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Wenn Kälteereignisse Korallen zum Bleichen bringen

Tue, 12 May 2026 13:04:17 +0200

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir Stressfaktoren für Korallen neu bewerten müssen. Nicht nur steigende Temperaturen sind eine Bedrohung, auch ungewöhnlich kaltes Wasser kann Korallenriffe massiv schädigen,“ erklärt Erstautor Dr. Takaaki K. Watanabe vom Institut für Geowissenschaften an der CAU.

Kälte als bislang unterschätzter Stressfaktor

Das internationale Forschungsteam analysierte in ihrer neuen Studie sowohl Hitze- als auch Kältestress in den indonesischen Meeren der vergangenen vierzig Jahre. Hitzestressereignisse, ausgelöst durch El Niño, haben im Untersuchungszeitraum deutlich zugenommen und betreffen größere Meeresgebiete. Kältestress hingegen tritt vor allem entlang den Küsten Sumatras und Javas auf, wenn ein so genannter positiver Indischer-Ozean-Dipol kaltes Tiefenwasser an die Oberfläche bringt. Diese Kälte-Ereignisse sind zwar räumlich begrenzter, erreichen jedoch oft höhere Intensitäten und dauern im Schnitt rund 20 Tage länger als Hitzeereignisse.

Korallen reagieren empfindlich auf Temperaturschwankungen

Tropische Korallenriffe sind die Ökosysteme, die am stärksten unter steigenden Temperaturen leiden. Korallen leben in einer Symbiose mit einzelligen Algen, die ihnen durch Photosynthese Nährstoffe liefern und ihre charakteristische Färbung verleihen. Weicht die Wassertemperatur über mehrere Wochen um mindestens 1 Grad Celsius von der mittleren Sommertemperatur ab, stoßen die Korallen diese Algen ab. Die Folge ist die Bleiche: Ohne ihre Algen verhungern die Korallen und sterben ab.
Doch auch ungewöhnlich kaltes Wasser hat Folgen für die empfindlichen Ökosysteme in den indonesischen Meeren. Die in der Studie ermittelten Kältestresswerte erreichten dabei Intensitäten, die mit den extremsten bisher dokumentierten Hitze-Ereignissen vergleichbar sind - darunter das vor Floridas Küsten im Jahr 2023, das dort zum funktionalen Aussterben bestimmter Korallenarten geführt hatte. „Überraschend ist, dass diese extremen Kälteereignisse in ihrer Stärke nahezu gleichbedeutend sind mit extremen Hitzewellen. Sie treten in Regionen auf, die bisher als Rückzugsräume galten, da die durch kaltes Wasser verursachte Bleiche bislang weitgehend übersehen wurde,“ sagt Professorin Miriam Pfeiffer, Leiterin der Arbeitsgruppe Paläontologie und Historische Geologie an der CAU und Sprecherin des DFG-Schwerpunktprogrammes Tropische Klimavariabilität und Korallenriffe (SPP 2299).

Klimawandel verstärkt Auswirkungen auf Korallenriffe

Die tropischen Korallenriffe leiden besonders in Jahren, in denen mehrere Klimaphänomene aufeinanderfolgen. Starke El-Niño-Ereignisse, gefolgt von einem negativen Indischer-Ozean-Dipol, können Hitzestressphasen erheblich verlängern und verstärken. Solche Kombinationen wurden bereits mit großflächigen Korallenbleichen in Verbindung gebracht, zuletzt für das Jahr 2016, dem bislang schlimmsten Hitzestressereignis in der Region seit Beginn der Aufzeichnungen. Der globale Klimawandel verschärft diese Dynamik zusätzlich. Frühere Studien konnten aufzeigen, dass der Kipppunkt für Korallenriffe bereits bei 1,5 Grad Celsius globaler Erwärmung überschritten wird. „Noch wissen wir nicht wie sich Kältestressereignisse zukünftig entwickeln werden. Um einschätzen zu können, ob sie sich verringern oder verstärken, benötigen wir noch mehr verlässliche Langzeitdaten,“ sagt Takaaki K. Watanabe, der ebenso im Schwerpunktprogramm forscht.

Geschützte Regionen für den Korallenriffschutz

Neben den Risiken zeigt die Studie, dass Regionen wie die Karimata- und die Makassarstraße durch ihre komplexen Meeresströmungen vergleichsweise gut vor extremen Temperaturabweichungen geschützt sind. Diese Meerengen im indonesischen Inselgebiet könnten als sogenannte thermische Refugien eine Schlüsselrolle für die Erholung geschädigter Riffe spielen. Dabei helfen sie nicht nur als Rückzugsräume, sondern auch als Quellen für Korallenlarven, die über Meeresströmungen zur Wiederbesiedelung gefährdeter Riffe in der gesamten Region beitragen könnten.

„Diese Rückzugsräume sind von entscheidender Bedeutung für den Erhalt dieser wertvollen Ökosysteme. Ihr gezielter Schutz könnte dazu beitragen, dass stärker betroffene Riffe wiederbesiedelt werden und sich langfristig erholen,“ blickt Takaaki K. Watanabe in die Zukunft.

Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Originalpublikation:

Watanabe, T. K., Ito, S., Nurhidayati, A. U., Cahyarini, S. Y., & Pfeiffer, M. (2026). Coral reefs in the Indonesian seas threatened by heat and cold stress. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121003. https://doi.org/10.1029/2025GL121003

Wie Sauerstoffmangel Stoffwechselprozesse im Meer verändert

Tue, 12 May 2026 12:59:56 +0200

„Innerhalb von nur 50 Jahren – von 1960 bis 2010 – ging der globale Sauerstoffgehalt der Ozeane um zwei Prozent zurück und die Fläche der sauerstofffreien Gewässer vervierfachte sich“, beschreibt Biogeochemiker Dr. Gonzalo Gomez Saez vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU. „Dieser massive Sauerstoffverlust verändert wesentliche Stoffkreisläufe, auf denen marine Ökosysteme fußen.“

Weniger Sauerstoff, mehr Schwefel

Ein wichtiger Aspekt ist die Verstoffwechslung von Schwefelverbindungen durch die im Wasser lebenden Mikroorganismen: „In Gewässern mit niedriger Sauerstoffkonzentration spielen organische Schwefelverbindungen offenbar eine besonders wichtige Rolle, denn sie reichern sich dort an, ohne dass es dafür bislang eine eindeutige Erklärung gibt“, so Gomez Saez. Er ist Hauptautor einer kürzlich im Fachmagazin The ISME Journal erschienenen Studie, die näher untersucht hat, was mit den schwefelhaltigen Verbindungen in sauerstoffarmen Gewässern geschieht.

