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Zeitplan für Chromosomen: Wie chemische Signale die Zellteilung steuern

Fri, 24 Apr 2026 12:28:11 +0200

In der Zelle liegt die DNA nicht frei vor, sondern ist um einen Kern aus Histon-Proteinen zu sogenannten Nukleosomen gewickelt. Die Histone tragen zahlreiche chemische Modifikationen, die als molekulare Signale wirken und steuern, wie dicht die DNA gepackt ist und welche Gene aktiv sind. Während der Zellteilung muss dieser DNA-Histon-Komplex – das sogenannte Chromatin – zu kompakten, stäbchenförmigen Chromosomen verdichtet werden. Eine Schlüsselrolle spielen dabei die Histon-Modifikationen, die sich im Verlauf dieses Prozesses erheblich verändern und die Umwandlung des Chromatins steuern.

Ein internationales Forschungsteam um Professor Axel Imhof am Biomedizinischen Centrum der LMU und Professor William Earnshaw (Universität Edinburgh) hat nun diese Veränderungen während der Zellteilung mit bisher unerreichter Präzision analysiert. Dafür entwickelten die Forschenden einen innovativen Ansatz, mit dem sie Zellpopulationen synchron zur Teilung bringen konnten. Anschließend erfassten sie mittels moderner Massenspektrometrie präzise die Veränderungen der Histon-Modifikationen während der Zellteilung.

Drei verschiedene Phosphorylierungsprogramme

Die Ergebnisse zeigen, dass bestimmte chemische Veränderungen nicht zufällig auftreten, sondern einem klaren zeitlichen Ablauf folgen. Die Histon-Phosphorylierung, also das Anheften von Phosphatgruppen an Histone, folgt dabei drei unterschiedlichen Programmen: Zunächst tritt die H3S10-Phosphorylierung auf, die sich schnell über nahezu das gesamte Chromatin ausbreitet und dort fast vollständig anreichert. Anschließend folgt die H3T3-Phosphorylierung, die später einsetzt, nur vorübergehend vorhanden ist und vor allem in dicht gepackten, genarmen Bereichen des Genoms vorkommt. Die H3S28-Phosphorylierung schließlich hat wiederum ein eigenes zeitliches Muster.

Frühere Annahme widerlegt

Gleichzeitig widersprechen die Ergebnisse einer bislang weit verbreiteten Annahme: Lange galt die Entfernung bestimmter chemischer Gruppen von Histonen als entscheidender Schritt für die Verdichtung der DNA. In den nun untersuchten Zellen ließ sich ein solcher Effekt jedoch nicht beobachten. Stattdessen blieb das entsprechende Modifikationsniveau weitgehend konstant – ein deutlicher Hinweis darauf, dass frühere Befunde ein Artefakt der in früheren Studien verwendeten Versuchsbedingungen seien, so die Autoren.

„Unsere Arbeit liefert den bisher präzisesten und umfassendsten Überblick darüber, wie Histon-Modifikationen während der Mitose orchestriert werden“, sagt Imhof. „Viele Prozesse folgen einem exakten zeitlichen Muster – und gleichzeitig müssen wir einige bisherige Vorstellungen neu bewerten. Der Histon-Code während der Mitose ist überraschenderweise viel feiner abgestimmt als wir dachten.“

Ludwig-Maximilians-Universität München

Originalpublikation:

N.Y. Kochanova et al.: A time-resolved atlas of histone modifications during mitotic entry. Molecular Cell 2026, https://doi.org/10.1016/j.molcel.2026.03.038

Ein Drittel der Lebensräume von an Land lebenden Tierarten bis 2085 von multiplen Extremereignissen bedroht

Fri, 24 Apr 2026 12:20:29 +0200

„Der Klimawandel und insbesondere Extremereignisse werden in der Naturschutzplanung immer noch stark unterschätzt. Dabei geht es um so viel mehr als eine schleichende Veränderung der Temperatur“, sagt Stefanie Heinicke, Leitautorin der Studie und Postdoktorandin am Potsdamer-Institut für Klimafolgenforschung (PIK).

Bereits eine einzige Hitzewelle, Überschwemmung oder ein Flächenbrand kann Tierpopulationen dezimieren. Wenn mehrere Arten von Extremereignissen aufeinanderfolgen, verstärken sich die Auswirkungen auf Arten und Lebensräume: Eine Population, die bereits durch eine Dürre geschwächt ist, kann einem nachfolgenden Waldbrand oft nicht standhalten.

Frühere Studien zeigen, dass nach den Bränden in Australien in den Jahren 2019-2020 in Gebieten, die zuvor eine Dürre erlebt hatten, um 27 bis 40 Prozent stärkere Rückgänge bei Pflanzen- und Tierarten zu verzeichnen waren, als in nicht vorbelasteten Regionen.

Eine rasche Senkung der Emissionen auf netto-null könnte diese Auswirkungen jedoch noch weitgehend verhindern. Gelänge eine rasche Emissionssenkung auf netto-null und eine spätere Abkühlung des Klimas in der zweiten Hälfte des Jahrhunderts, wären 2085 statt eines Drittels nur 9 Prozent der Lebensräume von an Land lebenden Arten von multiplen Extremereignissen betroffen.

„Wir können einen großen Unterschied bewirken, indem wir die Emissionen ab heute so schnell wie möglich senken“, so Heinicke.

Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität

Die Forschenden wählten einen neuartigen Ansatz, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die Biodiversität zu untersuchen: Sie nutzten Ergebnisse von Klimafolgenmodellen, die unterschiedliche Daten zu komplexeren Klimawirkungen, über die reine Erwärmung hinaus, liefern – etwa Projektionen zu Überschwemmungsgebieten und Waldbränden.

In einem Szenario ungebremster Erwärmung stellte das Team fest, dass im Jahr 2050:
- 74 Prozent der Lebensräume von Hitzewellen bedroht,
- 16 Prozent von Waldbränden gefährdet,
- Und 8 Prozent von Dürren und 3 Prozent von Flussüberschwemmungen betroffen sind.

Zu den betroffenen Gebieten gehören besonders artenreiche Hotspots im Amazonasbecken, in Afrika und Südostasien.

„Dass Waldbrände in unseren Prognosen eine so dominante Rolle spielen, ist ein entscheidender Befund“, sagt Katja Frieler, Ko-Autorin der Studie und Leiterin der Forschungsabteilung für Klimaresilienz am PIK.

„Mir ist keine andere Studie bekannt, die die Gefährdung von Tieren durch Waldbrände so konkret prognostiziert hat. Zu erkennen, dass Feuer in vielen Regionen eine größere direkte Bedrohung darstellen als Dürren, schließt eine entscheidende Wissenslücke in der Forschung“, so Frieler.

Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK)

Originalpublikation:

Heinicke, S., Zantout, K., Kühl, H.S. et al. Land vertebrates increasingly exposed to multiple extreme events by 2085. Nat Ecol Evol (2026). doi.org/10.1038/s41559-026-03050-0

Zellfabrik für das Immunsystem

Fri, 24 Apr 2026 12:00:14 +0200

Forschende der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) haben eine Methode entwickelt, mit der sich menschliche Immunzellen, zum Beispiel Makrophagen, in Bioreaktoren mittlerer Größe effizient herstellen lassen. Die Immunzellen können aus induzierten pluripotenten Stammzellen gewonnen werden und sind wichtig für die Erforschung von Krankheiten sowie für neue Therapieansätze. Die Methode wurde jetzt im Fachjournal Nature Protocols veröffentlicht.

Makrophagen – auch als „Fresszellen“ bezeichnet – spielen eine zentrale Rolle im menschlichen Immunsystem. Sie sind unverzichtbar für die Abwehr von Krankheitserregern und für die Reparatur von geschädigtem Gewebe. Darüber hinaus werden sie bereits klinisch-therapeutisch eingesetzt, beispielsweise bei Lebererkrankungen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler erforschen zudem weitere mögliche Anwendungen – unter anderem für die Therapie von Infektionserkrankungen, Entzündungen, Fibrosen und Krebs sowie von neurodegenerativen Erkrankungen wie Alzheimer. Makrophagen eignen sich außerdem, um Arzneimittel auf Reinheit, Sicherheit und Wirksamkeit zu prüfen.

Effizient, kostengünstig und einfach zu handhaben: Die neuen Bioreaktoren

Für Forschungszwecke können Makrophagen aus sogenannten induzierten pluripotenten Stammzellen (iPS-Zellen) hergestellt werden. Dabei handelt es sich um biotechnologisch „zurückprogrammierte“ Körperzellen, aus denen sich prinzipiell jede Zellart des Körpers entwickeln kann. Bisher wurden Makrophagen meist entweder in kleinem Maßstab für Laboruntersuchungen oder in großem Maßstab für industrielle Anwendungen produziert. Bioreaktoren mittlerer Größe, die sich besonders gut für präklinische Forschungsprojekte eignen, weil sie effizient, kostengünstig und einfach zu handhaben sind, gab es bisher kaum. Ein Team um Prof. Dr. Nico Lachmann von der Klinik für Pädiatrische Pneumologie, Allergologie und Neonatologie der Medizinischen Hochschule Hannover (MHH) hat nun eine Technik für solche Bioreaktoren entwickelt.

Wertvolles Werkzeug für die Wissenschaft

Mit der neuen Methode differenzieren sich iPS-Zellen in einer Nährlösung weiter und bilden innerhalb von 14 Tagen Zellaggregate, sogenannte Organoide. Diese dem blutbildenden Knochenmark ähnelnden Strukturen setzen anschließend kontinuierlich Makrophagen frei: „Wir können pro Bioreaktor über einen Zeitraum von zehn Wochen hinweg wöchentlich bis zu 40 Millionen Immunzellen ernten“, sagt Professor Lachmann. Vier Bioreaktoren werden in einem Gerät zusammengefasst. Die entwickelte Technologie bietet damit ein wertvolles Werkzeug für die Erforschung menschlicher Immunzellen und deren medizinische Anwendungen.

MHH

Originalpublikation:

Saleh, F., Valdivia Malqui, E.E., Gensch, I. et al. Harnessing intermediate-scale bioreactors for next-generation macrophage production and application. Nat Protoc (2026). doi.org/10.1038/s41596-025-01313-x

Ein mütterliches Geschenk: Plastiden-Strukturen unterstützen die Entwicklung und Ausbreitung von Seeigeln

Fri, 24 Apr 2026 11:41:30 +0200

Das weitverbreitete Vorkommen potenziell photosynthetischer Mikroorganismen im Meer, die mit den Eiern von Meerestieren in Verbindung stehen, ließ Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vermuten, dass diese möglicherweise deren Entwicklung beeinflussen könnten. Daher untersuchten sie, ob auch Larven des Seeigels Arbacia lixula eine symbiotische Beziehung mit photosynthetischen Cyanobakterien eingehen. Mithilfe von Mikrobiomsequenzierung und mikroskopischen Analysen entdeckten sie stattdessen eine unerwartete, bisher unbekannte Form der zwischenartlichen Interaktion: Sie konnten erstmals nachweisen, dass Seeigel-Eier bestimmte Bestandteile sogenannter Chromoplasten - Zellorganellen oder Plastiden, die in Pflanzen und Algen vorkommen und von Chloroplasten abstammen - in ihre Eizellen integrieren können. Die Forschenden konnten zudem experimentell belegen, dass die auf diese Weise gewonnenen, aus Chromoplasten stammenden Carotinoid-Kristalle die Larven überlebensfähiger machten und somit zu ihrer weiten geografischen Verbreitung im Atlantik beitragen könnten. Die neuen Erkenntnisse veröffentlichte das gemeinsame Forschungsteam von CAU und GEOMAR gestern zusammen mit internationalen Kolleginnen und Kollegen der Universität La Laguna auf den Kanarischen Inseln und der University of California San Diego in der Fachzeitschrift PLoS Biology.

Plastiden-DNA erstmals in den Keimzellen eines Tieres nachgewiesen

Das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Tyler Carrier, der heute an der University of North Carolina in Charlotte forscht und zuvor als Postdoktorand bei Professorin Ute Hentschel-Humeida am GEOMAR sowie als Mitglied des SFB 1182 in Kiel tätig war, konzentrierte sich zunächst auf den möglichen Einfluss einzelliger Cyanobakterien auf die Entwicklung von Seeigeln. „Wir haben uns anfangs gefragt, ob diese Mikroorganismen durch ihre Fähigkeit zur Photosynthese die Larvenentwicklung unterstützen könnten“, so Carrier. Eine Analyse der Erbinformationen der Seeigel-Eier wies tatsächlich auf das Vorhandensein von vermeintlich fremder, von Cyanobakterien stammender DNA hin. „Tatsächlich haben wir jedoch Gene von photosynthetischen Eukaryoten nachgewiesen. Genauer gesagt stammten die Sequenzen von Plastiden, den Zellorganellen photosynthetischer Eukaryoten. Die meisten davon haben ihren Ursprung in mikroskopisch kleinen Kieselalgen“, so Carrier weiter.

Diese Beobachtung warf die Frage auf, wie diese Gene in die Eizellen der Seeigel gelangt waren und ob möglicherweise ein vollständiges Zellorganell übertragen worden war. „Dieses ‚Entwenden‘ eines Organells von anderen, nicht-verwandten Lebewesen ist bei Tieren unglaublich selten. In den wenigen bekannten Fällen wird es jedoch niemals an die Nachkommen weitergegeben“, betont Carrier. Bei ihren von Professor Marc Bramkamp und Dr. Urska Repnik von der Zentralen Mikroskopie der CAU unterstützten mikroskopischen Untersuchungen fand das Forschungsteam jedoch keine Chloroplasten. Stattdessen entdeckten sie autofluoreszierende Partikel und eine ausgeprägte Kristallstruktur. „Wir fanden auf zellulärer Ebene große kristalline Strukturen, die am ehesten mit Carotinoid-Kristallen aus Chromoplasten übereinstimmen, einem zellulären Verwandten der Chloroplasten“, so Carrier. Bei Pflanzen bilden sich beispielsweise dieselben kristallinen Strukturen, wenn sich die Blätter im Herbst von orange zu rot verfärben. Daher vermuteten die Forschenden, dass diese Kristalle auch in den Seeigel-Eiern eine lichtabhängige Funktion haben könnten.

