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Das Dach der Welt: Biodiversitäts-Hotspot seit 39 Millionen Jahren

Thu, 03 Sep 2026 10:31:33 +0200

Gebirge gehören zu den artenreichsten Lebensräumen der Erde. Auf engem Raum treffen hier unterschiedlichste Bedingungen aufeinander – von tiefen Tälern bis zu hohen Gipfeln, von warmen bis zu kalten und von trockenen bis zu feuchten Lebensräumen. So entstehen vielfältige ökologische Nischen, die zahlreichen Arten Raum zur Anpassung und Entwicklung bieten. „Ein besonders eindrucksvolles Beispiel sind die Hengduan-Berge im Osten Tibets. Die zerklüftete Gebirgslandschaft mit ihren hohen Gipfeln und tief eingeschnittenen Tälern reicht von subtropischen bis in alpine Klimazonen. Heute zählt die Region zu den bedeutendsten Biodiversitäts-Hotspots der Erde mit zahlreichen endemischen Arten“, erläutert Prof. Dr. Andreas Mulch, Direktor am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt und fährt fort: „Die Pflanzenfossilien der Hengduan-Berge wurden vielfach untersucht und liefern wichtige Erkenntnisse über die frühere Biodiversität, Höhenlage und das Klima. Die fossile Säugetierwelt der Region ist in vielerlei Hinsicht beeindruckend und bietet bisher ungekannte Einblicke in die frühe Evolution der Hochgebirgsarten.“

Der Frankfurter Geowissenschaftler hat gemeinsam mit einem chinesisch-deutschen Forschungsteam in einer neuen Studie untersucht, wie und wann die außergewöhnliche Artenvielfalt auf dem Tibetplateau entstand. Durch die Datierung von Mineralablagerungen in fossilen Säugetierknochen und Paläo-Böden, kombiniert mit Höhenrekonstruktionen anhand stabiler Isotope aus dem Zahnschmelz von Pflanzenfressern und aus Bodenkarbonaten, konnten die Forschenden zeigen: Bereits vor rund 39 Millionen Jahren existierten im Osten Tibets ausgedehnte Hochgebirgslandschaften mit artenreichen Säugetiergemeinschaften. „Die Fossilien sind mit 39,2 bis 38,1 Millionen Jahren die älteste direkt datierte känozoische Säugetierfauna des Tibetischen Plateaus. Die von uns beprobten Pflanzenfresser lebten in Höhenlagen von etwa 3.400 Metern, also bereits in einem Lebensraum, dessen Höhenlage der heutigen Situation nahekommt“, ergänzt Dr. Songlin He, Wissenschaftler am Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt und dem Institute for Tibetan Plateau Research, CAS in Peking.

Eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der tibetischen Biodiversität spielte offenbar die Entstehung des Gebirges selbst. Als sich der Osten Tibets im Eozän – vor etwa 56 bis 34 Millionen Jahren – zunehmend anhob, veränderte sich auch das Klima. Es kam zu ausgeprägten jahreszeitlichen Niederschlägen. Mulch hierzu: „Dieses Klima kann nicht mit dem heutigen asiatischen Monsun gleichgesetzt werden, die starke Niederschlagssaisonalität war aber ein wichtiges Element der Umweltbedingungen im Hochland.“ Das entscheidende Indiz der Untersuchungen sind sogenannte falsche Jahresringe – Dichteschwankungen im Verlauf der Holzbildung – im 41,5 Millionen Jahre alten fossilen Holz. Diese entstehen, wenn das Pflanzenwachstum im Sommer unter Trockenstress gerät. „Dies ist typisch für ‚mediterranes‘ Klima wie es heute im Mittelmeerraum vorkommt und schuf günstige Umweltbedingungen für die Entwicklung einer artenreichen Hochgebirgsfauna und -flora“, ergänzt He.

