften senden komplexere chemische Signale aus

Die Forschenden fanden heraus, dass die chemischen Signale umso komplexer sind, je vielfältiger die Pflanzengemeinschaft ist. Eine hohe Artenvielfalt führt demnach zur Freisetzung von mehr flüchtigen Verbindungen und einer größeren Vielfalt an Geruchsmolekülen. Diese Veränderung betraf sowohl einzelne Pflanzen als auch die gesamte Pflanzengemeinschaft in den Experimenten. So wurden die chemischen Signale eines einzelnen Spitzwegerichs (Plantago lanceolata) indirekt durch benachbarte Pflanzen verändert. Somit beeinflussten die von den umgebenden Pflanzen abgegebenen Düfte die Kommunikation einzelner Spitzwegerich-Pflanzen.

Störung unsichtbarer Kommunikationsnetzwerke infolge des Verlusts der Artenvielfalt

Die Identität und Vielfalt benachbarter Pflanzen hat einen Einfluss darauf, wie Pflanzen chemische Signale senden und empfangen. Veränderungen der Duftprofile haben Konsequenzen, denn Duftstoffe sind für die Kommunikation von Pflanzen mit Insekten, Mikroorganismen und untereinander von großer Bedeutung.

„Die Pflanzenvielfalt hat daher direkte Auswirkung auf die Koevolution von Arten, die Stabilität eines Ökosystems sowie auf den Naturschutz. Der Verlust der Biodiversität kann nicht nur sichtbare Wechselwirkungen zwischen den Arten, sondern auch die unsichtbaren Kommunikationsnetzwerke von Pflanzen stören,“ warnt Sybille Unsicker. Die Erhöhung der Artenvielfalt durch nachhaltige Landwirtschaft, wie z. B. Blumenstreifen, Diversifizierung der Nutzpflanzen und Verzicht auf Herbizide, könnte zur Wiederherstellung dieser natürlichen Signalsysteme beitragen. Dies würde auch die natürliche Abwehr der Pflanzen und die Anlockung von Bestäubern verbessern.

Ein neuer Blick auf die Rolle der Biodiversität

Die Forschenden um Sybille Unsicker möchten mittels weiterer Experiment noch besser verstehen, wie sich Veränderungen in der chemischen Kommunikation, die sich aus der Zusammensetzung der Artengemeinschaft ergeben, auf die Funktionsweise von Ökosystemen auswirken. So wollen sie herausfinden, wie sich Biodiversität auf die Wechselwirkungen von Pflanzen mit anderen Lebewesen auswirkt, zum Beispiel im Hinblick auf die Anziehungsmuster von Insekten. Die aktuelle Studie hebt die bemerkenswerte Vielfalt flüchtiger Verbindungen hervor, insbesondere in artenreichen Graslandschaften. Ihre ökologische Bedeutung ist jedoch noch weitgehend unverstanden. Diese Lücke zu schließen, ist das Ziel des Forschungsteams.

Max-Planck-Institut für chemische Ökologie

Originalpublikation:

Medina-van Berkum, P.; Albracht, C.; Bröcher, M.; Solbach, M. D.; Stein, G.; Bonkowski, M.; Buscot, F.; Heintz-Buschart, A.; Ebeling, A.; Eisenhauer, N.; El-Madany, T. S.; Huang, Y.; Kuebler, K.; Meyer, S. T.; Gershenzon, J.; Unsicker, S. B. (2026): Plant diversity influences plant volatile emission with varying effects at the species and community levels. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. https://doi.org/10.1073/pnas.2518326123

Parkinson: Ionenkanal als vielversprechender Ansatz für Wirkstoffe

Fri, 16 Jan 2026 10:55:33 +0100

An allen Waschbecken, Badewannen und Spülen gibt es einen Überlaufschutz, welcher verhindert, dass Wasser über den Beckenrand schwappt. Einen solchen Sicherheitsmechanismus gibt es auch in den Recycling-Zentren menschlicher Zellen. Das zeigt eine neue Studie von Forschenden der Hochschule Bonn-Rhein-Sieg (H-BRS), der LMU München, der TU Darmstadt und des Unternehmens Nanion Technologies, die jetzt in der Fachzeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences) veröffentlicht wurde. „Der Ionenkanal TMEM175 übernimmt in Lysosomen vermutlich die Rolle eines Überflussventils, das eine zu starke Ansäuerung verhindert“, sagt Dr. Oliver Rauh, Wissenschaftlicher Mitarbeiter an der H-BRS. Gemeinsam mit Professor Christian Grimm (LMU München) ist er der korrespondierende Autor der Studie. Die Forschenden haben mit elektrophysiologischen und bioinformatischen Methoden die bislang kontrovers diskutierte Funktionsweise dieses Ionenkanals entschlüsselt. Ein Ionenkanal ist ein Protein, das in biologische Membranen eingebettet ist und deren Durchlässigkeit für elektrisch geladene Teilchen (Ionen) ermöglicht.

Feineinstellung des sauren pH-Wertes in Lysosomen

Lysosomen sind kleine, membranumschlossene Vesikel (Bläschen), die in menschlichen Zellen die Funktion von Recycling-Zentren übernehmen – das bedeutet, dass sie Makromoleküle wie Proteine, Polysaccharide und Nukleinsäuren in ihre Grundbausteine zerlegen. Diese Abbaureaktionen im Inneren der Lysosomen werden von Enzymen, sogenannten Hydrolasen, ermöglicht. Voraussetzung dafür ist ein saurer pH-Wert. Der pH-Wert ist nichts anderes als ein Maß für die Konzentration von Protonen in einer wässrigen Lösung. Dabei gilt: Je niedriger der pH-Wert, desto höher ist die Protonenkonzentration. Damit das Innere der Lysosomen sauer bleibt, pumpt ein Transmembranprotein, die sogenannte V-ATPase, Protonen in die Lysosomen hinein. Die Feineinstellung des pH-Werts ist jedoch von weiteren Proteinen abhängig, die sich in der lysosomalen Membran befinden. Die in PNAS veröffentlichte Arbeit belegt hier nun die entscheidende Rolle von TMEM175.

Die Forschenden vermuten, dass die Ventilfunktion von TMEM175 in gesunden Zellen für einen optimal sauren pH-Wert sorgt und damit den reibungslosen Ablauf lysosomaler Abbauprozesse ermöglicht. Dagegen kommt es bei Patientinnen und Patienten, die eine Mutation in diesem Ionenkanal tragen, zu einem Verlust der pH-Regulation. Dadurch werden die Abbauprozesse von Proteinen im Lysosom gehemmt, was wiederum zum Absterben von Nervenzellen führen kann. Zahlreiche Forschungsarbeiten der vergangenen Jahre haben gezeigt, dass Störungen der lysosomalen Abbaufunktion am Prozess des Alterns und der Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson beteiligt sind.