Mit dieser Beobachtung stießen sie auf ein absolutes Novum im Tierreich: den ersten Fall, in dem ein Bestandteil eines fremden eukaryotischen Organells in einer tierischen Fortpflanzungszelle, der Keimbahn, vorkam. „Bislang ist kein anderer Fall bekannt, in dem ein Plastiden-Bestandteil in die Keimzellen eines Tieres integriert wurde. Das deutet darauf hin, dass wir auf ein einzigartiges Phänomen gestoßen sind. Wir wollten nun herausfinden, ob dieses ungewöhnliche ‚mütterliche Geschenk‘ die Leistungsfähigkeit der Seeigel-Larven beeinflusst“, betont Carrier.

Seeigel-Larven nutzen eine neuartige Strategie, um ihre Fitness zu steigern

Um diesen bislang unbekannten Einfluss von aus Plastiden stammenden Carotinoid-Kristallen auf die Entwicklung und Fitness der Seeigel zu untersuchen, führten die Forschenden anschließend verschiedene funktionelle Experimente durch. Da sie von einem lichtabhängigen Effekt ausgingen, verglichen sie das Wachstum und die Entwicklung der Larven unter Licht- und Dunkelbedingungen. „Dabei zeigte sich, dass sich die Larven viel schneller entwickeln und eine um 50 Prozent höhere Überlebensrate aufweisen, wenn sie von diesen aus Plastiden stammenden Carotinoid-Kristallen profitieren. Die lichtabhängige Aktivität steht nicht im Zusammenhang mit der photosynthetischen Energieproduktion, scheint aber einen Einfluss auf den Stoffwechsel der Larven auszuüben“, sagt Carrier.

Im nächsten Schritt untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, ob es sie einen Stoffwechseleffekt nachweisen konnten, der diesen Fitnessvorteil erklärt. Dabei fielen zwei Aspekte besonders auf: Erstens veränderte die Aktivität der Carotinoid-Kristalle den Fettstoffwechsel der Tiere drastisch. „Ohne die Aktivität der aus Plastiden stammenden Struktur verlieren die Larven die Fähigkeit, ihre energiereichen Lipide zu verwerten. In der Folge müssen sie stattdessen auf strukturelle Lipide zurückgreifen“, erklärt Carrier. Zweitens wurden erhöhte Mengen an Phytohormonen produziert, so dass die Forschenden einen Zusammenhang zwischen diesen beiden Faktoren vermuteten. „Wir haben festgestellt, dass Carotinoid-abgeleitete Phytohormone bei Larven unter Lichtbedingungen häufiger vorkamen. Das Interessante daran ist, dass diese Phytohormone bekanntermaßen sowohl den Fettstoffwechsel regulieren als auch die Entwicklung fördern. Wir gehen daher davon aus, dass diese aus Plastiden stammenden Carotinoid-Kristalle in den Vorläufern dieser Phytohormone konzentriert sind und von den Larven in Komponenten umgewandelt werden, die ihre Entwicklung und ihr Überleben fördern“, fasst Carrier zusammen.

Das Vorhandensein einer aus Plastiden stammenden Struktur in den Nachkommen führt somit zu einer erhöhten Fitness. Diese steigert wiederum ihr Potenzial zur geografischen Verbreitung mithilfe der Meeresströmungen - möglicherweise über den gesamten Atlantik hinweg. Dies wäre ein neuer Erklärungsansatz für die bemerkenswerte Fähigkeit der Seeigel-Larven zu einer derart weiten Wanderung. „Unsere Studie beschreibt den ersten beobachteten Fall, in dem Bestandteile eines eukaryotischen Plastids in den Keimzellen eines Tieres vorhanden sind und dessen Entwicklung beeinflussen. Wir interpretieren diese bisher unbekannte Strategie als eine Symbiose-ähnliche Interaktion, die das Überleben und die Fitness einer Tierart fördert und damit möglicherweise ihre Fähigkeit zur geografischen Verbreitung verbessert“, fasst Hentschel Humeida, die Letztautorin der Studie, die Bedeutung der Studie zusammen, die an der Schnittstelle von Lebens- und Meereswissenschaften in den CAU-Forschungsschwerpunkten Kiel Life Science (KLS) und Kiel Marine Science (KMS) entstanden ist.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel und GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Originalpublikation:

Tyler J. Carrier, Andrés Rufino-Navarro, Thorben Knoop, Urska Repnik, Andrés Mauricio Caraballo-Rodríguez, David M. Needham, Corinna Bang, Sören Franzenburg, Marc Bramkamp, Willi Rath, Arne Biastoch, José Carlos Hernández, and Ute Hentschel (2026): Sea urchin eggs contain a plastid-derived structure that contributes to their development. PLoS Biology First published: 23 April 2026
https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3003705

Riesenfischsaurier aus Nordbayern schwamm verletzt durchs Jurameer

Fri, 24 Apr 2026 09:15:16 +0200

Die Tongrube Mistelgau nahe Bayreuth ist bekannt für ihre gut erhaltenen Meeresfossilien, insbesondere für ihren Reichtum an Fischsauriern (Ichthyosaurier). Die großen Meeresreptilien ähnelten in ihrer Gestalt heutigen Delfinen und lebten weltweit zur Zeit des frühen Jura vor rund 180 Millionen Jahren. Der jetzt untersuchte Fischsaurier aus Mistelgau gehört zur Gattung Temnodontosaurus. Erhalten sind mehrere Teile seines Skeletts: Fragmente des Schädels und Unterkiefers, der Schultergürtel, Vorderflossen, die Wirbelsäule sowie über 100 Zähne. Die außergewöhnliche dreidimensionale Erhaltung erlaubt den Forschenden detaillierte Einblicke in bislang nur selten überlieferte anatomische Strukturen, etwa im Bereich des Gaumens, der Augen und der Flossen. Vergleiche zeigen deutliche Ähnlichkeiten, aber auch Unterschiede zur Art Temnodontosaurus trigonodon – Tiere dieser Art gehören zu den größten bekannten Fischsauriern überhaupt. Basierend auf seiner Schädellänge von 1,5 Metern dürfte das Tier etwa 6,6 Meter lang gewesen sein.

„Unser Temnodontosaurus-Fossil gehört zu den jüngsten Funden dieser Fischsauriergattung überhaupt. Bisher kennen wir deren Vertreter hauptsächlich aus älteren Fundschichten, wie dem Posidonienschiefer von Holzmaden. Der Fund aus Mistelgau zeigt nun, dass diese großen Meeresreptilien im südwestdeutschen Meersebecken länger überlebt haben als bisher dokumentiert“, sagt SNSB Paläontologin Dr. Ulrike Albert, Autorin der Studie. Albert forscht am Urwelt-Museum Oberfranken in Bayreuth, einem von zehn Museen der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns. Das Team des Urwelt-Museums Oberfranken führt seit 1998 regelmäßige Ausgrabungen in Mistelgau durch. Die dort geborgenen Fossilien werden im Urwelt-Museum präpariert und anschließend wissenschaftlich untersucht.