Die neuen Ergebnisse liefern einen wichtigen zeitlichen Referenzpunkt für die frühe Entwicklung der Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Zugleich zeigen sie, wie eng Gebirgsbildung, Klimaentwicklung, Entstehung neuer Ökosysteme und die langfristige Entwicklung der Artenvielfalt verbunden sind. „Die Geschichte der Biodiversität im tibetischen Hochland reicht weiter zurück als bislang bekannt war. Der Osten Tibets spielte bereits sehr früh eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der heutigen Hochgebirgs-Biodiversität in Asien. Der Nachweis eines mediterranen Klimamusters vor 41,5 Millionen Jahre in Tibet zeigt, wie entscheidend Paläoklimarekonstruktionen zu unserem Verständnis des Klimasystems beitragen können“, schließt Mulch.

Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung

Originalpublikation:

He, S., Ding, L., Mulch, A. et al. Origins of biodiversity in eastern Tibet revealed by Eocene mammals and fossil tree rings. nature commun earth environ (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03967-1

Mit KI designte Proteine machen neue RNA-Transporter möglich

Thu, 03 Sep 2026 10:20:37 +0200

RNA-basierte Wirkstoffe nutzen RNA als Bauanleitung, damit Zellen bestimmte Proteine herstellen – etwa solche, die Gene gezielt verändern. Dafür muss die RNA unbeschädigt ins Zellinnere gelangen. Dafür kommen bislang unter anderem von Viren abgeleitete Transportvehikel oder Lipidnanopartikel zum Einsatz, also winzige Partikel aus fettähnlichen Molekülen. Beide Systeme haben Grenzen. Deshalb arbeiten Forschende an neuen Mechanismen, die RNA effizienter und perspektivisch auch gezielter in Zellen einschleusen.

Forschungsteams am Institut für Stammzellforschung (ISF) und am Institut für Entwicklungsgenetik (IDG) von Helmholtz Munich und der TUM haben nun einen RNA-Transporter von Grund auf neu konstruiert. Es kombinierte funktionelle Proteinbausteine mit einem, mithilfe generativer KI entworfenen Strukturprotein. Dieses bildet das Gerüst des Vehikels und kann Formen annehmen, die in der Natur so nicht vorkommen. „Wir wollten die Natur nicht nachbauen, sondern neue Strukturen für eine konkrete Aufgabe schaffen: den effizienten Transport von RNA“, sagt Dr. Christoph Gruber, Teamleiter am ISF und Co-Erstautor der Studie.

Das Team testete mehr als hundert Varianten. Überraschend schnitten gerade Proteinstrukturen mit nicht-natürlichen Geometrien besonders gut ab. Am leistungsfähigsten war STV-C8. „Dass ausgerechnet eine Struktur so gut funktioniert, die sich deutlich von natürlichen Viruskapsiden unterscheidet, war für uns ein entscheidender Befund“, sagt Dr. Maren Kirstin Schuhmacher, Postdoktorandin am ISF und ebenfalls Co-Erstautorin. „Er zeigt das Potenzial, das darin steckt, den Formenraum von Proteinen mit KI gezielt zu erweitern.“

In Zellkultur schleuste STV-C8 RNA weitaus effizienter in die Zielzellen ein als virusähnliche Partikel und die getesteten Lipidnanopartikel. Im Vergleich zu den Lipidnanopartikeln war seine Transfektionsrate deutlich höher; um eine vergleichbare Proteinproduktion zu erreichen, benötigte STV-C8 deutlich weniger RNA. Zudem ließ sich das System mit verschiedenen RNA-Frachten beladen und auf bestimmte Zielzellen ausrichten. „Diese Modularität ist für uns besonders wichtig, weil wir den Transporter an unterschiedliche Anwendungen und Zielzellen anpassen können“, sagt Dr. Florian Giesert, Leiter der Forschungsgruppe Gene Editing am ISF.