„Unsere Studie liefert den Nachweis, dass der Ionenkanal TMEM175 hierbei eine entscheidende Rolle spielt“, sagt Dr. Oliver Rauh. „Sie schafft eine wichtige Grundlage für ein genaues Verständnis von funktionalen Prozessen in Lysosomen und liefert gleichzeitig mit dem Protein TMEM175 eine vielversprechende Zielstruktur für die Entwicklung von Wirkstoffen zur Behandlung oder Vorbeugung neurogenerativer Erkrankungen wie Parkinson.“ Bei der Parkinson-Krankheit kommt es durch das Absterben von Nervenzellen zu einem Mangel am Botenstoff Dopamin. Dopamin wiederum wird unter anderem für die Steuerung bewusster Bewegungen benötigt. Wenn dieser Botenstoff fehlt, kommt es bei Betroffenen zu den typischen Parkinson-Symptomen wie Zittern, verlangsamten Bewegungen oder Haltungsinstabilität.

Kanalprotein TMEM175 leitet Kaliumionen und Protonen

Zum Hintergrund: Die zelluläre Lokalisation und Funktion des Ionenkanals TMEM175 war lange Zeit unbekannt, was sich in seinem wenig aussagekräftigen Namen widerspiegelt: TMEM175 steht schlicht für Transmembran-Protein 175. In den vergangenen Jahren rückte es immer mehr in den Fokus der Forschung, als sich seine Rolle beim Auftreten verschiedener neurodegenerativer Erkrankungen und hier vor allem Parkinson herauskristallisierte. Inzwischen haben mehrere Untersuchungen zweifelsfrei belegt, dass TMEM175 ein Kanalprotein ist, das Ionen durch die Membran von Lysosomen leitet. Doch bei der Frage, ob dieser Kanal vor allem Kaliumionen (K+) oder Protonen (H+) leitet, und welche Funktion die entsprechenden Ionenflüsse in Lysosomen von gesunden und kranken Zellen haben, waren sich die Forschenden nicht einig.

Spezifischer pH-Sensor im Inneren des Lysosoms

„Ich habe schon an vielen Ionenkanälen gearbeitet, aber TMEM175 ist mit Abstand der seltsamste von allen“, sagt Dr. Oliver Rauh, der von der TU Darmstadt an die H-BRS wechselte, um im DFG-Forschungsverbund „CytoTransport“ zu arbeiten. „Als wir vor etwa sechs Jahren mit dem Projekt begonnen haben, wurde angenommen, dass es sich bei TMEM175 um einen Kaliumkanal handelt. Die Funktion war völlig unbekannt. Wir konnten nun zeigen, dass TMEM175 nicht nur Kaliumionen, sondern auch Protonen leitet und damit an der Regulation des pH-Wertes, also der Protonen-Konzentration, im Innern von Lysosomen direkt beteiligt ist.“ Die Forschenden wiesen nach, dass der Ionenkanal über einen spezifischen pH-Sensor verfügt, der dem Inneren des Lysosoms zugewandt ist. Auf diese Weise kann TMEM175 den kritischen Säurestatus erkennen und den Protonenfluss durch den Ionenkanal entsprechend anpassen.

Der Großteil der Experimente sei mit der Patch-Clamp-Technik durchgeführt worden, erläutert Dr. Oliver Rauh die Messmethode für die Studie. „Dabei haben wir uns mit einer sehr fein ausgezogenen Glaskapillare Zugriff zum Inneren einer Zelle oder eines Lysosoms verschafft. Das ermöglichte es uns, die Ionenströme direkt zu messen, die aufgrund der Aktivität von TMEM175 durch die Lipidmembran fließen.“

Hochschule Bonn-Rhein-Sieg

Originalpublikation:

Tobias Schulze, Timon Sprave, Carolin Groebe, Jan Hendrik Krumbach, Magnus Behringer, Andre Bazzone, Rocco Zerlotti, Niels Fertig, Mike Althaus, Kay Hamacher, Gerhard Thiel, Christian Grimm, Oliver Rauh: Proton selective conductance and gating of the lysosomal cation channel TMEM175. In: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), January 14, 2026, DOI: 10.1073/pnas.2503909123, https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2503909123

Das Bodenleben in der Atacama-Wüste ist überraschend vielfältig

Fri, 16 Jan 2026 09:33:57 +0100

Eine neue Studie zeigt, dass selbst unter harschen und extrem trockenen Voraussetzungen stabile und erstaunlich vielfältige Lebensgemeinschaften im Boden existieren. Ein internationales Team unter Leitung von Kölner Forschenden untersuchte winzige Fadenwürmer, sogenannte Nematoden, in der chilenischen Atacama Wüste. Die Atacama gilt neben den Polarregionen als trockenster Ort der Erde. Fehlender Niederschlag, hohe Salzgehalte im Boden und starke Temperaturschwankungen machen sie zu einem der lebensfeindlichsten Orte der Welt. Das interdisziplinäre Team mit Forschenden aus der Zoologie, der Ökologie und der Botanik zeigte auf, mit welchen Strategien unterschiedliche Fadenwürmer sich unter diesen Bedingungen behaupten. Die Studie, die im Fachjournal Nature Communications unter dem Titel „Geographic distribution of nematodes in the Atacama is associated with elevation, climate gradients and parthenogenesis“ veröffentlicht wurde, liefert neue Erkenntnisse über die Zusammenhänge von Mustern der Biodiversität und der Umweltvariablen, die eine Landschaft definieren.

Nematoden zählen zu den häufigsten und artenreichsten Bodenorganismen. Innerhalb eines Ökosystems spielen sie eine zentrale Rolle, denn sie regulieren Bakterienpopulationen, wirken am Nährstoffkreislauf mit und sind wichtige Indikatoren für den Zustand von Böden. Ihre Vielseitigkeit zeigt sich auch in ihrer Anpassungsfähigkeit: Nematoden überleben in der Tiefsee, in arktischen Regionen oder sogar in extrem salzhaltigen Böden.