Besonders auffällig sind mehrere, vermutlich verletzungsbedingte Veränderungen des Skeletts, unter anderem am Schultergelenk und Kiefergelenk des Reptils. „Die Verletzungen dürften das Tier beim Beutefang deutlich eingeschränkt haben“, erklärt Stefan Eggmaier, Präparator am Urwelt-Museum und ebenfalls Autor der Studie. „Dass es dennoch überlebt hat, zeigen unter anderem seine stark abgenutzten Zähne und Magensteine, die wir im Bauchraum nachweisen konnten.“ Magensteine sind bei Ichthyosauriern wie Temnodontosaurus extrem selten. Möglicherweise musste das Tier seine Nahrung umstellen, um die Verletzungen zu überleben, vermutet Eggmaier.

Die aktuellen Ergebnisse sind Teil laufender Forschungen zur Ökologie des Jurameeres in Oberfranken. Geplant sind Analysen an Zähnen und Knochenstrukturen, mit dem Ziel, die Ökologie der Lebensräume dieser Tiere besser zu verstehen.

Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns

Originalpublikation:

Eggmaier SA, Albert UEG (2026) A partial skeleton of Temnodontosaurus cf. trigonodon in three-dimensional bone preservation from the upper Toarcian of Mistelgau, Germany. Zitteliana 100: 39-80. https://doi.org/10.3897/zitteliana.100.172724

Vielversprechendes Zellmodell für die Demenzforschung

Fri, 24 Apr 2026 08:58:29 +0200

Neurodegenerative Demenzerkrankungen stellen eine der größten Herausforderungen einer alternden Gesellschaft dar. Besonders häufig treten Erkrankungen wie Alzheimer oder die Frontotemporale Demenz auf, die durch krankhafte Ablagerungen des Tau-Proteins im Gehirn gekennzeichnet sind. Diese sogenannten Tauopathien sind bislang nicht heilbar – auch, weil geeignete Modelle zur Erforschung der Krankheitsmechanismen fehlen.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Professor Dominik Paquet vom Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung der LMU München hat nun einen entscheidenden Fortschritt erzielt: Erstmals gelang es, ein menschliches Zellmodell zu entwickeln, das die krankhaften Prozesse realistisch nachbildet.

Grenzen bisheriger Modelle

Bisherige Ansätze hatten erhebliche Einschränkungen. Tiermodelle spiegeln die komplexen Vorgänge im menschlichen Gehirn nur unzureichend wider, während aus Stammzellen gewonnene Nervenzellen vor allem frühe, für ein junges Gehirn typische Formen des Tau-Proteins produzieren. Die für Erkrankungen entscheidenden Varianten, die typischerweise erst in erwachsenen Nervenzellen vorkommen, fehlten bislang.

Genau hier setzt die neue Studie an. Mithilfe der Genschere CRISPR/Cas9 veränderte die Erstautorin Dr. Angelika Dannert menschliche Nervenzellen gezielt so, dass sie sowohl die erwachsene Tau-Form als auch krankheitsrelevante Mutationen aufweisen.

Anders als frühere Modelle bildeten diese Zellen eigenständig die für Alzheimer und andere Tauopathien typischen Krankheitsmerkmale, darunter Tau-Verklumpungen, die den Ablagerungen im Gehirn von Betroffenen, den sogenannten tangles, stark ähneln, sowie Anzeichen von Nervenzellschäden wie den Verlust von Synapsen.

Neue Perspektiven für Therapie und Grundlagenforschung

Die Forscher konnten zudem zeigen, dass ihr neues Modell bereits konkrete Perspektiven für die Medikamentenentwicklung eröffnet: „Ein Wirkstoff, der derzeit in einer klinischen Studie getestet wird, reduzierte die Tau-Pathologie deutlich“, erklärt Dannert. „Und auch einen sogenannten bildgebenden Biomarker zur Diagnose von bestimmten Tauopathien konnten wir erfolgreich testen.“

Auch aus wissenschaftlicher Perspektive stellt das Modell einen wichtigen Fortschritt dar, da es erstmals erlaubt, krankhafte Tau-Strukturen unter realistischen Bedingungen zu untersuchen. „Mit unserer Arbeit schließt sich eine wichtige Lücke zwischen Tierversuchen und der menschlichen Erkrankung, und unser Modell liefert eine neue Plattform, auf der dringend benötigte Therapien gegen Demenz entwickelt und getestet werden können“, fasst Paquet zusammen.

Die Forschenden sehen in ihrem Ansatz daher sowohl ein neues Werkzeug für die Grundlagenforschung als auch eine vielversprechende Grundlage, um zukünftige Therapien gezielter und effizienter zu entwickeln.

LMU München

Originalpublikation:

A. Dannert et al.: A human iPSC model of tauopathies engineered for 4R tau isoform expression endogenously develops late-stage neuronal tau pathology. Science Translational Medicine 2026, DOI: 10.1126/scitranslmed.adu9845

Wo räuberische Mikroalgen ein Erfolgsmodell sind

Thu, 23 Apr 2026 12:16:24 +0200

Der Amazonas transportiert enorme Mengen Süßwasser in den tropischen Atlantik – rund 50 % des gesamten Süßwassereintrags in diese Ozeanregion und bis zu 20 % weltweit. Daraus entsteht eine gewaltige Flussfahne, die sich über Hunderte Kilometer ausbreitet und sich mit der Zeit und zunehmender Entfernung vom Flussdelta verändert. So bildet sich ein Mosaik aus Lebensräumen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Bedingungen.

Grundlage des Nahrungsnetzes in diesem dynamischen System sind die mikroskopischen Organismen des Planktons. Ursprünglich unterschied man pflanzenähnliches Phytoplankton (Mikroalgen), das Photosynthese betreibt, und tierisches Zooplankton, das andere Lebewesen frisst. Mittlerweile weiß man, dass manche Mikroalgen nicht in dieses Schema passen: Sie betreiben Photosynthese, nehmen aber zusätzlich organische Substanz auf und ernähren sich mitunter sogar räuberisch von anderen Mikroorganismen. Damit verwischt die klassische Grenze zwischen Produzenten und Konsumenten. Die jetzt vorgelegte Feldstudie macht deutlich, dass diese hybride Ernährungsweise – die sogenannte Mixotrophie – kein Randphänomen, sondern ein zentraler ökologischer Mechanismus ist.