Ob der Ansatz auch im Organismus funktioniert, prüfte das Team in Tiermodellen. Nach intravenöser Gabe führte STV-C8 bei Mäusen vor allem in der Lunge zur Expression der transportierten RNA; Hinweise auf immunologische oder toxische Nebenwirkungen fanden die Forschenden nicht. Zudem beluden sie STV-C8 mit Komponenten des CRISPR/Cas9-Systems und injizierten den Transporter in den Muskel eines Schweins. Dort gelang es, einen krankheitsrelevanten Abschnitt im Dystrophin-Gen zu entfernen. Das Gen enthält die Bauanleitung für ein Protein, das Muskelzellen stabilisiert und bei der Duchenne-Muskeldystrophie gestört ist.

Noch ist STV-C8 ein experimentelles System. Für eine medizinische Anwendung müssen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie sich die Vehikel gezielt zu bestimmten Zelltypen lenken und im Körper verteilen lassen. „Mit STV-C8 haben wir eine Plattform geschaffen, die wir nun für unterschiedliche therapeutische Anwendungen weiterentwickeln können“, sagt Prof. Wolfgang Wurst, Emeritus of Excellence bei Helmholtz Munich und an der TUM sowie Letztautor der Publikation. Das Team plant zudem, die Technologie in eine Ausgründung zu überführen.

Helmholtz Munich

Originalpublikation:

Schuhmacher, M.K., Gruber, C., Lang, C.M.R. et al. Creating bottom-up RNA transfer vehicles from synthetic protein assemblies. Nature (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10952-3

Datenlücken an antarktischen Küsten beschränken Prognosen zum Meeresspiegelanstieg

Thu, 03 Sep 2026 09:53:38 +0200

Die antarktische Küstenzone ist nicht einfach nur der Rand des Kontinents. Sie ist ein eng verzahntes System, in dem das Eis des Eischilds sich über dem Meeresboden ausbreitet, erst aufliegend und weiter draußen als Schelfeise schwimmend. Hier werden Masse, Wärme und Nährstoffe in unterschiedlichen Prozessen mit dem Ozean ausgetauscht. Bereits kleinste Veränderungen können weitreichende Folgen für das System Erde haben. Dennoch sind wichtige Küstenbedingungen nach wie vor nur unzureichend erfasst, wie eine in der Fachzeitschrift Reviews of Geophysics veröffentlichte internationale Übersichtsarbeit zeigt. Sie hebt wesentliche Wissenslücken sowie die Notwendigkeit verbesserter Beobachtungen auf panantarktischer Ebene hervor. Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe sowie der Universitäten Kiel, Bremen, Tübingen, Dresden und Erlangen-Nürnberg waren beteiligt.

80 Wissenschaftler aus 16 Ländern aus den Bereichen Glaziologie, Ozeanographie, Geophysik und Atmosphärenwissenschaften haben zur Studie beigetragen, koordiniert durch die RINGS-Aktionsgruppe des Wissenschaftlichen Ausschusses für Antarktisforschung (SCAR). RINGS wird zudem vom Rat der Leiter der nationalen Antarktisprogramme (Council Of Managers Of National Antarctic Programs, COMNAP) unterstützt, der logistisches Fachwissen für eine effiziente Planungsgestaltung bereitstellt und die Unterstützung durch nationale Antarktisprogramme besser koordiniert. In der Übersichtsarbeit fassen die Forschenden den aktuellen Wissensstand darüber zusammen, wie der antarktische Eisschild und das daraus abfließende Schelfeis, Ozean, Atmosphäre und die feste Erde in der Küstenzone der Antarktis zusammenwirken, indem sie vorhandene Beobachtungen, Modelle und Theorien kombinierten. Die Ergebnisse zeigen, dass es zu wenig direkte Beobachtungsdaten über die Topografie des Küstenuntergrunds und der Hohlräume unter dem Schelfeis gibt. Diese sind allerdings entscheidend, um zuverlässige Vorhersagen über die Zukunft des Antarktischen Eisschilds sowie die Folgen für das Klima und den Anstieg des globalen Meeresspiegels zu machen.