„Böden sind für die Leistung eines Ökosystems wichtig, etwa für die Speicherung von Kohlenstoff und die Nährstoffversorgung. Daher ist ein Verständnis der darin lebenden Organismen - und hier sprechen wir nicht von Mikroben, sondern von mehrzelligen Tieren - von großer Bedeutung,“ so Dr. Philipp Schiffer vom Institut für Zoologie der Universität zu Köln und einer der Autoren der neuen Studie. „Daten zu Böden aus extremen Ökosystemen wie der Atacama sind allerdings bislang rar.“

Das Forschungsteam ist Teil des Sonderforschungsbereichs 1211 „Earth – Evolution at the Dry Limit”, der seit vielen Jahren in der Atacama tätig ist. Für diese Studie Das analysierten sie sechs ausgewählte Regionen der Atacama mit unterschiedlichen Umweltbedingungen: von feuchteren Hochlagen mit Vegetation über salzhaltige Gebiete mit hoher UV-Strahlung bis hin zu nebelgespeisten Oasen, die für die vorherrschenden Bedingungen eine überraschende Pflanzenvielfalt aufweisen. Proben aus Sanddünen, Salzseen, Flusstälern und Gebirgshöhen wurden entnommen, untersucht und in Bezug auf Artenvielfalt, Fortpflanzungsstrategien und Gemeinschaftsstruktur der Nematoden ausgewertet.
Die Ergebnisse zeigen deutliche Unterschiede: In höheren Lagen treten vermehrt Nematodenarten auf, die sich asexuell fortpflanzen – dies unterstützt eine bislang unbestätigte Theorie, nach welcher die Asexualität in extremen Bedingungen einen Vorteil bringt. Außerdem folgt die Vielfalt der Gattungen dem Muster des Wassers: Mit zunehmendem Niederschlag nimmt auch die Artenvielfalt zu. Temperaturunterschiede erwiesen sich ebenfalls als ein entscheidender Faktor für die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften.

Die Studie zeigt, dass selbst unter extremen Bedingungen und an sehr entlegenen Orten stabile Bodenökosysteme existieren können. Dies ist ein Hinweis darauf, dass auch andere Trockengebiete potenziell größere biologische Vielfalt beherbergen, als bisher angenommen. Andererseits beinhalten die Ergebnisse auch Warnsignale: „In einigen untersuchten Gebieten deuten vereinfachte Nahrungsnetze darauf hin, dass die Ökosysteme bereits geschädigt und damit anfälliger für Störungen sein könnten.“
„Angesichts der global zunehmenden Trockenheit, von der immer mehr Regionen der Erde betroffen sind, gewinnen diese Erkenntnisse an Relevanz. Das Verständnis dafür, wie sich Organismen in extremen Umgebungen anpassen und aufgrund welcher Zusammenhänge mit ihrer Umwelt sie sich verbreiten, kann helfen, ökologische Folgen des Klimawandels besser abzuschätzen,“ so Schiffer.

Die Ergebnisse legen nahe, dass sich makroökologische Muster wie Niederschlagsgradienten oder die Bedeutung der Höhenlage auch unter extremen Bedingungen und auf genetischer Ebene wiederfinden lassen. Damit stellt die Studie einen wichtigen Schritt dar, um die Reaktionen von Bodenorganismen auf Umweltveränderungen weltweit besser einzuschätzen.

Universität Köln

Originalpublikation:

Villegas, L., Pettrich, L.C., Acevedo-Trejos, E. et al. Geographic distribution of nematodes in the Atacama is associated with elevation, climate gradients and parthenogenesis. Nat Commun 17, 424 (2026). doi.org/10.1038/s41467-025-67117-5

Familie der „Makler“ hilft beim Aufräumen in der Zelle

Fri, 16 Jan 2026 09:14:27 +0100

Ordnung zu halten ist eine große logistische Herausforderung für die Zelle: Eine einzelne Säugetierzelle enthält Milliarden von Proteinmolekülen, die präzise gebildet, genutzt und wieder abgebaut werden müssen. Zum Abbau über das Ubiquitin-Proteasom-System (UPS) werden bestimmte Proteine mit Ketten mehrerer Ubiquitin-Moleküle versehen und anschließend von einem Proteasom geschreddert. Der entscheidende Schritt in diesem Prozess ist die Auswahl des spezifischen Zielproteins: E3-Ligasen sind Enzyme, die als molekulare „Makler” an das Zielprotein binden und dann die Übertragung von Ubiquitin von einem E2-Enzym auf das Zielprotein vermitteln.

Da jede E3-Ligase nur eine begrenzte Anzahl von Zielproteinen erkennt, verfügen Zellen über ein großes und vielfältiges Repertoire an E3-Ligasen. Ein Forschungsteam der Goethe-Universität Frankfurt unter der Leitung von Dr. Ramachandra M. Bhaskara vom Institut für Biochemie II hat nun alle Mitglieder dieser „Makler-Familie” in einem Katalog zusammengestellt und erstmals aufgezeigt, wie menschliche E3-Ligasen miteinander in Beziehung stehen und was dies für ihre Funktion, die Erkennung der Zielproteine und die Arzneimittelentwicklung bedeutet.

Eine datengestützte Karte des „E3-Ligoms”

Zur Beschreibung dieser Makler-Sippschaft – des sogenannten „E3-Ligoms“ – verglichen die Forschenden im Computer und mit KI-Unterstützung die E3-Ligase-Merkmale miteinander. Anschließend bestätigten sie die Ergebnisse in Zellkulturexperimenten und konnten so Schlussfolgerungen zur Funktion der E3-Ligasen ziehen. Über diese Funktionen definierten sie 13 Hauptfamilien sowie mehrere Unterfamilien, die die Gemeinsamkeiten zwischen den E3-Ligase-Mitgliedern besser wiedergeben als alleinige Aminosäuresequenz- oder Strukturähnlichkeiten. Bhaskara erklärt: „Unser datengestützter Ansatz auf Basis von maschinellem Lernen zeigt Funktionen, die spezifisch für E3-Ligase-Familien sind. So sind die Mitglieder einer Familie beispielsweise wichtig für DNA-Reparaturprogramme und die Vermeidung von ungewolltem Zelltod, während andere an der antiviralen Abwehr beteiligt sind.“

Über ihre Rolle beim Proteinabbau hinaus sind E3-Ligasen auch an Signalübertragungsprozessen beteiligt. Hierzu wird Ubiquitin eingesetzt, das nicht für den Proteinabbau genutzt wird. Dies zeigt, dass E3-Ligasen für zahlreiche zelluläre Signalwege und Krankheitsmechanismen bedeutsam sind.