Wie verborgene Ernährungsstrategien im Plankton sichtbar werden

Die Ernährungsweisen in gemischten Planktongemeinschaften zu unterscheiden, gehört zu den großen Herausforderungen der Meeresforschung. Ein entscheidender Fortschritt ist hierbei die Analyse stabiler Stickstoffisotope in Aminosäuren aus gefilterten Planktonproben. Je nach vorherrschender Ernährungsweise entstehen charakteristische Isotopenmuster, aus denen sich die trophische Position der Organismen im Nahrungsnetz bestimmen lässt. In der jetzt in Communications Biology veröffentlichten Studie kombinierten die Forschenden unter Leitung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) diesen Ansatz mit Analysen der Umweltbedingungen und der Planktongemeinschaft, etwa anhand von Pigmentdaten und mikroskopischen Beobachtungen.

„Durch diese Methoden-Kombination können wir mixotrophe Aktivitäten jetzt direkt im natürlichen System nachweisen – etwas, das bisher vor allem unter kontrollierten Labor- und nicht unter Feldbedingungen möglich war“, erklärt Ana Fernández-Carrera vom Institut für Ozeanographie und Globalen Wandel der Universidad de Las Palmas de Gran Canaria. Die Erstautorin der Studie nahm an zwei Forschungsexpeditionen – 2018 und 2021 – teil, um die Nahrungsnetze in der Amazonas-Flussfahne zu untersuchen. Damals Wissenschaftlerin am IOW, analysierte sie insgesamt 46 Planktonproben von 29 Stationen entlang der Flussfahne. Ergänzend erfassten die Expeditionsteams zentrale Umweltparameter wie Nährstoffkonzentrationen, Phytoplanktonpigmente, Sauerstoffgehalte und die Struktur der Wassersäule, um die Veränderungen entlang der Flussfahne zu charakterisieren.

Unter dynamischen Bedingungen zahlt sich Mixotrophie aus

Entlang des Alterungsgradienten der Amazonas-Flussfahne identifizierten Fernández-Carrera und ihr Team ein klares Muster in den Ernährungsstrategien des Planktons. In Wassermassen nahe der Flussmündung lagen die Werte für die trophische Position bei etwa 1,0 – ein Hinweis auf Dominanz von rein photosynthetischen Organismen. Mit zunehmendem Alter der Flussfahne – nach 27 Tagen – erhöhten sich diese Werte auf rund 1,5. Das zeigt, dass mixotrophe Ernährung zunimmt, je weiter die Flussfahne ins Meer vordringt, ohne dass jedoch Werte von 2,0 und mehr erreicht werden, was für eine überwiegend heterotrophe Ernährung durch Futteraufnahme typisch wäre.

Diese Verschiebung der Ernährungsweise hin zur Mixotrophie geht mit deutlichen Veränderungen der Umweltbedingungen einher. Mit zunehmender Entfernung von der Flussmündung nehmen die Nährstoffkonzentrationen ab: Nitrat beispielsweise sinkt von erhöhten Werten in der jungen Flussfahne auf etwa 2 µM auf dem Kontinentalschelf und nimmt in Richtung offene See noch weiter ab. Gleichzeitig gehen die Chlorophyllkonzentrationen von über 0,5 µg L⁻¹ auf etwa 0,17 µg L⁻¹ zurück. Auch die Struktur der Wassersäule verändert sich, mit zunehmend mächtigen durchmischten Oberflächenschichten, während die Sauerstoffkonzentrationen leicht unter Sättigung liegen.

Bei zunehmender Nährstoffarmut und unter physikalisch heterogenen Bedingungen, die sich aus dem Zusammenspiel von Durchmischung, Sauerstoffverfügbarkeit und biologischer Produktion ergeben, haben also diejenigen Organismen einen klaren Konkurrenzvorteil, die verschiedene Ernährungsweisen kombinieren; sie setzen sich sowohl gegenüber strikt autotrophen als auch strikt heterotrophe Organismen durch. „Dieses klare Muster zeigt, dass Mixotrophie kein Ausnahmefall ist, sondern unter bestimmten Umweltbedingungen eine dominante und äußerst effiziente Strategie sein kann“, erklärt Natalie Loick-Wilde, Korrespondenz-Autorin der Studie. Sie war an beiden Amazonas-Expeditionen als leitende Wissenschaftlerin beteiligt und forscht am IOW seit vielen Jahren zu marinen Plankton-Nahrungsnetzen.

Warum Mixotrophie für Klima und Ökosystemmanagement wichtig ist

Die Bedeutung dieser Ergebnisse reicht weit über die Amazonasregion hinaus. Denn sie stellen die klassische Vorstellung mariner Nahrungsnetze mit einfacher Trennung zwischen Produzenten und Konsumenten infrage und zeigen stattdessen ein Kontinuum von Ernährungsstrategien. „Mixotrophie ist weit verbreitet und funktional wichtig. Um marine Ökosysteme realistisch abbilden zu können, muss sie angemessen in Modellen berücksichtigt werden“, betont Ana Fernández-Carrera.

Zudem legt die Studie nahe, dass mixotrophe Organismen generell eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf des Ozeans spielen. „Mixotrophe Aktivität fördert vermutlich die Produktion und Anreicherung von kohlenstoffreichem, schwer abbaubarem organischem Material und trägt so zur langfristigen Speicherung von Kohlenstoff im Ozean bei“, erklärt Natalie Loick-Wilde mit Blick auf den Befund früherer Studien, die den äußeren Bereich der Amazonas-Flussfahne, in dem Mixotrophie dominiert, als bedeutende Senke für atmosphärisches Kohlendioxid identifizierten.

Beide Forscherinnen sind sich einig: Um marine Regionen, in denen zentrale Ökosystemprozesse besonders aktiv sind, besser zu verstehen, kommt es darauf an zu erkennen, wann, wo und warum Mixotrophie dominiert. Solche Gebiete können für den Kohlenstoffkreislauf, die Nährstoffdynamik und den Energiefluss im marinen Nahrungsnetz überdurchschnittlich wichtig sein. „Ein besseres Verständnis dieser trophischen Muster kann dazu beitragen, Ozean- und Klimamodelle zu verbessern und auch das Management mariner Ökosysteme wirksamer zu gestalten – etwa durch den Schutz produktiver Regionen mit besonderer Bedeutung für Fischerei und Biodiversität. Dafür müssen künftige Studien vor allem die Methoden zur präzisen Erfassung mixotropher Isotopensignaturen weiterentwickeln und entsprechende Untersuchungen auf andere Meeresregionen ausweiten“, so die beiden Planktonforscherinnen abschließend.

Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde

Originalpublikation:

Fernández-Carrera, A., Choisnard, N., Wodarg, D. et al. Mixotrophy emerges as an optimal strategy in mature waters of the Amazon River plume. Commun Biol 9, 434 (2026). doi.org/10.1038/s42003-026-09893-4

Wann brüllt der Löwe? Das können Sendehalsbänder dank Maschinellem Lernen auch ohne Mikrofon erkennen

Thu, 23 Apr 2026 12:11:14 +0200

Erstmals funktioniert ein solcher Algorithmus zuverlässig sowohl bei männlichen als auch bei weiblichen Löwen und sogar, wenn das Brüllen mit einem anderen Verhalten wie Laufen kombiniert ist. Er wurde entwickelt von Forschenden der GAIA-Initiative am Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW).