Diese unvollständige Datenlage erschwert zudem genaue Schätzungen des antarktischen Eisverlusts und des künftigen Meeresspiegelanstiegs, da Eisschildmodelle äußerst empfindlich auf die Bedingungen an der Küste reagieren. Selbst fortschrittliche Modelle können irreführende Ergebnisse liefern, wenn diese Daten fehlen oder nur unzureichend bekannt sind. Zwar liefern Satellitenbeobachtungen aussagekräftige Messungen der Eisbewegung und der Oberflächenveränderungen, doch können sie das Untergrundgestein unter dem Eis vom Weltraum aus nicht erfassen. „Satellitendaten allein reichen nicht aus, um den Eisverlust in den Ozean zuverlässig abzuschätzen, und Computermodelle allein können zukünftige Veränderungen nicht vorhersagen. Beide sind auf genaue Kenntnisse der Topografie des Untergrunds angewiesen. Beobachtungen wie die in dieser Arbeit vorgeschlagenen liefern ein entscheidendes fehlendes Puzzleteil“, sagt der Erstautor und Koordinator der RINGS-Aktionsgruppe, Dr. Kenichi Matsuoka vom Norwegischen Polarinstitut.

„In den letzten Jahrzehnten hat das AWI herausragende Fachkompetenz bei luftgestützten Messungen der Eisdicke, des Eisbettes, und der Hohlräume unter dem Schelfeis aufgebaut, die dazu beitragen kann, die Wissenslücke in dieser kritischen Zone zu schließen, in der die Eisschicht auf den Ozean trifft. Allerdings sind die derzeit verfügbaren Beobachtungen noch spärlich und erhöhen die Unsicherheiten in unserem Prozessverständnis und unseren Zukunftsprognosen“, sagt Olaf Eisen, Professor für Glaziologie am AWI und an der Universität Bremen sowie deutscher Vertreter bei RINGS und Mitautor der Übersichtsarbeit.

Da kein einzelnes Land allein eine flächendeckende Erfassung erreichen kann, betonen die Forschenden, dass eine internationale Koordination unerlässlich ist. „Unkoordinierte Erhebungen bergen das Risiko, dass Lücken entstehen oder Doppelarbeit geleistet wird. Diese Veröffentlichung bietet einen evidenzbasierten Rahmen zur Unterstützung der Koordinierung der RINGS-Aktivitäten unter der Schirmherrschaft von SCAR und COMNAP und trägt so zum Aufbau umfassenderer Datensätze für verbesserte Meeresspiegelprognosen bei“, sagt Matsuoka.

Mitautorin Naomi Krauzig, Wissenschaftlerin in der Forschungseinheit Physikalische Ozeanographie am GEOMAR sagt: "Um zukünftige Veränderungen des antarktischen Eisschildes und ihre Auswirkungen auf Ozean, Klima und Meeresspiegel besser vorhersagen zu können, benötigen wir langfristige, koordinierte Messprogramme und eine enge internationale Zusammenarbeit. Autonome Plattformen bieten dabei neue Möglichkeiten, auch während des antarktischen Winters und in schwer zugänglichen Regionen unter Meereis und insbesondere unter Schelfeisen dringend benötigte Beobachtungsdaten zu gewinnen.“

Ebenso schätzt Mitautor Professor Jörg Ebbing, Leiter der Arbeitsgruppe Satelliten und Aerophysik an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) die derzeitige Datenlage ein. Der Geophysiker beschäftigt sich vor allem mit den Wechselwirkungen zwischen Eis und fester Erde. „Informationen über die Struktur der Lithosphäre, die äußerste, feste Gesteinshülle, die aus der Erdkruste und dem obersten Erdmantel besteht, sind entscheidend für Bestimmung von Schmelzraten. Hier fehlen uns noch eine Vielzahl an geophysikalischen Daten, die wir zukünftig mit neuen Flugzeug-gestützten Messungen erheben wollen,“ so der CAU-Forscher.