Bedeutung für Therapeutika der nächsten Generation

Die neue E3-Ligase-Karte ist besonders für neuartige Wirkstoffe wie PROTACs relevant, die den gezielten Proteinabbau ermöglichen. PROTACs (Proteolysis Targeting Chimeras) sind bifunktionelle Moleküle, die eine E3-Ligase in die Nähe eines krankheitsrelevanten Proteins bringen und so dafür sorgen, dass das Protein mit Ubiquitin markiert und durch ein Proteasom geschreddert wird. Obwohl sich das PROTAC-Forschungsgebiet rasch weiterentwickelt hat, stützen sich die meisten bestehenden PROTACs nur auf eine kleine Anzahl gut charakterisierter E3-Ligasen.

Durch die systematische Analyse des gesamten E3-Ligoms identifizierte das Frankfurter Forschungsteam 40 weitere E3-Ligasen, die sich potenziell für die Entwicklung neuer PROTACs eignen. Besonders wichtig: Die E3-Ligase-Karte ermöglicht es, bereits etablierte Bindungspartner von E3-Ligasen für verwandte E3-Ligasen zu verwenden oder anzupassen und Designprinzipien zu übertragen. Auf diese Weise könnte die Entwicklung neuer PROTACs für weitere Körpergewebe, Zellkonstellationen und Krankheiten beschleunigt werden.

Offene Ressource für die Forschungsgemeinschaft

Da weltweit zahlreiche Forschungsgruppen an Ansätzen zum zielgerichteten Proteinabbau arbeiten, hat das Team der Goethe-Universität das vollständige E3-Ligom über eine spezielle Datenbank öffentlich zugänglich gemacht, sodass andere Forschende auf der Klassifizierung und den funktionalen Erkenntnissen aufbauen können.

Goethe-Universität Frankfurt

Originalpublikation:

Dutta, A., Cristiani, A., Nikte, S.V. et al. Multi-scale classification decodes the complexity of the human E3 ligome. Nat Commun 16, 11382 (2025). doi.org/10.1038/s41467-025-67450-9

Pflanzen als Umweltsensoren: Citizen-Science-Daten zeigen den Einfluss von Urbanisierung auf Klima und Böden

Thu, 15 Jan 2026 11:29:40 +0100

Pflanzen als lebende Sensoren für städtische Umwelt

Bis 2050 werden rund 70 % der Weltbevölkerung in Städten leben. Dennoch sind urbane Umweltbedingungen bislang kaum oder nur grob erfasst. Eine neue Studie, erschienen im Fachjournal Nature Cities, zeigt, wie Pflanzen kleinräumige Klima- und Bodeneigenschaften erfassen und Hinweise auf menschliche Einflüsse liefern. Grundlage sind Beobachtungen von Pflanzen, die über Bestimmungs-Apps wie z.B. Flora Incognita gesammelt wurden.

„Pflanzen wachsen dort, wo ihre Standortansprüche erfüllt sind“, erklärt Dr. Susanne Tautenhahn, Erstautorin der Studie. „Brennnesseln zeigen nährstoffreiche Böden an, Sumpfdotterblumen bevorzugen feuchte Standorte und Salzschwaden wachsen entlang gesalzener Straßen.“ So lassen sich Faktoren wie Temperatur, Bodenfeuchte, pH-Wert, Salzgehalt oder Störung über Pflanzenerkennung indirekt erfassen.

Gerade in Städten kann dieser Ansatz sein volles Potenzial entfalten: Die große Zahl an Beobachtungen liefert präzise Daten, während klassische Messungen oft an der räumlichen Heterogenität scheitern. „Selbst zwischen Beton und Asphalt zeigen Pflanzen sehr genau, wie warm oder trocken ein Standort ist, oder ob der Boden stark bearbeitet wurde“, so Tautenhahn.

Altes Wissen trifft neue Daten

Die Vision entstand, jahrzehntelanges Wissen über Pflanzen als lebende Umweltsensoren mit großskaligen Citizen-Science-Daten zu verbinden. Daraus entwickelte sich ein neuer, pflanzenbasierter Ansatz, um kleinräumige Klima- und Bodenbedingungen in Städten zu erfassen.

„Das Vorgehen ist vergleichbar mit Remote sensing – allerdings mit Pflanzen, Smartphones und einer engagierten “Crowd” von Bürger:innen anstelle von Satelliten“, erklärt Tautenhahn. „Diese neue Form der Umweltbeobachtung nennen wir Mobile Crowd Sensing of Environments (MCSE).“

Das interdisziplinäre Autor:innen-Team vereint Expertise aus Botanik, Ökologie, Bodenkunde, Computer Vision, Citizen Science und Fernerkundung. Jede Perspektive half dabei, aus den Pflanzenbeobachtungen der Bürger:innen ein bisher unbekanntes, detailliertes Bild städtischer Umweltbedingungen zu gewinnen.

„Erst vor Kurzem wurde das zuvor überwiegend regionale Wissen zu den Standortansprüchen individueller Pflanzenarten – ausgedrückt in den sogenannten ökologischen Zeigerwerten – europaweit zusammengeführt“, sagt Prof. Dr. Jürgen Dengler. „So lassen sich Umweltbedingungen wie Bodenfeuchte, Nährstoffgehalt oder Licht – aber auch Störungen wie intensive Bodenbearbeitung – erstmals über ganz Europa hinweg sichtbar machen“, ergänzt Prof. Dr. Milan Chytrý. Beide waren maßgeblich an der europaweiten Vereinheitlichung der in dieser Studie verwendeten ökologischen Zeigerwertsysteme beteiligt.

Den entscheidenden Durchbruch zur flächendeckenden Anwendung brachten Millionen von Pflanzenbeobachtungen, die durch Citizen Science und KI-gestützte Bestimmungsmethoden ermöglicht wurden.

„Pflanzenbestimmungs-Apps erleichtern Bürger:innen die Erfassung der Biodiversität erheblich und liefern eine große Zahl an Beobachtungen, insbesondere im urbanen Raum“, betont Dr. Jana Wäldchen, Forschungsgruppenleiterin am MPI für Biogeochemie und Co-Leiterin des Flora-Incognita-Projektes.