Löwen leben in sozialen Gruppen (Rudeln) mit engen Bindungen und einem komplexen Kommunikationssystem aus visuellen, chemischen, physischen und akustischen Signalen. Sie nutzen diese Signale unter anderem, um ihre Bewegungen zu koordinieren und Konflikte zu vermeiden. Die einzige Möglichkeit für Löwen, sich über große Entfernungen zu verständigen, ist das Brüllen. Da die Mitglieder eines Rudels oft über große Entfernungen verstreut sind, kommt dem Brüllen eine zentrale Rolle bei der Kommunikation innerhalb des Rudels zu. Zwar wurden die akustischen Details der Brülllaute bereits gründlich dokumentiert und analysiert, das Brüllverhalten und die Funktionen des Brüllens innerhalb der artspezifischen Kommunikation ist jedoch nur lückenhaft erforscht. „Es ist bekannt, dass männliche Löwen nicht brüllen, um bei weiblichen Löwen Eindruck zu machen, und es wird vermutet – noch ohne wissenschaftlichen Beleg – dass Löwen brüllen, um ihr Revier zu behaupten“, sagt Dr. Ortwin Aschenborn, Wildtierarzt und Wissenschaftler in der GAIA-Initiative am Leibniz-IZW. „Die Langstreckenkommunikation weiblicher Löwen ist sogar noch völlig unerforscht.“

Für diese Art von Forschung sind klassische Tonaufnahme-Techniken nicht praktikabel: Handmikrofone können nur punktuell aus der Entfernung einzelne Löwen-Vokalisationen aufnehmen. Tonaufnahme-Geräte an den Tieren, etwa mit Halsbändern kombinierte „Audiologger“, benötigen viel Energie und Speicherplatz – und nehmen große Datenmengen auf, die für diese konkreten Forschungsfragen nicht benötigt werden. Um das Brüllen gemeinsam mit dem räumlichen Bewegungsmuster und damit dem Sozialverhalten zu analysieren, ist es notwendig, über lange Zeiträume zu erfassen, wann und wo ein Löwe (oder eine Löwin) brüllt. Diese Information kann durch die Analyse von sogenannten Beschleunigungsdaten (ACC) von Halsbändern abgeleitet werden. ACC-Daten zeichnen in schneller Folge und über lange Zeiträume kleinste Bewegungen in drei Dimensionen auf, was es ermöglicht, eine Vielzahl von Verhaltensweisen zu identifizieren. Dabei ist Künstliche Intelligenz eine unverzichtbare Hilfe: „Machine Learning“-Algorithmen können darauf trainiert werden, bestimmte Signaturen in den Beschleunigungsdaten zu identifizieren und einem bestimmten Verhalten zuzuordnen. Bewegungsformen wie Laufen, Fliegen oder Schwimmen können so für viele Tierarten bereits sehr zuverlässig erkannt und damit wissenschaftlich erforscht werden, beispielsweise gemeinsam mit der zeitgleich erfassten GPS-Position der Tiere. Die Klassifikation von Vokalisationen aus Beschleunigungsdaten wird jedoch noch selten angewandt, da sie mit hohen methodischen Herausforderungen verbunden ist.

„Fully convolutional neural network“ kann Löwenbrüllen klassifizieren, auch wenn es mit anderem Verhalten wie Laufen zugleich auftritt

Im Gegensatz zum Laufen oder Fliegen sind Bewegungsmuster bei Vokalisationen nur mit subtilen, kleinteiligen Bewegungsmustern verknüpft, die oft nur einen Teil des Tierkörpers betreffen. Obwohl Löwenbrüllen sehr laut ist (es kann aus bis zu acht Kilometern Entfernung gehört werden), ist das davon ausgelöste ACC-Signal relativ schwach. Darüber hinaus kann sich die Lautäußerung auch mit anderen Verhaltensmustern mischen, etwa wenn sich ein Löwe – was regelmäßig vorkommt – beim Brüllen fortbewegt und die Sensoren einen Mix aus unterschiedlichen Verhaltensmustern abbilden. „Bisherige Modelle zur Klassifikation von Löwenbrüllen aus Beschleunigungsdaten wurden ausschließlich an männlichen Löwen trainiert, die sich nicht anderweitig bewegt haben“, erklärt Wanja Rast, Wildtier-KI-Spezialist in der GAIA-Initiative und Doktorand am Leibniz-IZW. „Unsere Neuentwicklung kann mehr: Wir haben ein sogenanntes ‚U-Net‘ trainiert, das Brüllen sowohl von männlichen als auch von weiblichen Löwen detektieren kann – sowohl in Bewegung als auch wenn sie sich nicht bewegen.“

Ein „U-Net“ ist eine Variante eines „convolutional neural networks“ (CNN), einer Methode des Maschinellen Lernens, die vorrangig bei Bild- und Audiodateien Anwendung findet. Die Daten werden dabei auf Ebenen angeordnet, die durch Faltungen (convolutions) verarbeitet werden und aus einem Eingabewert einen Ausgabewert (im Fall der Löwenstudie „Brüllen“ oder „Nicht-Brüllen“) erzeugen. Das Modell wurde anhand von Referenzdaten von sieben besenderten Löwen im Etosha-Nationalpark trainiert, die über einen Zeitraum von mehreren Monaten sowohl einen GPS-Sender mit Beschleunigungssensoren als auch einen Audiologger trugen. Insgesamt haben die Forschenden 1333 Brüllereignisse aufgenommen. Beschleunigungs- und Audiodaten wurden synchronisiert, sodass die Brüll-Signale im ACC-Datenstrom identifiziert werden konnten. Nach dem Training konnte das „U-Net“ diese Klassifikation selbstständig und mit einer Trefferquote von 90 bis 96 Prozent nur auf Basis von Beschleunigungsdaten vornehmen – nur wenige der tatsächlichen Brüller hat die KI „überhört“ (falsch-negativ). Umgekehrt waren circa 81% der angezeigten Brüller auch tatsächlich welche, in knapp 20 Prozent lag die KI dabei falsch (falsch-positiv). Beide Werte gelten gleichermaßen für männlich wie weibliche Löwen. „Brüllen beim Laufen wurde im Schnitt etwas weniger zuverlässig klassifiziert, jedoch konnten nachfolgende Filterschritte die Detektion auf ein vergleichbares Maß wie beim Brüllen ohne Laufen steigern“, so Rast.