Mit-Autor Dr. Graeme Eagles, Geophysiker am AWI, der selbst bereits für RINGS Befliegungen geleitet hat, fügt hinzu: „Dank der herausragenden Messkompetenz des AWI an Bord unserer Polarflugzeuge und in Zusammenarbeit mit unseren deutschen Partnern aus Bundesbehörden, Helmholtz-Forschungszentren und Universitäten ist Deutschland einer der wichtigsten Mitwirkenden und Datenlieferanten für die internationale RINGS-Initiative. Wir freuen uns, dass wir in der kommenden Saison in engster Zusammenarbeit mit den Polarforschungsinstituten in Norwegen und Japan neue Beobachtungen sammeln können.“

„Solche international koordinierten Bemühungen können als Sprungbrett für das nächste Internationale Polarjahr 2032/33 dienen“, schließt Matsuoka.

Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Originalpublikation:

Kenichi Matsuoka, Geir Moholdt, Jennifer Arthur, et al. Towards an improved understanding of the Antarctic coastal zone and its contribution to future global sea level. ESS Open Archive. 13 July 2025. DOI: https://doi.org/10.22541/essoar.175241971.19851046/v1

Rätsel der verzweigten Meereswürmer gelöst

Thu, 03 Sep 2026 09:50:06 +0200

Verzweigte Meereswürmer sind weltweit in verschiedenen Meeresregionen verbreitet – von Flachwassergebieten bis hin zu Tiefen von bis zu 1.000 Metern. Dort leben sie im Inneren von Meeres-Schwämmen, wo sie sich dank ihres einzigartigen Körperbaus optimal aufhalten können. Über ein Jahrhundert lang wurden die verzweigten Würmer als eine einzige Art klassifiziert. Jetzt identifizierten die Forschenden jedoch zwei Hauptlinien: Die Gattung Ramisyllis und die völlig neue Gattung, Cladosyllis. Außerdem klassifizierte das Team dreizehn verschiedene Formen, darunter mindestens zehn vermutlich völlig neue Arten. Möglich gemacht hat das die Kombination von DNA-Sequenzierungen von Museumsexemplaren mit neu gesammelten Exemplaren und detaillierten anatomischen Analysen.

„Diese Sammlungen sind wertvolle Ressourcen, die stetig neue Entdeckungen hervorbringen“, erklärt Prof. Maria Teresa Aguado, wissenschaftliche Kuratorin des Biodiversitätsmuseum an der Universität Göttingen und Leiterin der Studie. Mitautor Dr. Ekin Tilic vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt fügt hinzu: „Einige der Schwämme, in denen sich verzweigte Würmer versteckten, stammten aus der Senckenberg-Sammlung und reichen bis ins Jahr 1914 zurück. Mithilfe der Mikro-CT-Bildgebung konnten wir Würmer freilegen, ohne die Schwämme zu beschädigen – moderne Techniken helfen uns dabei, verborgene Artenvielfalt in jahrhundertealten Sammlungen wiederzuentdecken.“

Doch wie entstand diese Vielfalt? Dr. Guillermo Ponz Segrelles, ehemaliger Forscher an der Autonomen Universität von Madrid und Mitautor der Studie, erklärt: „Wir haben gezeigt, dass der Stammbaum von verzweigten Würmern – genau wie ihre Körper – viele Verästelungen aufweist. Jede davon ist eng mit einer bestimmten Schwammart verbunden. Es ist also die Art des Wirtes, welche die Evolution von verzweigten Würmen maßgeblich geleitet hat.“

Die Forschung löst damit nicht nur das Rätsel um die Klassifizierung der bizarren Lebewesen, sondern liefert auch neue Einblicke in die Evolution tierischer Körper im Allgemeinen: Alle verzweigten Würmer stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab, was bedeutet, dass sich ihre außergewöhnliche Körperarchitektur ein einziges Mal entwickelt hat. Die beiden Hauptlinien bildeten dann ihre Verzweigungen auf unterschiedliche Weise – ein Zeugnis für die Flexibilität der Evolution. Die Forschenden gehen davon aus, dass noch viele weitere Arten verzweigter Würmer unentdeckt sind, und dass diese Tiere ein wichtiges Modell für die Entschlüsselung der Evolution komplexer Körperformen, der Symbiose und der Artenvielfalt in marinen Ökosystemen darstellen könnten.