Prof. Patrick Mäder, Co-Projektleiter von Flora Incognita, ergänzt: „Lange galt KI-gestützte Pflanzenbestimmung als kaum realisierbar und die daraus entstehenden Daten als zu unstrukturiert für die Forschung. Diese Studie zeigt eindrucksvoll das Gegenteil: Innovative Fragestellungen über große räumliche Skalen brauchen neue Datenströme – und Flora Incognita hat sich hierfür zu einem wichtigen Werkzeug etabliert.“

Was Pflanzen über Städte verraten

Bebaute Gebiete sind europaweit wärmer, trockener und dunkler als die Grünflächen der jeweiligen Städte. Ihre Böden sind alkalischer, salziger, nährstoffärmer und stärker durch mechanische Bodenbearbeitung gestört als die in Parks oder Stadtwäldern. Letztere übernehmen wichtige Ökosystemleistungen wie Kühlung und Wasserspeicherung. Die Unterschiede innerhalb einer Stadt können so groß sein wie zwischen Städten, die Tausende Kilometer voneinander entfernt liegen – wie etwa zwischen Madrid und Stockholm. Doch trotz der Vielfalt innerhalb einzelner Städte sind sich die bebauten Flächen europaweit sehr ähnlich. Dies ist ein Hinweis auf urbane Homogenisierung. Stadtwälder hingegen bewahren ihre ursprünglichen lokalen Umweltbedingungen und damit die natürliche Vielfalt.

„Städte sind Orte, an denen Umweltprobleme sichtbar werden – aber auch Lösungen entstehen können“, betont Tautenhahn. Pflanzen sind mehr als nur eine grüne Kulisse: Sie machen verborgene Umweltbedingungen sichtbar und liefern neue Ansätze für Monitoring, Forschung, Politik und Stadtplanung – auf dem Weg zu nachhaltigen, resilienten und lebenswerten Städten.

MPI für Biogeochemie

Originalpublikation:

Tautenhahn, S., Jung, M., Rzanny, M. et al. Urbanization signatures on climate and soils uncovered by crowd-sensed plants. Nat Cities (2026). doi.org/10.1038/s44284-025-00378-9

Großer Forschungserfolgzur Rezeptoraktivierung in leben den Zellen

Thu, 15 Jan 2026 10:56:41 +0100

Viele lebenswichtige Körperprozesse, etwa die Herzfunktion oder das Immunsystem, werden durch sogenannte G Protein gekoppelte Rezeptoren (GPCR) beeinflusst. Sie sitzen an der Zelloberfläche, wo sie aus ihrer Umgebung Signale empfangen und erkennen. Die Reize dieser chemischen Botenstoffe leiten sie ins Zellinnere weiter, indem sie sogenannte G Proteine aktivieren. Diese lösen wiederum spezifische Zellreaktionen aus, etwa einen schnelleren Herzschlag oder eine Immunantwort. Aufgrund dieser sogenannten Signalkaskaden stellen die GPCR für etwa ein Drittel aller Medikamente die wichtigste Zielstruktur dar.

Die Forschung zu diesen wichtigen Zellrezeptoren besitzt hohe Relevanz, denn sie hilft, besser zu verstehen, was Krankheiten auslöst und warum Medikamente bestimmte Wirkungen und Nebenwirkungen zeigen. Studien an isolierten GPCRs im „Reagenzglas“ haben bereits in der Vergangenheit grundlegende Erkenntnisse zur Funktionsweise dieser Zellrezeptoren erzielen können. Wie sich die Rezeptoren in lebenden Zellen verhalten, konnte jedoch bislang nicht in vergleichbarem Detail geklärt werden.

Molekulare Spione enthüllen Bewegung der Zellrezeptoren

Jetzt hat Univ.-Prof. Dr. Andreas Bock, Direktor des Instituts für Pharmakologie an der Universitätsmedizin Mainz, Licht ins Dunkel gebracht – mit leuchtenden Zellrezeptoren. In Kooperation mit Professor Dr. Irene Coin von der Universität Leipzig und gefördert durch den Sonderforschungsbereich 1423 „Strukturelle Dynamik der GPCR Aktivierung und Signaltransduktion“ der DFG, entwickelten Andreas Bock und sein Team sogenannte Biosensoren, die es erstmals ermöglichen in lebenden Zellen unmittelbar zu verfolgen, wie sich ein Rezeptor in der nativen Zellmembran bewegt und seine Struktur verändert, nachdem er einen Wirkstoff gebunden hat und an sein G-Protein koppelt. Um die Rezeptoren in Echtzeit beobachten zu können, haben die Grundlagenforscher:innen sie vorab genetisch so verändert, dass sie die Rezeptoren mit sogenannten Fluorophoren verbinden konnten. Dabei handelt es sich um kleine Moleküle, die leuchten, wenn man sie anstrahlt. Erst diese Fluoreszenz macht die Zellrezeptoren überhaupt sichtbar. Darum nennt man solche Biosensoren auch „molekulare Spione“.

Leuchtsignale so einzigartig wie ein Fingerabdruck

Welche Fluoreszenzmuster die leuchtenden Biosensoren liefern, ist abhängig davon, welcher Wirkstoff und welches G-Protein am Rezeptor binden. Die Muster sind so individuell wie ein Fingerabdruck und können darum unterschiedlichen Rezeptorformen zugeordnet werden. Damit liefern die Ergebnisse eine molekulare Erklärung für ein lange bekanntes, aber kaum verstandenes Phänomen: Warum können unterschiedliche Medikamente und Wirkstoffe, die an ein und demselben Rezeptor binden, unterschiedliche Wirkungen haben?

Rezeptorfunktion in lebenden Zellen bleibt erhalten

Das Besondere an diesen Biosensoren ist: Sie beeinflussen die Funktion der Zellrezeptoren kaum. „Denn wir haben die Rezeptoren nur an einer einzigen Stelle minimal genetisch verändert“, erklärt Professor Bock. „An dieser Stelle binden die Fluorophore, die wesentlich kleiner sind als die Rezeptoren. Das ist wichtig, um deren Reaktion auf empfangene Signale nicht zu behindern.“

Bisherige Methoden waren auf fluoreszierende Proteine angewiesen, die nahezu so groß waren wie die Zellrezeptoren selbst – eine natürliche Funktionsweise der Zellrezeptoren war damit unmöglich. Erst die neu entwickelten Biosensoren der Arbeitsgruppe von Professor Bock geben einen konkreten Einblick in die Rezeptoraktivierung in lebenden Zellen. Sie machen sichtbar, welche Wirkstoffe welche Zellreaktionen auslösen. Langfristig könnte diese neue Technologie die Chance auf maßgeschneiderte und nebenwirkungsarme Medikamente erhöhen.