Im Fokus der Untersuchungen stand dabei vor allem ein Molekül, das Laien vor allem als Zusatz in Energydrinks kennen: Taurin. Diese bioverfügbare organische Schwefelverbindung wird von Meeresmikroben unter bestimmten Bedingungen in großem Umfang verwertet und spielt eine zentrale Rolle bei ihrem Nährstoffaustausch, ihrer Energiegewinnung und ihrem Wachstum.

„Viele Mikroben im Meer besitzen das genetische Potenzial, Taurin zu verstoffwechseln – doch es ist unklar, wie diese Aktivität mit dem weltweiten Rückgang an Sauerstoff zusammenhängt“, sagt Gomez Saez. „Daher war es unser Ziel, zu verstehen, wie unterschiedliche Konzentrationen von im Wasser gelöstem Sauerstoff die mikrobielle Verarbeitung von Taurin beeinflussen.“

Proben aus dem Mariager Fjord

Dazu untersuchte das Forschungsteam, an dem Forschende aus Aarhus (Dänemark), München, Oldenburg und Bremen beteiligt waren, Wasserproben aus dem dänischen Mariager Fjord, der im Sommer massiv an Sauerstoff verliert. Der Meeresarm ist durch eine flache Schwelle mit dem Kattegat verbunden. Diese begrenzt die Vermischung mit dem Tiefenwasser und begünstigt die Entstehung von sauerstoffarmen Bedingungen.

Diese Bedingungen verstärken sich im Sommer, wenn wärmere Wetterbedingungen zu einer vorübergehenden Schichtung und einer erhöhten Atmungsaktivität der Meeresorganismen führen. Daher dient der Mariager Fjord als wertvolles natürliches Labor, um zu untersuchen, wie biogeochemische Prozesse auf sich ändernde Sauerstoffwerte reagieren.

Unmittelbar nach der Entnahme von Wasserproben aus dem Fjord inkubierte Dr. Ömer Coskun, Erstautor des Artikels und ehemaliger LMU-Forscher, sauerstoffarmes und vollständig mit Sauerstoff angereichertes Wasser mit Substraten, die mit stabilen Isotopen versetzt waren – sie „fütterten“ die im Wasser enthaltenen Kleinstlebewesen also gewissermaßen mit markierten Nährstoffen. „So konnten wir nachverfolgen, welche Mikroben bei den unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen im Fjord Kohlenstoff aus den jeweiligen Verbindungen aufnahmen“, sagt Gomez Saez.

Die Zukunft mariner Kreisläufe

Das zentrale Ergebnis: Taurin wurde nur bei Sauerstoffmangel in den hypoxischen Gewässern des Tiefenwassers im Mariager Fjord assimiliert.

Mithilfe von DNA-Sequenzierung konnte das Team außerdem feststellen, welche Mikroorganismen für die Taurin-Verstoffwechslung im Mariager Fjord verantwortlich sind: Es handelt sich hauptsächlich um Flavobakterien aus der Gattung Bacteroidota. Da sich sauerstoffarme Gebiete weltweit ausbreiten und Verbindungen wie Taurin im Meer dadurch immer häufiger vorkommen, werden Mikroorganismen, die solche Verbindungen verwerten, in Zukunft wahrscheinlich eine größere Rolle im marinen Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf spielen“, schlussfolgert Gomez-Saez.

Ludwig-Maximilians-Universität München

Originalpublikation:

Ömer K Coskun, William D Orsi, Ian P G Marshall, Katharina A Muschler, Nico Mitschke, Timothy G Ferdelman, Gonzalo V Gomez-Saez, Hypoxia increases microbial carbon assimilation of taurine in a seasonally anoxic fjord, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag057, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag057

Mathematische Analysen zeigen, wie Arten bei Anpassung an Grenzen stoßen

Tue, 12 May 2026 12:44:23 +0200

Die Faktoren zu verstehen, die die Grenzen der Anpassung bestimmen, ist unerlässlich, um vorherzusagen, wie Arten auf den Klimawandel und andere Umweltbelastungen reagieren werden. Bislang haben theoretische Ansätze ökologische und evolutionäre Prozesse weitgehend getrennt betrachtet. In der Natur werden Populationen jedoch durch das Zusammenspiel beider Prozesse geprägt. Die neue Studie der Biomathematikerin Jitka Polechová von der Universität Wien untersucht, unter welchen Bedingungen Populationen in der Lage sind, ausreichend genetische Variation aufrechtzuerhalten, um sich an Veränderungen in ihrer Umwelt anzupassen, und wann die Anpassungsfähigkeit an ihre Grenzen stößt.

Ein Kipppunkt bei der Anpassung

Die Studie entwickelt quantitative, überprüfbare Vorhersagen dafür, unter welchen Bedingungen sich Populationen anpassen können und wo die Grenzen dieser Anpassungsfähigkeit liegen. Die Ergebnisse zeigen, dass vor allem drei messbare Faktoren bestimmen, ob Arten sich an Umweltänderungen anpassen können und ob sich ihre Verbreitungsgebiete ausdehnen oder zusammenbrechen: die Geschwindigkeit der Umweltänderung, das Ausmaß räumlicher Variation in der Umwelt und die Stärke sogenannter genetischer Drift – der zufälligen Schwankungen in der Häufigkeit genetischer Varianten in kleinen Populationen.