Universität Göttingen

Originalpublikation:

Aguado Molina, MT et al.: Many Branches, One Lineage: Museomic Insights into the Diversity and Evolution of Branching Syllid Worms. Zoological Journal of the Linnean Society (2026). DOI: http://10.1093/zoolinnean/zlag120

Sinkende Versuchstierzahlen: Auf Spurensuche nach den Gründen

Thu, 03 Sep 2026 09:29:29 +0200

Das BfR hat mit Hilfe verschiedener konzeptioneller Ansätze die Gründe für den Rückgang und dabei auch mögliche Auswirkungen auf die lebenswissenschaftliche Grundlagenforschung wie auch die translationale und angewandte Forschung untersucht.

Der Rückgang der Versuchstierzahlen in Deutschland ist mit Blick auf die vergangenen zehn Jahre statistisch signifikant und insbesondere für den Bereich der regulatorischen Tierversuche, aber auch für die translationale und angewandte Forschung zu beobachten. Die Ursache für die Reduktion der Versuchstierzahlen lässt sich nicht auf einen Faktor zurückführen, sondern ist sehr wahrscheinlich multifaktoriell.

Die Ausgaben des Bundes für die Grundfinanzierung der Hochschulen und für Projektförderungen im Bereich der Gesundheitsforschung und -wirtschaft sind besonders in den letzten drei bis vier Jahren nicht im gleichen Maße angestiegen wie in anderen Bereichen (z. B. Informations- und Kommunikationstechnologien oder wehrwissenschaftliche Forschung). Teilweise sind sie sogar zurückgegangen. Auch die Bewilligung von DFG-geförderten Projekten im Bereich der lebenswissenschaftlichen Grundlagenforschung ist nicht parallel zum Gesamtfördervolumen angewachsen. Eine verringerte finanzielle Förderung im Bereich der Lebenswissenschaften kann Auswirkungen auf die tierexperimentelle biomedizinische Forschung haben und somit zu einer Reduktion der Versuchstierzahlen beitragen.

Über die letzten zehn Jahre zeigt sich zudem ein Trend, dass in Deutschland in den zwei Forschungsbereichen Neurowissenschaften und Immunologie, für die auch ein Großteil der Versuchstiere verwendet wird, vermehrt in-vitro-Methoden zum Einsatz kommen und die tierbasierte Forschung leicht zurückgeht. Dies könnte ein Zeichen dafür sein, dass in Deutschland vermehrt Alternativmethoden zum Einsatz kommen und dies zum Rückgang von Tierversuchen beiträgt. Dieser Trend ist jedoch für den Forschungsbereich Onkologie nicht zu beobachten.

Eine Verlagerung von Tierversuchen ins Ausland könnte ebenfalls zum Absinken der Versuchstierzahlen beitragen. Dies zeigt die exemplarische Analyse von Publikationen aus Deutschland, in denen Versuche mit Ratten beschrieben wurden. Hier konnte über den Verlauf der letzten zehn Jahre ein leichter, aber signifikanter Anstieg des Anteils der Versuche, die außerhalb Deutschlands durchgeführt wurden, beobachtet werden. Es müsste aber untersucht werden, ob der Trend anhält und auch für andere Stichproben, z. B. andere Tierarten wie Mäuse, beobachtet werden kann.