Universitätsmedizin Mainz

Originalpublikation:
Romy Thomas, Pauline S. Jacoby, Chiara De Faveri, Cécile Derieux, Aenne-Dorothea Liebing, Barbora Melkes, Hans-Joachim Martini, Marcel Bermudez, Claudia Stäubert, Martin J. Lohse, Irene Coin, Andreas Bock: Ligand-specific activation trajectories dictate GPCR signalling in cells, Nature (2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09963-3

Alfred-Wegener-Institut und Uni Bremen können gefährdete Klima- und Umweltdaten weiterhin sichern

Thu, 15 Jan 2026 10:43:59 +0100

PANGAEA ist ein weltweit anerkannter Data Publisher, der wissenschaftliche Daten aus den Erde- und Umweltwissenschaften veröffentlicht und archiviert. Betrieben wird PANGAEA gemeinsam vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) und vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Die Plattform stellt sicher, dass hochwertige, gut strukturierte und interoperable Datensätze erhalten und unter Open Access Bedingungen zur Verfügung gestellt werden.
„PANGAEA erfreut sich in der Klima- und Umweltforschung höchster Anerkennung und Wertschätzung“, sagt Henrike Müller, Senatorin für Umwelt, Klima und Wissenschaft der Freien Hansestadt Bremen. „Ich freue mich sehr, dass die DFG die Förderung für dieses Projekt bewilligt hat. Gerade angesichts der aktuellen weltpolitischen Entwicklungen sind diese Daten ebenso verletzliche wie kostbare Schätze für die internationale Wissenschaft. Dass wir sie hierzulande sichern können, kommt uns allen zugute.“
Dank der DFG-Förderung können nun in diesem und im kommenden Jahr drei Wissenschaftler:innen bei PANGAEA in den Bereichen Datenscouting, Datenkuration und Softwareentwicklung die Datenrettung weiter unterstützen und an nachhaltigen nationalen und internationalen Strategien mitarbeiten. Ziel ist es, im internationalen Austausch Datensätze von hohem wissenschaftlichen Wert zu identifizieren, die beispielsweise durch politische Entwicklungen gefährdet wären, und diese in PANGAEA pro-aktiv zu sichern. „Somit stehen die Daten aus dem Klima- und Umweltbereich der wissenschaftlichen Gemeinschaft nachhaltig zur Verfügung“, sagt Frank Oliver Glöckner, Leiter des Bereichs DATA am AWI und Professor für Erdsystemdatenwissenschaften am MARUM der Universität Bremen und ergänzt: „Durch eine intelligente Redundanz der Dateninfrastrukturen wird das Projekt die Resilienz und Datensouveränität in Europa stärken.“

Erste Erfahrungen mit diesen Aufgaben konnten die Datenexpertinnen und -experten bereits 2025 sammeln. Im vergangenen Jahr hatte die US-Behörde National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) explizit auf die Gefährdungen von Datensätzen hingewiesen. Diese wurden in PANGAEA überführt und damit gesichert. „Der besondere Wert dieser Daten liegt darin, dass sie lange Zeitreihen umfassen“, ergänzt Dr. Janine Felden, Mit-Antragstellerin und Leiterin von PANGAEA am AWI und MARUM. „Ihr Verlust würde zu erheblichen Lücken in diesen für die Menschheit so wichtigen Bereichen führen.“
Ein Teil der DFG-Förderung wird auch rückwirkend für das Jahr 2025 genehmigt. Das AWI habe mit der Datensicherung, für die es personell und finanziell in Vorleistung gegangen sei, erhebliche Verdienste um die Datensicherung erworben, heißt es in der Stellungnahme der Gutachter.

Alfred-Wegener-Institut

Mehr Arten auf tausenden Kilometern: Das geheime Leben am Tiefseeboden

Thu, 15 Jan 2026 10:14:10 +0100

Isopoden zählen zu den benthischen Organismen und leben überwiegend auf dem Meeresboden, wo sie sich von Aas, organischem Detritus oder kleinen wirbellosen Tieren ernähren. Die Krebstiere bewegen sich meist krabbelnd mithilfe zahlreicher gegliederter Beine fort; einige Arten können zudem kurze Strecken schwimmen oder werden passiv von bodennahen Strömungen transportiert. „Aufgrund dieser geringen Mobilität gelten in der Tiefsee lebende Isopoden gemeinhin als ausbreitungsschwach. Es ist aber generell schwer aufgrund der enormen Ausdehnung des bislang nur wenig erforschten Tiefseebodens grundlegende Fragen zur Vernetzung und räumlichen Ausbreitung solcher Tiefseearten zu beantworten“, erklärt Henry Knauber, Erstautor der Studie und Doktorand am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und fährt fort: „Besonders schwierig ist es, räumliche Muster genetischer Unterschiede zu erfassen – nicht nur entlang auffälliger Strukturen wie Tiefseegräben oder ozeanischer Rücken, sondern auch über die riesigen Distanzen der abyssalen Ebenen hinweg, welche den Großteil der Tiefsee ausmachen. Diese meist homogenen Tiefseeebenen sind größtenteils frei von markanten geografischen Barrieren und könnten bodenlebenden Tieren theoretisch eine weiträumige Ausbreitung ermöglichen. Gleichzeitig stellen gerade jene großen geografischen Entfernungen laut evolutionsbiologischen Theorien allerdings auch ein Hindernis für den genetischen Austausch dar.“

Knauber hat sich dieser Fragestellung gemeinsam mit Prof. Dr. Angelika Brandt und Dr. Torben Riehl, beide ebenfalls am Frankfurter Forschungsinstitut tätig, angenommen und die Biodiversität, die räumliche Vernetzung und die Biogeografie von Tiefsee-Isopoden untersucht. „Im Fokus standen dabei Arten aus den abyssalen Ebenen des vergleichsweise gut untersuchten Nordpazifiks, welche die Regionen rund um den Aleuten-Graben, den Kurilen-Kamtschatka-Graben und den Japan-Graben miteinander verbinden. Ziel unserer Untersuchung war es, den faunistischen Austausch zwischen diesen Regionen zu analysieren und mögliche Isolations-Effekte durch die großen geographischen Distanzen zu identifizieren“, ergänzt Brandt.

Zwei Isopodenfamilien nahmen die Forschenden bei ihren Untersuchungen genauer unter die Lupe: die auf der Sedimentoberfläche lebenden Haploniscidae und die im Sediment grabenden Macrostylidae. Die Analysen basierten auf einem umfangreichen Datensatz, der genetische Sequenzen von insgesamt fast tausend Individuen der beiden Familien beinhaltet. Der zugrunde liegende Datensatz vereint Proben aus der „AleutBio“-Expedition (Sommer 2022, Forschungsschiff SONNE) mit Ergebnissen aus fünf weiteren internationalen Tiefsee-Expeditionen und über einem Jahrzehnt Forschung im Nordpazifik.