Sie zeigt, wie Anpassung plötzlich scheitern kann. Wenn sich die Umweltbedingungen ändern, passt die genetische Zusammensetzung einer Population immer weniger zu ihrer Umgebung. Die Größe einer lokalen Population kann dann abnehmen und sie dadurch anfälliger für genetische Drift machen. Wenn Drift im Verhältnis zu Selektion stärker wird, gehen Varianten, die für die Anpassung wichtig sind, leichter verloren. Dies führt zu einem Rückgang der genetischen Vielfalt und erschwert dadurch wiederum die Anpassung, wodurch eine Abwärtsspirale entsteht. Wenn die genetische Varianz schwindet und Populationen sich nicht mehr an veränderte Bedingungen anpassen können, zieht sich das Verbreitungsgebiet immer weiter zusammen oder die Population zerfällt plötzlich in räumlich getrennte Teilpopulationen.

Warum genetische Drift wichtig ist

Ein entscheidender Faktor ist hierbei die sogenannte "Nachbarschaftsgröße" – die Anzahl der Individuen in einem lokalen Gebiet, die miteinander Gene austauschen. Ist der lokale Genpool klein, haben zufällige Verschiebungen in der Häufigkeit genetischer Varianten – genetische Drift – einen starken Einfluss. Ein stärkerer Austausch von Genen zwischen Subpopulationen kann dem entgegenwirken, indem er mehr Varianten einbringt und die Stärke der genetischen Drift verringert, wodurch die genetische Variation erhalten bleibt. Eine größere Nachbarschaftsgröße kann daher Populationen helfen, sich unter voranschreitenden Umweltveränderungen weiter anzupassen und zu überleben.

Implikationen für die Erhaltung von Arten

Die Studie liefert einen theoretischen Rahmen für den Naturschutz, der konkrete, überprüfbare Vorhersagen macht. Sie zeigt, dass selbst allmähliche Umweltveränderungen Populationen an einen Kipppunkt bringen können, jenseits dessen sie plötzlich zusammenbrechen. Sie unterstreicht, wie wichtig es ist, den Austausch genetischer Varianten zwischen Populationen aufrechtzuerhalten. Sie identifiziert, wann Maßnahmen zur Verbesserung der Konnektivität zwischen Populationen besonders vorteilhaft sein können, um Populationen über einer kritischen Schwelle zu halten und ihr Anpassungspotenzial zu erhalten.

Über die Studie

Die Studie entwickelt einen Rahmen, der ökologische Prozesse wie Populationswachstum und räumliche Bewegungen von Individuen und evolutionäre Mechanismen wie Selektion und genetische Drift (die zufälligen Veränderungen in der Häufigkeit genetischer Varianten) zusammenführt. Mithilfe analytischer Ansätze und individuenbasierter Simulationen untersucht sie, wie Populationen räumlich und zeitlich auf Umweltveränderungen reagieren, und leitet quantitative, überprüfbare Vorhersagen über die Grenzen der Anpassung her. Sie zeigt, dass Vorhersagen grundlegend anders sein können, wenn die Wechselwirkungen zwischen ökologischen und evolutionären Prozessen berücksichtigt werden, als wenn diese jeweils unabhängig betrachtet werden.

Universität Wien

Originalpublikation: Polechová J. (2026) Evolution of Species' Range and Niche in Changing Environments. In PNAS. DOI: 10.1073/pnas.2604510123

Im Meer wie im Darm: Die Bakterien, die unsere Gesundheit und den Kohlenstoff im Meer beeinflussen

Tue, 12 May 2026 12:33:50 +0200

Unzählige Bakterien besiedeln unseren Darm, versorgen uns mit Nährstoffen und dienen unserer Gesundheit. Dazu gehören auch die Akkermansia-Bakterien, die bei der Behandlung etwa von Adipositas und Diabetes hilfreich sein könnten.

Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen haben nun entdeckt, dass diese Bakterien nicht nur in unserem Darm, sondern auch im Ozean leben. In beiden Lebensräumen nutzen sie die gleichen Fähigkeiten. Offensichtlich besitzen sie ein althergebrachtes und weit verbreitetes Set an Werkzeugen, um zu überleben und erfolgreich zu sein.

Geheimnisse aus dem Genom

„Wir haben uns gefragt: Wären die Eigenschaften, mit denen diese Bakterien in unserem Darm so erfolgreich sind – insbesondere die Art, wie sie Zucker essen – nicht auch in anderen Lebensräumen nützlich?”, berichtet Gruppenleiter Luis Humberto Orellana Retamal (Coto) vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen. Deswegen machten sich die Forschenden auf die Suche nach Akkermansiaceae. Sie durchsuchten an die 250.000 DNA-Datensätze aus unterschiedlichsten Lebensräumen auf der ganzen Welt. Und tatsächlich: Im Darm von Tieren, im Meer, in Seen und Flüssen – überall stießen sie auf Vertreter dieser Gruppe.

Daraufhin untersuchte das Team ihren genetischen Fingerabdruck, das sogenannte Genom, und suchte nach besonders wichtigen Proteinen zum Zuckerabbau. “Die Akkermansia-Bakterien in unserem Darm und im Meer waren sich erstaunlich ähnlich“, so Coto. „Im Meer zersetzen diese Bakterien Fucoidan, einen Zucker, der aus Seetang stammt. Im Darm spezialisieren sie sich auf Mucin, ein komplexes, mit Zucker überzogenes Proteingel, das unsere Darmwand auskleidet. Die Forschenden stellten fest, dass die beteiligten Bakterien im Kern den gleichen molekularen Mechanismus benutzen, um die Zucker zu zerlegen – obwohl sie in völlig unterschiedlichen Lebensräumen zuhause sind.

Eine bewährte Strategie, in allen Bereichen

Der ökologische Erfolg der Akkermansia-Bakterien in so unterschiedlichen Lebenräumen wie dem Darm und dem Meer basiert auf einer gemeinsamen, uralten Strategie: Sie hängen sich an komplexe Zuckermoleküle, nehmen diese auf und zersetzen sie im Inneren der Zelle. Der grundlegende Mechanismus ist in allen Lebensräumen gleich, Unterschiede gibt es nur bei den spezifischen Proteinen, die für die Feinabstimmung an die jeweilige Nahrung sorgen. Der Darmbewohner Akkermansia muciniphila entwickelte sich vermutlich aus einem aquatischen Vorfahren, der bereits in der Lage war, chemisch ähnliche Zucker zu nutzen. Es handelt sich eher um eine Spezialisierung als um eine evolutionäre Neuerfindung. „Diese Ähnlichkeit legt nahe, dass sich diese Bakterien bei der ersten Besiedlung des Darms nicht neu erfunden haben, sondern ein bereits vorhandenes Werkzeugset angepasst haben“, erklärt Coto.