Halsbandsender mit ACC-Sensoren können – für spezielle Anwendungsfälle – Audiologger bei Löwen ersetzen und neue Forschungsarbeiten möglich machen

Die Forschenden der GAIA-Initiative am Leibniz-IZW sind überzeugt, dass es für einige Forschungsfragen möglich und sinnvoll ist, auf die KI-gestützte Klassifikation der Beschleunigungsdaten zu setzen, um Tierverhalten im Zusammenhang mit Vokalisationen zu erforschen. „Im Gegensatz zu Audiologgern, die tatsächliche Tonaufnahmen speichern, ist die Speicherung von Beschleunigungsdaten mit weniger Energie und Speicherplatz über längere Zeiträume möglich“, so Dr. Jörg Melzheimer, Wissenschaftler in der GAIA-Initiative am Leibniz-IZW. Abgelegt wird jedoch nicht der tatsächliche Laut – Brüllen, Grunzen oder Heulen – sondern nur der Umstand, wann und (in Kombination mit der GPS-Signatur) wo dieser geäußert wurde. „Zusätzlich kann eine gut trainierte Klassifikation für Beschleunigungsdaten auch auf Altdatenbestände angewendet werden, es könnten also Daten für Studien zum Vokalisationsverhalten erschlossen werden, die gar nicht mit diesem Forschungsthema im Kopf erstellt wurden“, so Melzheimer. „Gleichzeitig muss eingeschränkt werden, dass dieses Verfahren nur dann funktioniert, wenn ein KI- bzw. Machine-Learning-Algorithmus erfolgreich trainiert werden kann“. Dies ist dem Team der GAIA-Initiative für das Löwenbrüllen gelungen – es ist jedoch möglich, dass Versuche bei anderen Arten weniger oder gar nicht erfolgreich sind, denn nicht jede Vokalisation ist mit charakteristischen oder ausreichend ausgeprägten ACC-Signalen verbunden.

Auf Grundlage dieses Machine-Learning-Ansatzes will das GAIA-Team das Brüllverhalten von Löwen als Schlüssel zur innerartlichen Kommunikation weiter erforschen. Zudem planen die Forschenden, ein Konzept für einen „akustischen Zaun“ für die Grenzen von Schutzgebieten zu entwickeln, in welchem strategisch platzierte Sensoren und Lautsprecher in der Landschaft sich in entscheidenden Momenten in die Löwenkommunikation einklinken. Auf diese Weise sollen die Löwen in diesen Schutzgebieten gehalten und Kontakte sowie Konflikte mit Menschen reduziert werden.

Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung

Originalpublikation:

Rast W, Götz T, Cloete C, Berger An, Chamaillé-Jammes S, Krofel M, Portas R, Aschenborn OHK, Melzheimer J (2026): Did U hear that? Working with mixed behaviours when classifying animal behaviour from acceleration data using a U-Net. 2026, 103761. https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2026.103761

Wie Papayas dem Kakaoanbau nützen

Thu, 23 Apr 2026 12:01:50 +0200

Der Kakao-Anbau in sogenannten Agroforstsystemen ist im peruanischen Amazonas-Regenwald weit verbreitet. Dort stehen Kakaopflanzen zusammen mit anderen Bäumen auf derselben Fläche. Das Problem: Blattschneiderameisen bauen dort ebenfalls gerne ihre Nester. Kakao-Bauern betrachten die Insekten oft als Schädlinge, weil sie Blätter, Blüten und Früchte abschneiden und damit den Ernteertrag verringern können. Häufig versuchen die Bauern deshalb, die Ameisen mit Pestiziden unter Kontrolle zu bringen.

Welche Auswirkungen die Ansiedlung von Blattschneiderameisen im Kakao-Anbau im Regenwald hat und wie am besten darauf zu reagieren ist, hat jetzt ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) untersucht. Das zentrale Ergebnis: Ameisen sind nicht notwendigerweise schädlich; sie können dem Agroforstsystem sogar nützen. Darüber hinaus lassen sich die von ihnen verursachten Schäden mit einfachen Mitteln verringern, die sich zudem positiv auf die Biodiversität auswirken.

Im Spannungsfeld zwischen Schäden und Nutzen

Verantwortlich für diese Studie war Blanca Iváñez Ballesteros, Postdoc am Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie - Zoologie III der JMU. Die Ergebnisse sind Teil ihrer Dissertation in dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanzierten Projekt „EcoCacao“, das von Professor Ingolf Stefan-Dewenter gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Göttingen, Wien und Lima geleitet wird. In der neuesten Ausgabe des Journal of Applied Ecology sind die Ergebnisse veröffentlicht.

„Blattschneiderameisen sind nicht nur Schädlinge. Als ‚Ökosystem-Ingenieure‘ verändern sie die Bodenstruktur und Nährstoffdynamik ihrer Umgebung stark. Für eine nachhaltige Landwirtschaft ist es daher entscheidend, das Verhältnis zwischen den Schäden und den ökologischen Dienstleistungen der Ameisen zu verstehen“, schildert die Wissenschaftlerin den Hintergrund ihrer Arbeit.

Die zentralen Ergebnisse der Studie lassen sich in fünf Punkten zusammenfassen:

• Wo bauen die Ameisen ihre Nester? Blanca Iváñez Ballesteros fand heraus, dass es mehr Ameisennester gibt, wenn das Blätterdach über dem Kakao dichter ist. Dies bietet den Ameisen wahrscheinlich einen geeigneten Lebensraum mit zusätzlichen Ressourcen.

• Wie groß ist der Schaden am Kakao wirklich? Bäume, die direkt neben einem Nest stehen, können bis zu 90 Prozent ihrer Blätter verlieren. Doch die Auswirkungen nehmen mit zunehmender Entfernung schnell ab: Bereits in 15 Metern Entfernung sinkt der Fraßschaden auf unter 10 Prozent. Insgesamt ist der Gesamtschaden über die gesamte Plantage hinweg also oft geringer, als man denken würde.

• Ameisen haben ein „Lieblingsessen“: In Experimenten stellte die Forscherin fest, dass die Ameisen eine klare Rangliste haben. Sie bevorzugen Papaya, Orangen und den einheimischen Holzbaum Capirona gegenüber Kakao. Unterschiede in der Blattchemie, darunter Verbindungen wie Koffein in Kakaoblättern, könnten dieses Muster erklären.

• Die Rolle des Waldes: Befindet sich die Plantage in einer Landschaft, in der noch viel Wald vorhanden ist (ca. 80 Prozent Baumbedeckung), ist der Schaden am Kakao deutlich geringer. Der Grund dafür könnte sein, dass es im Wald mehr natürliche Feinde für die Blattschneiderameisen gibt, die deren Aktivität eindämmen.

• Ameisen als „Ingenieure“: Blattschneiderameisen verändern den Boden durch ihre riesigen Tunnel und Abfallhaufen. Überraschenderweise stellte die Studie fest, dass der Nährstoffgehalt im Oberboden in der Nähe der Nesteingänge geringer ist. Dies deutet darauf hin, dass sich Nährstoffe tiefer im Boden ansammeln können, was zu kleinräumigen Unterschieden in den Bodenbedingungen rund um die Nester führt.

Insgesamt plädiert die Studie für eine biodiversitätsfreundliche Bewirtschaftung, die sowohl die lokale Baumvielfalt als auch den Erhalt angrenzender Wälder nutzt, um produktive und resiliente Anbausysteme zu schaffen. Und für die Landwirtschaft lautet das Fazit: Anstatt Ameisennester mit Gift zu bekämpfen, sollten Bauern auf eine schlaue Mischung der Bäume setzen. Wenn sie Bäume wie Papaya als „Ablenkung“ anbauen und den Wald in der Umgebung schützen, können sie gut Kakao produzieren und gleichzeitig die Artenvielfalt erhalten.