Isopoden der Haploniscidae konnten die Forscher*innen im gesamten Nordpazifik über einen großen Tiefenbereich hinweg nachweisen – von Randmeeren des Nordpazifiks bei etwa 3.200 Metern bis zu den tiefsten Stellen des Kurilengrabens in fast 9.600 Metern Tiefe. Die höchste Artenvielfalt wurde im Kurilen-Kamtschatka-Gebiet festgestellt, während die Artenzahlen in den Regionen des Aleuten- und Japan-Grabens geringer ausfielen. „Die Verbreitungsgebiete mehrerer Haploniscidae-Arten erstrecken sich über Areale von mehreren tausend Kilometern Länge, was erstaunlich ist für Lebewesen, die kleiner als ein Reiskorn sind. Aus der Familie der Macrostylidae konnten wir dagegen nur eine Art mit einer ähnlich weiten Ausbreitung nachweisen“, so Knauber. „Unsere genetischen Analysen haben außerdem zahlreiche bislang unbekannte, äußerlich kaum unterscheidbare Arten sichtbar gemacht. Insgesamt ist die biologische Vielfalt im Nordpazifik dank mehrerer ‚kryptischer‘ Artenkomplexe damit deutlich höher, als es frühere Studien vermuten ließen“, fügt Brandt hinzu.

Zudem unterscheiden sich die Verbreitungsmuster der beiden Familien erheblich, heißt es in der Studie. Einige Arten kommen in allen drei untersuchten Regionen vor und können sich damit über große Entfernungen ausbreiten – entgegen der bisherigen Annahme, Tiefsee-Isopoden seien generell kaum mobil. Die Unterschiede zwischen den beiden Isopodenfamilien erklären die Forschenden durch ihre unterschiedliche Lebensweise: Während einige Arten auf dem Meeresboden leben, leben andere im Sediment vergraben – mit Folgen für ihre Ausbreitung und Vernetzung.
In einigen der untersuchten Arten nahmen zudem genetische Unterschiede mit wachsender geografischer Entfernung zu, was auf eine „Isolation durch Distanz“ hindeutet. Dieses populationsgenetische Prinzip beschreibt, dass mit zunehmender Entfernung der Genaustausch zwischen Populationen abnimmt – ein Prozess, der langfristig zur Entstehung neuer Arten führen kann. Knauber hierzu: „Damit könnte ‚Isolation durch Distanz‘ eine wichtige Rolle für die außergewöhnlich hohe Biodiversität der Tiefsee spielen. Um die zugrundeliegenden evolutionären Mechanismen zu verstehen, welche die benthische Artenvielfalt in der Tiefsee herbeigeführt haben, ist es daher entscheidend, das Zusammenspiel von biogeografischer Verbreitung und genetischer Differenzierung genauer zu untersuchen.“

Die neue Studie zeigt, dass die Biodiversität und die Ausbreitung von Tiefsee-Isopoden im Nordpazifik deutlich größer ist als bisher angenommen. Viele Arten blieben bislang unentdeckt, weil sie morphologisch kaum von bekannten Arten zu unterscheiden sind. Während einige Arten nur regional vorkommen, sind andere überraschend weit verbreitet – ein Ergebnis, das die bisherigen Vorstellungen über ihre Ausbreitungsfähigkeit infrage stellt, so die Forschenden.

„Unsere Ergebnisse zeigen erneut, wie wenig wir noch über die Tiefsee und ihre Bewohner wissen. Gerade weil viele Arten bislang unentdeckt sind, ist es wichtig, diese Lebensräume besser zu verstehen und zu schützen. Tiefseeökosysteme sind empfindlich und bedroht – etwa durch Tiefseebergbau, Klimawandel oder Verschmutzung. Nur wer das ökologische Zusammenspiel in den Tiefen der Meere kennt, kann wirksame und sinnvolle Schutzmaßnahmen entwickeln“, resümiert Brandt.

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

Henry Knauber, Angelika Brandt, Torben Riehl (2026): Traversing the North Pacific: Biogeography and connectivity patterns of deep-sea isopods across three trench systems,
Progress in Oceanography. https://doi.org/10.1016/j.pocean.2025.103623

Wie Klimaveränderungen zum Untergang der Tang-Dynastie beigetragen haben

Thu, 15 Jan 2026 10:02:53 +0100

Migration und Mobilität aufgrund von klimatischen Veränderungen ist nicht neu. Das legt eine interdisziplinäre Studie nahe, an der auch Forschende der Universität Basel beteiligt waren. Sie untersuchten, wie sich insbesondere hydrologische Extreme wie Dürren und Überschwemmungen zwischen 800 und 907 n. Chr. auf Gesellschaft und Politik in China auswirkten.
Der Zeitraum ist deshalb interessant, weil er den Niedergang der Tang-Dynastie bedeutete. Diese dauerte seit 618 n. Chr. und gilt als ein kultureller Höhepunkt in Chinas Geschichte mit einem ausgeklügelten Verwaltungssystem und einer blühenden Kultur. Im Fokus der Untersuchung steht die Region des Huang He («Gelber Fluss») im Norden Chinas. Anhand von sogenannten Klimaproxydaten stellten sie Tendenzen fest, wie sich das dortige Klima im 9. Jahrhundert n. Chr. veränderte.

Baumringe als Zeitzeugen

Hinweise zum Klima liefern zum Beispiel Baumringe: Ihre Beschaffenheit zeigt an, ob ein Jahr eher trocken oder regenreich war: In niederschlagreichen Jahren wachsen Bäume schneller und die Baumringe liegen weiter auseinander als in trockenen Jahren. Je älter ein Baum, desto weiter reicht dieses Datenarchiv zurück.

Die Forschenden nutzten bestehende Langzeitreihen von Baumringdaten aus dem Einzugsgebiet des «Gelben Flusses». Das daraus rekonstruierte Abflussverhalten diente als Indikator für hydroklimatische Modelle, insbesondere für dessen obere Flussläufe. «Die Abflussmengen kommen irgendwann weiter flussabwärts an und beeinflussen die verfügbaren Wassermengen, etwa um die Felder zu bewässern», sagt Studienerstautor Michael Kempf, der inzwischen von der Universität Basel an die Universität Cambridge gewechselt hat.

Fatale Änderungen in der Landwirtschaft

Aus ihren Analysen schliessen die Forschenden, dass klimatische Veränderungen und eine Zunahme von Klimaextremen entscheidend dazu beigetragen haben, dass es 907 zum Kollaps der Tang-Dynastie kam. Denn vermehrte Dürren und Überschwemmungen machten den Soldaten, die die Aussengrenze des Reiches schützen sollten, und ihren Familien zu schaffen.