Eine Fähigkeit, die therapeutisch und ökologisch wichtig ist

Akkermansia muciniphila ist ein besonders wichtiger Organismus für die Forschung am Darm-Mikrobiom und seine Bedeutung für unsere Gesundheit. Ein besseres Verständnis des molekularen Werkzeugkastens von Akkermansia könnte dabei helfen, mikrobiom-basierte Therapien für beispielsweise Fettleibigkeit, Diabetes und Darmentzündungen zu entwickeln.
Die nun vorliegenden Ergebnisse sind aber auch ökologisch interessant: Sie zeigen die wichtige und bisher weitgehend übersehene Bedeutung dieser Bakterien für den Ozean. Indem sie den schwer abbaubaren und kohlenstoffreichen Algenzucker Fucoidan zersetzen, sind sie wichtige Akteure im Kohlenstoffkreislauf des Meeres.

„Unsere Ergebnisse liegen an der Schnittstelle zweier wichtiger gesellschaftlicher Themenbereiche: der menschlichen Gesundheit und der Umwelt“, betont Coto. „In Sachen Gesundheit unterstützen sie die Entwicklung mikrobiombasierter Therapien. In Sachen Umwelt zeigen sie uns, wie Meeresbakterien Kohlenstoff verarbeiten. Das hilft dabei, vorherzusagen, wie marine Ökosysteme auf den Klimawandel reagieren werden.“ Diese Studie verdeutlicht zudem: Grundlegende Entdeckungen können an unerwarteten Orten gemacht werden. „Aus dem Meer können überraschende Einblicke in das Geschehen in unserem eigenen Darm kommen“, schließt Coto.

Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie

Originalpublikation:

Isabella Wilkie, Nicole Von Possel, Tomás Sauma-Sánchez, Greta Reintjes, and Luis H. Orellana: Conserved glycan-utilization strategies shape Akkermansiaceae success across aquatic and gut ecosystems. The ISME Journal (22. April 2026), DOI: https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag096

Pflanzenstress: Signalnetzwerke mal anders

Tue, 12 May 2026 12:12:56 +0200

Pflanzen können Gefahren nicht entkommen. Um Stressfaktoren wie Hitze, Frost, Überflutung, Trockenheit oder Infektionen zu bewältigen, verlassen sie sich auf biologische Mechanismen, die sich über Millionen von Jahren entwickelt haben. Verschiedene Lebensformen stehen in ihren natürlichen Umgebungen vor unterschiedlichen Herausforderungen, was zur Entwicklung spezieller biologischer Prozesse geführt hat. Obwohl Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen viele molekulare Mechanismen gemeinsam haben, lassen sich Erkenntnisse aus Tiermodellen oft nicht direkt auf andere Organismengruppen übertragen.

Zyklisches Adenosinmonophosphat, kurz cAMP, ist ein grundlegendes Signalmolekül, das in Tier‑ wie auch in Pflanzenzellen wichtige Funktionen erfüllt. Seine Bildung und Rolle in Säugetierzellen sind zwar gut verstanden, doch seine Aufgaben in Pflanzen sind weitgehend unbekannt. Nun haben ISTA Alum Mingyue Li und Professor Jiří Friml vom Institute of Science and Technology Austria (ISTA) gemeinsam mit Wissenschafter:innen aus Deutschland, Saudi‑Arabien, Tschechien und den USA untersucht, wie cAMP im Pflanzenmodell Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) wirkt.

Zwillingsmoleküle mit unterschiedlichen, aber teilweise überlappenden Eigenschaften

In tierischen Systemen ist die Hauptform von cAMP, das sogenannte 3’,5’-cAMP, an der Signalübertragung zwischen Nervenzellen, an Hormonsignalen sowie an der Regulation des Stoffwechsels beteiligt. Diese vorherrschende Form wird aus der ‚Energiewährung‘ der Zelle, dem ATP, gebildet. cAMP besitzt jedoch ein ‚Zwillingsmolekül‘ – mit derselben chemischen Formel, aber einer anderen Bindungsstruktur. Konkret ist dabei die Phosphatgruppe an einer anderen Stelle des Adenosin-Moleküls befestigt. Diese zweite Form, 2’,3’-cAMP genannt, steht im Zusammenhang mit dem Abbau von RNA und der Antwort auf Stressfaktoren. In Säugetierzellen werden ihre Konzentrationen streng kontrolliert, da übermäßige Mengen möglicherweise toxisch wirken können.

Li, Friml und ihre Kolleg:innen zeigen nun, dass in Pflanzen beide Formen von cAMP vorkommen, die Menge von 2’,3’-cAMP – also der „zweiten“ Form – jedoch mehr als 60‑mal höher ist als jene von 3’,5’-cAMP, der dominanten Form in Tieren. Mithilfe einer Reihe molekular‑ und zellbiologischer Methoden konnten die Forschenden nachweisen, dass die beiden cAMP‑Formen weitgehend unterschiedliche Funktionen im Pflanzenstoffwechsel sowie in der Protein‑ und Genregulation erfüllen. Während 3’,5’-cAMP offenbar Reaktionen im Zusammenhang mit Wachstum, Erhaltungsprozessen, Nährstoffstatus und normaler Zellfunktion feinabstimmt, löst 2’,3’-cAMP wesentlich breitere Effekte aus – etwa die Aktivierung spezieller Stoffwechselwege und umfassender Stressreaktionen. Gleichzeitig zeigen die Ergebnisse, dass sich diese Funktionen teilweise überschneiden, was darauf hinweist, dass Pflanzen eigene Mechanismen entwickelt haben, um sich an Umweltbedingungen anzupassen.