Universität Würzburg

Originalpublikation:

Ivañez-Ballesteros, B., Opolka, M., Aycart-Lazo, P., Ocampo-Ariza, C., Maas, B., Thomas, E., Tscharntke, T., Peters, M. K., & Steffan-Dewenter, I. (2026). Local canopy cover, shade tree identity and landscape tree cover shape leaf-cutter ant nest density and herbivory in cacao agroforestry systems. Journal of Applied Ecology, 63, e70359. https://doi.org/10.1111/1365-2664.70359

Aus vier mach zwei: Wie verdoppelte Genome wieder diploid werden

Thu, 23 Apr 2026 11:21:34 +0200

Ein Chromosom von der Mutter, ein Chromosom vom Vater: Für uns Menschen und die allermeisten Tierarten ist es der Standard, einen doppelten Chromosomensatz zu haben. Man nennt diesen Zustand „diploid“, jedes Chromosom ist in jeder Zelle zweimal vorhanden. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es kann vorkommen, dass Organismen mehr als zwei vollständige Chromosomensätze ausbilden, typischerweise durch die Verdopplung des kompletten Erbguts (durch sogenannte Autopolyploidisierung der Hybridisierung innerhalb einer Art). Selten sind Fälle von vierfachen, sechsfachen, ja sogar zwanzigfachen Chromosomensätzen, wie sie in der aktuellen Studie entdeckt und sequenziert wurden. Solche „Polyploide“ sind durchaus häufig bei Pflanzen, kommen bei Tieren jedoch selten vor – meist nur bei bestimmten Gruppen von Fischen.

Seit rund 50 Jahren verstärkt sich die Erkenntnis, dass eine Verdopplung von Chromosomensätzen eine große Rolle in den frühen Phasen der Evolution spielte. Eine solche Vervielfachung führte demnach zu einer explosiven Vergrößerung der genetischen Variationsmöglichkeiten und evolutionärer Innovation – und gab den neu entstandenen Arten einen kräftigen Schub für neue genetische Baupläne und Anpassungen. Solche „polyploiden“ Arten behalten den vervielfachten Chromosomensatz meist aber nicht für immer. Typischerweise kehren Polyploide schrittweise zu einer stabileren, diploiden Vererbung zurück („Re-Diploidisierung“): Sie reduzieren also über Generationen hinweg die „überzähligen“ Chromosomensätze, um schließlich wieder bei einem stabilen, „nur“ doppelten Chromosomensatz zu landen. Dies passierte, wie das Labor des Konstanzer Evolutionsbiologen Axel Meyer schon vor 25 Jahren zeigen konnte, im gemeinsamen Vorfahren aller modernen Fische (etwa 27.000 Arten) vor rund 230 Millionen Jahren und wird verantwortlich gemacht für den evolutionären Erfolg der Biodiversität der Fische.

Die frühen Phasen der Evolution erforschen – mit Schneekarpfen
Für die Evolutionsforschung wäre es hochinteressant, diese genetischen Prozesse der Vervielfachung und anschließenden Re-Diploidisierung genauer zu verstehen. Wir würden dadurch mehr Erkenntnisse über die frühen Phasen bei der Entstehung neuer Arten und deren Anpassungen gewinnen. Dies lässt sich aber wegen der langen Zeit, die seit der Polyploidisierung der Fische verging, nicht mehr einfach nachvollziehen. Diese Vorgänge unmittelbar zu untersuchen ist schwierig, da Polyploide unter den heute lebenden Tierarten selten sind.

Ein chinesisch-deutsches Forschungsteam unter Leitung von Axel Meyer (Universität Konstanz) konnte nun die genetischen Vorgänge der Re-Diploidisierung durch aufwendige, vergleichende genomische Studien rekonstruieren. Der Schlüssel hierfür waren Schneekarpfen. Diese Fische sind evolutionär gesehen noch jung, sie entstanden vor erst rund 30 Millionen Jahren im Himalaya – daher der Name –, sie leben in bis zu 5.000 Meter extremen Höhen und machten dort „evolutionär gesprochen erst kürzlich“ eine Vervielfachung ihres Chromosomensatzes durch. Für Meyer und sein Team stellten sie daher ein passendes Modell dar, um die frühen Phasen der Re-Diploidisierung zu erforschen: denn diese Fische stecken gerade noch mitten in dem Prozess, ihre Chromosomensätze wieder zu reduzieren und zu einem doppelten Chromosomensatz zurückzukehren.

Das erste Stadium: Die Fusion von Chromosomen
Zwar gab es bereits vergleichbare Studien zu Lachsen und Stören, die auch polyploide Genome tolerieren. Keine dieser Studien konnte jedoch die frühen Phasen der Re-Diploidisierung untersuchen, denn dies geschah bereits vor längerer Zeit in Lachsen und Stören – und gerade diese ersten Phasen sind hochinteressant. „Wir können nun nachweisen, dass das erste Stadium der Re-Diploidisierung durch die Fusion von Chromosomen initiiert wird“, schildert Axel Meyer. Chromosomen werden zuerst durch Fusion vereint, und an diesen Fokalpunkten im Genom fängt die Re-Diploidisierung an, so dass bei den Nachkommen schließlich weniger Chromosomensätze in jedem Zellkern zu finden sind. Dieser Vorgang läuft jedoch nicht gleichmäßig, sondern stufenförmig ab, zeigen Meyer und sein Team: So treten zuerst Regionen im Genom auf, an denen die Chromosomen bereits fusioniert sind und als sogenanntes Ohnolog-Paar vorliegen, während an anderen Stellen noch ein vierfacher Chromosomensatz besteht.

Die Vereinigung der Chromosomen beginnt demnach an einzelnen Fusionsstellen im Genom und breitet sich dann von dort aus in Stufen „nach außen zu den Enden der Chromosomen hin“ aus, wie ein Reißverschluss. „Der Verlauf der Re-Diploidisierung hängt somit stark von der Nähe zu diesen chromosomalen Fusionsstellen im Genom ab“, führt Meyer aus. „Es war entscheidend, diejenigen Regionen im Genom zu identifizieren, wo die Re-Diploidisierung am frühesten einsetzte, um diesen genomischen Mechanismus identifizieren zu können.“

Die Fusion der Chromosomensätze verläuft bei den Schneekarpfen folglich asynchron: Während einige Regionen ihres Genoms rasch zu einer diploiden Vererbung zurückkehrten, blieben andere noch weiterhin über lange Zeit bei einem vierfachen Chromosomensatz – über viele Millionen Jahre hinweg. Auch über Schneekarpfen hinaus ist anzunehmen, dass die Verdopplung des Genoms und die anschließende Reduzierung auf zwei Chromosomensätze die Evolution der Wirbeltiere entscheidend geprägt hat. Durch die jüngsten Einblicke ist der chromosomale Mechanismus dieser makroevolutionären Ereignisse nun besser verstanden.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

Chuanshuai Xie, Axel Meyer, Haiping Liu, Luohao Xu et al., Chromosomal fusions trigger rediploidization of autopolyploid genomes, Nature 2026, DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10439-1