«Hydroklimatischen Extreme beeinflussen sehr direkt, wie die Ernte ausfällt und welche Lagerbedingungen für Getreide herrschen», so Kempf. Saatgutknappheit und gesteigerter Nahrungsmittelbedarf führten Versorgungsysteme rasch an ihre Grenzen. Ein schlechtes Jahr hatte damit auch Konsequenzen für die Zukunft.

Verschärft wurde die Situation weiterhin durch die Wahl der Getreidekulturen: Die Menschen setzten vermehrt auf den Anbau von Weizen und Reis anstelle von Hirse. Die Gründe für den landwirtschaftlichen Wandel kann Michael Kempf nur vermuten. Möglicherweise galt Hirse eher als Armeleute-Essen als Weizen und Reis. Diese sind jedoch klimatisch weniger robust als die trockenresistente Hirse und der Anbau benötigt mehr Wasser. «Solange es genügend Wasser gibt, ist das kein Problem, bei längeren Trockenperioden kommt es hingegen zu Engpässen.» Hirseanbau hätte diese negativen Effekte vielleicht abfedern können. So aber erhöhte sich das Risiko für Ernteausfälle und Hungersnöte.

Diese Verluste liessen sich nicht ohne Weiteres mit Lieferungen aus anderen Teilen des Landes kompensieren. Auch weil Dürren und Hochwasser die Versorgungsrouten in Mitleidenschaft zogen und Versorgungskorridore zusammenbrachen.

Flucht vor Hunger

Die Unterernährung der Bevölkerung könnte schliesslich dazu geführt haben, dass der Grenzschutz im Norden des Kaiserreichs bröckelte. «Natürlich waren die Menschen geschwächt und dadurch vulnerabler. Aufgrund des militärischen Druckes auf die äusseren Grenzgebiete wanderten sie gegen Süden, wo sie bessere Bedingungen vorzufinden glaubten», so Kempf. «Das führte zu einer politischen Destabilisierung und dürfte den Untergang der Tang-Dynastie mitverursacht haben.»

Michael Kempf betont jedoch: «Unsere Ergebnisse sind Annäherungen. Die tatsächlichen Bedingungen zu jener Zeit lassen sich nicht zweifelsfrei rekonstruieren. Es ist ein komplexes Zusammenspiel von vielen unterschiedlichen Faktoren.»
Soziokulturelle und klimatische Veränderungen können demnach zu Kipppunkten im System führen, weil das Gleichgewicht gestört wird, so das Fazit der Studie. Eine Entwicklung, die auch angesichts des heutigen Klimawandels häufiger auftreten könnte.

Universität Basel

Originalpublikation:

Kempf, M., Depaermentier, M.L.C., Spengler III, R.N. et al. Hydroclimatic instability accelerated the socio-political decline of the Tang Dynasty in northern China. Commun Earth Environ 6, 1003 (2025). doi.org/10.1038/s43247-025-03038-x

Warum scheinbar harmlose Einflüsse Böden schädigen können

Thu, 15 Jan 2026 09:17:25 +0100

Die Studie mit dem Titel „Global change factors differ in effect when acting alone and in a multi-factor background“ untersucht, wie sich Stressoren wie Erwärmung, Dürre oder Umweltverschmutzungen sowohl isoliert als auch in Kombination auf die Bodengesundheit auswirken. Die Ergebnisse zeigen, dass selbst Faktoren, die einzeln neutral oder sogar positiv wirken, in Kombination die Bodenstruktur verschlechtern oder die Aktivität von ökologisch wichtigen Mikroorganismen im Boden hemmen können. Besonders deutlich wurde dies bei der Erwärmung von Böden: Während höhere Temperaturen isoliert betrachtet die Aktivität bodenstabilisierender Mikroorganismen fördern können, schadeten höhere Temperaturen in Kombination mit weiteren Stressoren den Böden. Eine mögliche Erklärung ist, dass erhöhte Temperaturen die Verdunstung verstärken und dadurch schädliche Stoffe im Bodenwasser stärker konzentriert werden, was wiederum die Mikroorganismen schädigt und zu weniger stabilen Bodenaggregaten führt – ein Effekt, der erst in Experimenten mit mehreren Stressoren sichtbar wird.

„In Experimenten zeigt sich immer wieder, dass einzelne Faktoren des globalen Wandels wie erhöhte Temperaturen auch positive Effekte auf Böden haben können. Da stellt sich die Frage, warum wir unsere Böden trotzdem vor solchen Faktoren schützen sollten? Ein wichtiger Grund ist, dass wir schlicht nicht wissen, wie Stressfaktoren in Kombination wirken“, erklärt die Biologin Rebecca Rongstock, Erstautorin der Studie und Wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Arbeitsgruppe „Ökologie der Pflanzen“ im Fachbereich Biologie, Chemie, Pharmazie der Freien Universität Berlin. Gemeinsam mit ihren Kolleg*innen Dr. Huiying Li und Prof. Dr. Matthias Rillig verglich Rongstock anhand von 140 Bodenproben in einem neuartigen Versuchsaufbau die Wirkung von sechs kombinierten Bodenstressoren mit der von Kombinationen, bei denen jeweils ein Faktor fehlte. In dem Experiment maßen die Forschenden unter anderem die Aktivität von Bodenmikroorganismen sowie die Stabilität von Bodenaggregaten – krümelige Strukturen, die zentral sind für Durchlüftung, Wasserspeicherung und das Leben im Boden.

Die Studie unterstreicht, dass ökologische Risiken nur dann realistisch bewertet werden können, wenn Umweltfaktoren systematisch in Kombination betrachtet werden. „Wenn man Ökosysteme schützen will, ist es nicht zwingend am effektivsten, auf jene Faktoren zu fokussieren, die die größten Einzeleffekte zeigen“, sagt Bodenökologe Prof. Dr. Matthias Rillig, Letztautor der Studie. „Da nahezu überall mehrere Faktoren des Globalen Wandels zusammenwirken, könnte es sinnvoller sein, gezielt diejenigen anzugehen, die gemeinsam die stärksten negativen Folgen haben.“ Gleichzeitig weisen die Ergebnisse auf ein Erholungspotenzial hin: Gelingt es, einzelne Stressoren zu verringern oder ganz zu vermeiden – selbst wenn sie isoliert betrachtet harmlos oder sogar förderlich erscheinen –, könnten sich zentrale Bodenfunktionen spürbar erholen.

FU Berlin

Originalpublikation:

Rongstock, R., Li, H., Lehmann, A. et al. Global change factors differ in effect when acting alone and in a multi-factor background. Nat Commun 17, 425 (2026). doi.org/10.1038/s41467-025-68155-9