Miteinander kommunizierende Signalwege

Zwei parallele, aber miteinander verknüpfte cAMP‑Signalwege könnten es Pflanzen ermöglichen, die zelluläre Regulation präzise abzustimmen und zwischen verschiedenen äußeren Reizen, einschließlich Stressfaktoren, zu unterscheiden. Der Austausch zwischen den Signalwegen schafft eine gewisse Redundanz: Wenn einer ausfällt, kann der andere kompensieren – und so eine robustere Reaktion auf eine größere Bandbreite an Umweltbedingungen gewährleisten. Letztlich könnte ein besseres Verständnis darüber, wie Pflanzen Stress und grundlegende Zellfunktionen regulieren, dazu beitragen, die Produktivität und Klimaresistenz von Nutzpflanzen zu steigern.

Institute of Science and Technology Austria

Originalpublikation:

Mingyue Li, Monika Chodasiewicz, Malavika Muraleedharan, Israel M. Lopez, Michal Gorka, Olga Kerber, Saqer S. Alotaibi, Andrew DL Nelson, Rene Lenobel, Jaroslava Friedecká, Aleksandra Skirycz, and Jiří Friml. 2026. Biogenesis and downstream effects of 3’,5’ and 2’,3’ cAMP isomers in plants. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aea7828, https://doi.org/10.1126/sciadv.aea7828

Wiederaufforstung von „Klimaschutz-Algenwäldern“ im Meer

Tue, 12 May 2026 10:09:57 +0200

Wälder aus Großalgen, auch Kelp genannt, leisten einen wichtigen Beitrag zum globalen Klimaschutz und zur Stabilität mariner Ökosysteme. Durch ihr schnelles Wachstum binden diese faszinierenden Ökosysteme große Mengen an CO2. Kelp wächst ausschließlich auf harten Untergründen wie Felsen oder Steinen, so dass das gebundene CO2 nicht direkt vor Ort in den Boden eingelagert werden kann. Abgestorbenes Algenmaterial jedoch, das in der Tiefsee landet – und somit das gebundene CO2 – kann dort im Sediment eingeschlossen werden. Außerdem wirken die Braunalgen der Versauerung der Ozeane entgegen und können Küstengebiete vor Erosion schützen. Doch die bis zu 40 Meter hohen Unterwasserwälder verschwinden weltweit in alarmierendem Ausmaß. Deshalb sollen Kelpwälder an vielen Orten wiederangesiedelt werden.

Forschende der Leibniz Universität Hannover haben nun untersucht, wie die Aufforstung dieser „Regenwälder der Meere“ viel besser gelingen kann. Dafür hat ein Team des Ludwig-Franzius-Instituts für Wasserbau und Ästuar- und Küsteningenieurwesen unter anderem mithilfe von KI-gestützter Videoanalyse erforscht, wie die Umgebung auf dem Meeresboden beschaffen sein muss, damit sich der Kelp ansiedeln und gut wachsen kann. Traditionelle Methoden, bei denen Taucher Algen einzeln am Meeresboden ausbringen, sind extrem zeitaufwändig und teuer. Um den Rückgang der Kelpbestände aufzuhalten, gewinnen skalierbare Methoden wie das so genannte „Green-Gravel-Verfahren“ daher stark an Bedeutung. Dabei werden im Labor gezüchtete Kelpsporen auf kleinen Steinchen im Meer ausgebracht. Der Erfolg dieser Methode hängt jedoch maßgeblich davon ab, dass die Steine am Zielort bleiben, bis der Kelp fest am felsigen Untergrund angewachsen ist. Werden sie durch Wellen und Strömungen vorzeitig in ungeeignete - zum Beispiel zu tiefe oder lichtarme – Bereiche verlagert, scheitert die Ansiedlung.

Der Erfolg dieser Methode entscheidet sich in den ersten Wochen im Meer: Bevor der Kelp seine eigenen Haftorgane fest am Meeresboden verankern kann, müssen die besiedelten Steinchen stabil liegen bleiben. Das Forschungsteam hat in Wellen- und Strömungskanälen systematisch untersucht, welche Kräfte nötig sind, um die Kelp-Stein-Systeme in Bewegung zu versetzen. Mithilfe von KI-gestützter Videoanalyse konnte präzise dokumentiert werden, dass die Algen wie kleine Segel wirken und die Angriffsfläche für die Wasserströmung massiv vergrößern.

Die Studie liefert Erkenntnisse, die die Planung künftiger Wiederansiedlungsprojekte stark erleichtern. Schon kleine Kelppflanzen von 10 Zentimetern Länge verringern die Stabilität der Steine nämlich drastisch. Daher muss die Umgebung so beschaffen sein, dass möglichst viele Steinchen gut vor Ort bleiben können. Die Analysen haben gezeigt, dass die Rauheit des felsigen Meeresbodens einen weitaus größeren Einfluss auf die Stabilität hat als die Größe oder Form der Steine selbst. Auf unebenem Untergrund wie grobem Geröll verkeilen sich die Steine und halten wesentlich höheren Belastungen stand als auf glatterem Fels oder Beton. Sobald die Alge zu wachsen beginnt, nimmt die Stabilität ab. Ab einem gewissen Punkt hebt sich dieser Effekt jedoch auf, da die Reibung der Algenblätter auf dem Boden wiederum bremsend wirken kann. Überraschend für das Team war der Aspekt, dass entgegen der Erwartung moderate Hangneigungen von bis zu 15 Prozent eine eher untergeordnete Rolle für das erste „Wegrollen“ der Steinchen spielen, so lange der Untergrund eine gewisse Grundrauheit aufweist.

Mit den Daten wurde ein Berechnungsmodell entwickelt, das genau vorhersagt, welches Gewicht die Steine für den Kelp haben müssen. So lässt sich für jeden Standort vorab prüfen, ob sie den örtlichen Wellen standhalten werden und sicher liegen bleiben. Die Ergebnisse ermöglichen es, Wiederansiedlungsvorhaben präziser zu planen und die Erfolgsaussichten der wichtigen marinen CO2-Speicher deutlich zu erhöhen.

Leibniz Universität Hannover

Originalpublikation:

Paul, M., Kerpen, N. B., & Moghimi, A. (2026). Kelp-stone ratio and bed roughness control green gravel stability under hydrodynamic forces. PLOS ONE, 21(4), Article e0345763. doi.org/10.1371/journal.pone.0345763

Verändertes Verhalten konservierter Zellen formt das Gesicht des Hais

Mon, 11 May 2026 10:14:00 +0200

Das meiste, was Wissenschaftler über die Gesichtsentwicklung wissen, stammt aus Studien an Knochenwirbeltieren wie Mäusen, Hühnern und Zebrafischen. Ihre evolutionären Gegenstücke, die Knorpelfische, sind jedoch bislang weitgehend unerforscht geblieben. Diese Wissenslücke hat unser Verständnis davon eingeschränkt, wie sich die Gesichtsstrukturen am Ursprung der Kieferwirbeltiere entwickelt haben. Um dieser Frage nachzugehen, untersuchte das Forschungsteam unter der Leitung von Dr. Markéta Kaucká am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie den Kleingefleckten Katzenhai (Scyliorhinus canicula). Durch die Kombination von Einzelzell-Transkriptomik mit hochauflösender molekularer Bildgebung und Synchrotronstrahlungs-Mikro-Computertomographie (SR- µCT) verfolgten die Forscher die Entwicklung der kranialen Neuralleistenzellen – jener Zellpopulation, die für den Aufbau des Gesichts verantwortlich ist.

Die Architekten des Wirbeltiergesichts

Kraniale Neuralleistenzellen sind eine transiente Population multipotenter Zellen, die nur in Embryonen von Kieferwirbeltieren vorkommt und eine zentrale Rolle beim Aufbau von Kopf und Gesicht spielt. Sie entstehen während der frühen Entwicklung an der Grenze der Neuralplatte (dem zukünftigen Gehirn), lösen sich von dort ab und wandern in bestimmte Regionen des Embryos. Dort differenzieren sie sich zu einer Vielzahl von Geweben, darunter ein Großteil des kraniofazialen Skeletts, Knorpel, Bindegewebe und Teile des peripheren Nervensystems. Aufgrund ihres breiten Entwicklungspotenzials und ihrer Schlüsselrolle bei der Formung der Gesichtsstrukturen gelten kraniale Neuralleistenzellen als wichtiger Motor der Evolution des Wirbeltierkopfes.

Ein gemeinsamer Bauplan über 400 Millionen Jahre hinweg

Die Forscher fanden heraus, dass kraniale Neuralleistenzellen bei Haien, die sich vor mehr als 400 Millionen Jahren von den Knochenwirbeltieren abgespalten haben, einem Entwicklungsprogramm folgen, das dem der Knochenwirbeltiere sehr ähnlich ist. Diese Zellen entstehen und wandern auf eine hochkonservierte Weise. Dies deutet darauf hin, dass der grundlegende „Bauplan“ für die Gesichtsbildung bereits früh in der Evolution der Kieferwirbeltiere festgelegt wurde und über verschiedene Abstammungslinien hinweg beibehalten wurde.

Wo Unterschiede entstehen: Veränderungen im Zellverhalten

Trotz dieser gemeinsamen Grundlage deckt die Studie eine entscheidende Quelle für Variationen auf: das Verhalten der Neuralleistenzellnachkommen (Tochterzellen). Beim Katzenhai sammeln sich die Nachkommen der Neuralleistenzellen zunächst hinter dem Auge und warten dort, anstatt sich wie bei der Maus oder dem Huhn zur Vorderseite des sich entwickelnden Gesichts zu bewegen. Entscheidend ist, dass aus diesen Zellen später dennoch die entsprechenden anatomischen Regionen entstehen, was darauf hindeutet, dass ähnliche Ergebnisse über unterschiedliche Entwicklungswege erreicht werden können.
„Wir hatten erwartet, dass die einzigartige Gesichtsform des Hais auf unterschiedliche Eigenschaften der kranialen Neuralleistenzellen zurückzuführen ist; das ist jedoch nicht der Fall“, sagt Dr. Elio Escamilla-Vega, Erstautor der Studie. „Das zentrale genetische Programm der kranialen Neuralleistenzellen ist bemerkenswert konserviert, und stattdessen sind die Dynamik und das Verhalten der Nachkommen der Hauptunterschied.“

Warum blieb dies bisher verborgen?

„Hai-Embryonen entwickeln sich mehrere Monate lang in einer festen Eihülle, wo sie gut vor der Umgebung geschützt sind. Dies erschwert die Anwendung von Methoden, die Forscher bei anderen Modellorganismen routinemäßig einsetzen, wie beispielsweise die Zelllinienverfolgung bei Mäusen und Zebrafischen oder die Farbstoffverfolgung bei Hühnern. Dies ist eine der größten Herausforderungen bei der Arbeit mit einem solch einzigartigen Nicht-Modellorganismus“, sagt Dr. Kaucká.

Die Forscher arbeiteten mit dem Forschungszentrum DESY (Deutsches Elektronen-Synchrotron) und Dr. Jörg Hammel zusammen und nutzten die Synchrotronstrahlungs-Mikro-Computertomographie, um die frühe Entwicklung des Katzenhais zu verstehen. „Durch Gewebekontrastierung in Kombination mit attenuationsbasierten Röntgenstrahlen können wir Bilder von sich entwickelnden Haien in 3D mit zellulärer Auflösung erzielen“, sagt Dr. Jörg Hammel von DESY. In Kombination mit der Färbung verschiedener Gene konnten die Forscher Zellen, Gewebe und Organe in sich entwickelnden Katzenhai-Embryonen zuverlässig segmentieren und die zelluläre Dynamik während der gesamten Entwicklung verstehen.

Die Forscher haben alle Daten hinterlegt, um sie der Forschungsgemeinschaft zugänglich zu machen. „Der Katzenhai wird in der Forschung immer häufiger eingesetzt“, sagt Dr. Escamilla-Vega, „aber im Vergleich zu traditionellen Forschungsorganismen ist seine Entwicklung noch weitgehend unerforscht. Wir wollten den Wissenschaftlern diese Ressourcen zur Verfügung stellen, da noch so viele interessante Informationen darin zu erschließen sind.“

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie

Originalpublikation:

Elio Escamilla-Vega, Andrea P. Murillo-Rincón, Louk W. G. Seton, Ann-Katrin Koch, Stella Kyomen, Carsten Fortmann-Grote, Jörg U. Hammel, Timo Moritz, Markéta Kaucká; Developmental dynamics of catshark cranial neural crest cells provide insights into gnathostome facial evolution. Development 1 May 2026; 153 (9): dev205258. doi: https://doi.org/10.1242/dev.205258

Besser gerüstet gegen Lichtstress

Fri, 08 May 2026 11:37:25 +0200

Im Zuge einer jetzt im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichten Studie setzten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Synechocystis durch schwankende Lichtintensitäten unter Stress. „Solche Bedingungen, bei denen sich im Abstand von einer bis mehreren Minuten hohe und niedrige Lichtintensitäten abwechseln, stören die Photosynthese und beschädigen die Photosysteme“, erläutert Leister, Inhaber des Lehrstuhls für Molekularbiologie der Pflanzen an der Fakultät für Biologie in Martinsried. Um herauszufinden, wie sich die Blaualge an diese ungünstigen Lichtverhältnisse anpassen kann, stellte er mit seinem Team im Labor eine Art beschleunigte Evolution nach.

Dabei entwickelten sich Synechocystis-Stämme, die mit schwankenden Lichtintensitäten zurechtkommen, bis hin zu normalerweise tödlichen Bedingungen. Die genetische Analyse dieser entsprechend angepassten Stämme enthüllte Mutationen, die die Aktivität und die relative Menge von für die Photosynthese wichtigen Biomolekülen beeinflussen. Dazu gehören die Protein-Pigment-Komplexe Photosystem I und II sowie die lichtsammelnden Antennenkomplexe. Durch diese evolutiven Anpassungen wird Synechocystis robuster gegenüber extremen Wechseln der Lichtbedingungen.

Solchen unsteten Umwelteinflüssen sind auch Nutzpflanzen ausgesetzt, denn das Lichtangebot schwankt beim Anbau unter freiem Himmel durch Wolken oder Schatten und das verlangt ständige Anpassung. „Die Photosynthese funktioniert am effizientesten bei eher niedriger Lichtintensität, während sie bei hoher Lichtintensität gedrosselt wird. Wenn sich die Lichtverhältnisse zu häufig ändern, können die Regelmechanismen nicht schnell genug reagieren, was die Effizienz verringert und damit den Ertrag mindert“, erklärt Dario Leister.

Seine Forschungsergebnisse an Synechocystis könnten in Zukunft dabei helfen, Nutzpflanzen genetisch besser an solche schwankenden Lichtintensitäten anzupassen. „Der nächste Schritt besteht darin, den Ansatz aus unserer aktuellen Studie auf eukaryotische Algen zu übertragen, da diese deutlich näher mit Kulturpflanzen verwandt sind.“ Schritt für Schritt möchte sich der Biologe auf diese Weise vorarbeiten, von Veränderungen an relativ einfach strukturierten einzelligen Mikroalgen hin zu solchen an Pflanzen.

Die aktuelle Studie ist Teil des mit einem ERC Synergy Grant der Europäischen Union geförderten Projekts „PhotoRedesign: Redesigning the Photosynthetic Light Reactions“. Im Zuge dieses Forschungsvorhabens beschäftigen sich LMU-Wissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler mit neuen Ansätzen zur Verbesserung der pflanzlichen Photosynthese, wobei Einzeller wie Synechocystis aufgrund ihrer kurzen Generationszeit und guten genetischen Manipulierbarkeit als Modellorganismen dienen.

Letztendlich sollen Pflanzen entstehen, die ein breiteres Spektrum an Lichtwellenlängen nutzen können. „Dafür ist es sinnvoll, diese optimierten Organismen gleichzeitig robuster zu machen, sodass sie die zusätzliche Lichtenergie besser verkraften“, so Leister. Die aktuelle Studie liefere neue mögliche Ansatzpunkte für Eingriffe in den komplexen Photosyntheseapparat von Nutzpflanzen: „Unsere verbesserten Synechocystis-Linien enthalten Punktmutationen, die sich mithilfe von Gene Editing auch in verwandte Arten übertragen lassen. Aufgrund neuer Gesetzesinitiativen der EU gelten voraussichtlich solche Veränderungen zukünftig nicht mehr als transgen. Dieser Ansatz entspricht zudem eher natürlichen Prozessen im Gegensatz zur reinen Überexpression einzelner Gene, wie sie von anderen Forschern häufig genutzt wird.“

Ludwig-Maximilians-Universität München

Originalpublikation:

Figueroa-Gonzalez, T., Chen, W., Abdel-Salam, E.M. et al. Improving tolerance to fluctuating light through adaptive laboratory evolution in the cyanobacterium Synechocystis. Nat Commun 17, 4025 (2026). doi.org/10.1038/s41467-026-72689-x

Gezielter „Ausschalter“ in der Eizelle macht die Züchtung schneller

Fri, 08 May 2026 11:18:28 +0200

Schnellere Züchtung hilft, klimaangepasste, ertragreiche und robuste Sorten schneller auf die Felder zu bringen - etwa mit besserer Toleranz gegen Trockenheit oder Hitze. Das erhöht die Ertragssicherheit und senkt den Einsatz von Ressourcen. Ein wichtiges Instrument für die Züchtung sind Haploide, also Pflanzen, die nur einen einfachen Chromosomensatz besitzen. Aus Haploiden lassen sich durch Verdopplung ihrer Chromosomen („Doppelhaploide“) sehr schnell vollständig reinerbig Linien gewinnen, was die Entwicklung neuer Sorten beschleunigt.

Wenn in der Eizelle einer Pflanze ein bestimmtes Zentromer Protein (CENH3) gezielt abgebaut wird, entstehen sehr häufig väterliche haploide Nachkommen. Das Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-Institutes erzielte in Experimenten mit der Modellpflanze Arabidopsis thaliana einen Anteil von bis zu 57 Prozent haploiden Nachkommen. „Wenn wir CENH3 in der Eizelle gezielt entfernen, entstehen sehr effizient väterliche Haploide. Es ist fast so, als hätten wir der mütterlichen Chromosomen-Seite einfach den Stecker gezogen“, erläutert Dr. Saravanakumar Somasundaram, der Erstautor der Studie. Das angewandte Verfahren ist modular aufgebaut, nutzt pflanzeneigene Mechanismen und lässt sich grundsätzlich auch auf Kulturpflanzen übertragen.

Die Wissenschaftler haben CENH3 zunächst mit einem kleinen Etikett („Tag“) versehen und damit für den enzymatischen Abbau markiert. Die zelluläre „Müllabfuhr“ holt dank dieser Markierung CENH3 ab, bevor es zur Befruchtung kommt. Im Ergebnis fehlt CENH3 in der Eizelle, bleibt aber im Pollen erhalten. „Der spezifische Eizell Promotor sorgt dafür, dass die Elimination den Embryo betrifft, jedoch nicht das Nährgewebe. Das erhält die Keimfähigkeit haploider Samen“, sagt Dr. Saravanakumar Somasundaram.

„Im Kern geht es darum, CENH3 in der Eizelle „auszuknipsen“, die Pflanze mit normalem Pollen zu bestäuben und haploide Samen zu produzieren“, sagt Prof. Dr. Andreas Houben, Leiter der Arbeitsgruppe „Chromosomenstruktur und -funktion“. „Unsere Methode erzeugt nach der Kreuzung nichttransgene Haploide und beschleunigt damit die Gewinnung von Reinzuchtlinien. Das spart Zuchtzeit. Es verkürzt den Prozess von mehreren Jahren auf eine Saison.“

Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung

Originalpublikation:

Somasundaram et al. (2026): Targeted CENH3 protein depletion in egg cells enables highly efficient haploid induction. Plant Communications. DOI: 10.1016/j.xplc.2026.101837, https://doi.org/10.1016/j.xplc.2026.101837

Wenn Nervenzellen sich neu verknüpfen: Ansatz zur Behandlung von Rückenmarksverletzungen entwickelt

Fri, 08 May 2026 11:13:57 +0200

Rückenmarksverletzungen führen in der Regel zu dauerhaften Lähmungen sowie Sensibilitätsverlusten und stellen Betroffene sowie das Gesundheitssystem vor große Herausforderungen. In den meisten Fällen handelt es sich bei Rückenmarksverletzungen um sogenannte Kontusionsverletzungen, bei denen durch eine Quetschung ein Teil der Fasern geschädigt wird und ein Anteil intakt bleibt. Bisherige Therapieansätze können die funktionelle Wiederherstellung nur begrenzt verbessern.

Ein Team um Professor Dr. Dietmar Fischer am Institut für Pharmakologie II der Uniklinik Köln verfolgt daher einen neuen Ansatz zur Behandlung solcher Kontusionsverletzungen. Die Studie „Transneuronal cytokine delivery promotes functional recovery across spinal cord contusion severities via descending circuit plasticity“ erscheint am 15. Juni in der Fachzeitschrift Neurobiology of Disease und ist schon jetzt online zugänglich.

Die Forschenden aktivierten mithilfe des Proteins Hyper-Interleukin-6 (hIL-6), das direkt an die Nervenzellen binden kann, Signalwege in verletzten und unverletzten Nervenzellen. Das Besondere dabei ist, dass hIL-6 nach einer gezielten Injektion eines Trägervirus in den Motorkortex in den Nervenzellen selbst gebildet wird. Der Motorkortex ist ein Bereich des Gehirns, der für die Planung, Steuerung und Ausführung von Bewegungen verantwortlich ist. Von dort aus wird hIL-6 entlang bestehender Nervenbahnen weitertransportiert und erreicht so motorisch relevanten Kerngebiete in tieferen Gehirnregionen (Hirnstamm), die stimuliert werden können.

„Statt ausschließlich auf das Nachwachsen durchtrennter Nervenfasern zu setzen, nutzen wir auch intakt gebliebene neuronale Verbindungen. Durch Aussprossen von Seitenästen konnten diese Verbindungen neue Verbindungen herstellen, wodurch eine deutliche Funktionswiederherstellung erreicht wurde“, sagt Fischer.

In verschiedenen Mausmodellen mit unterschiedlich schweren Kontusionsverletzungen des Rückenmarks zeigte die Behandlung konsistente Effekte: Tiere mit der hIL-6-Therapie konnten nach der Lähmung deutlich besser laufen als unbehandelte Vergleichsgruppen. Besonders bemerkenswert war die Wiederherstellung koordinierter Schrittmuster, die in den Kontrollgruppen nicht erreicht wurden. Die Forschenden zeigten zudem, dass vor allem sogenannte serotonerge Nervenzellen, die ihren Ursprung im Hirnstamm haben, bei der Funktionswiederherstellung durch hIL-6 eine zentrale Rolle spielen. Wurden diese Zellen gezielt ausgeschaltet, verschwanden die erzielten Verbesserungen nahezu vollständig.

„Die Therapie veränderte weder die Größe der Verletzung noch das Ausmaß des Nervenzellverlusts. Die funktionellen Verbesserungen beruhen vielmehr auf neuem Aussprossen und einer Umstrukturierung bestehender neuronaler Netzwerke“, so Fischer.

Wenngleich dieser neue Ansatz bei Kontusionsverletzung sehr vielversprechende Ergebnisse in der Maus zeigt, betonen die Forschenden, dass weitere Schritte und Studien notwendig sind, bevor eine Anwendung beim Menschen möglich wird. Noch zu lösende Fragen betreffen unter anderem die Sicherheit, optimale Dosierung und mögliche Nebenwirkungen.

Universität zu Köln

Originalpublikation:

Marco Leibinger, Igor Moskaliov, Chinonso-John Ani, Dalia Halawani, Dietmar Fischer: Transneuronal cytokine delivery promotes functional recovery across spinal cord contusion severities via descending circuit plasticity, Neurobiology of Disease, Volume 224, 2026, doi.org/10.1016/j.nbd.2026.107399.