Der oft angeführte Grund, dass Tierversuchsvorhaben in Deutschland sehr stark reglementiert sind und lange Bearbeitungszeiten dazu führen, dass immer weniger Tierversuche durchgeführt werden können, lässt sich mit diesen Untersuchungen weder bestätigen noch belegen. Die Analyse der in Deutschland genehmigten Tierversuchsvorhaben zeigt, dass die Anzahl der genehmigten Vorhaben zwar in den letzten Jahren gesunken ist, die Zahl der genehmigten Versuchstiere aber höchstens schwach rückläufig ist und nach wie vor weit über den Zahlen der tatsächlich verwendeten Tiere liegt.

Nicht nur in Deutschland, sondern auch in anderen europäischen Ländern ist innerhalb der letzten zehn Jahre ein Rückgang der Versuchstierzahlen zu beobachten. Dieser Rückgang ist grundsätzlich zu begrüßen und zeigt, dass die Bemühungen der Europäischen Kommission, Tierversuche auf das unerlässliche Maß zu beschränken, Früchte tragen. Die Gründe für die europaweite Reduktion sind allerdings sehr unterschiedlich, wahrscheinlich landesspezifisch und aufgrund der Komplexität des Themas nur sehr schwierig zu ermitteln.

Bundesinstitut für Risikobewertung

Link zum Bericht: Sinkende Versuchstierzahlen in Deutschland

Ein Enzym, das Hoffnung macht: Neuartiges Plastik-abbauendes Enzym in Bakterien entdeckt

Wed, 02 Sep 2026 11:51:26 +0200

In den Ozeanen sammeln sich riesige Mengen Plastikmüll in sogenannten Müllstrudeln („Great Garbage Patches“) an und werden den dort lebenden Organismen zum Verhängnis. Das liegt daran, dass die heute verwendeten synthetischen Plastik-Polymere nur sehr langsam biologisch, also durch Mikroorganismen, zersetzt werden können. Stattdessen führt die physikalische Fragmentierung der Materialien zu Mikro- und Nanoplastik. Auf dem in der Umwelt befindlichen Plastikmüll siedeln sich allerdings Mikroben an und bilden so einen Biofilm in einem ganz eigenen mikrobiellen Lebensraum, den die Forschung als „Plastisphäre“ bezeichnet.

Ein in solchen Bakterien neu entdecktes Enzym weckt die Hoffnung, dass Mikroorganismen sich schneller als erwartet auf den Abbau von Plastik spezialisieren könnten. Ein Forschungsteam der Universität Konstanz stieß auf das bislang unbekannte Enzym, das nicht nur bestimmte Polyester- und Bio-Plastikarten zersetzen kann, sondern den Bakterien zudem eine Antibiotika-Resistenz verleiht. Aufgrund seiner Struktur mit weit geöffnetem aktivem Zentrum bezeichnen die Forscher*innen den „Plastikfresser“ als „Pac Man Enzym“. Der Mensch kann den Plastikabbau in der Umwelt unterstützen, indem er bestenfalls nur noch Bioplastik verwendet, das sich von den Mikroorganismen zerlegen lässt.

Das Forschungsprojekt

In ihrem Forschungsprojekt untersuchten die Konstanzer Biologen Harry Lerner sowie David Schleheck die vollständige mikrobielle Zersetzung von Bioplastik. Zugleich erforschten sie die Zusammensetzung sowie die gesamte Erbinformation (das Metagenom) der daran beteiligten Mikrobengemeinschaft. Für die Studie wurden Bioplastik-Materialien verwendet, die die Gruppe um Chemiker Stefan Mecking entwickelt hat – die sogenannten Langkettigen Aliphatischen Polyester (LCAP). Ihre gemeinsame Studie wurde nun im renommierten The ISME Journal veröffentlicht.

Wie ging das Forschungsteam bei seiner Studie vor? „Wir vergruben kleine Stücke an Folie des LCAP-Bioplastiks in der obersten Humusschicht im Wald des Botanischen Gartens der Universität, etwa zehn Zentimeter tief“, erklärt Harry Lerner. „In dieser Schicht findet nämlich der Abbau von Zellulose und von anderen natürlichen Polymeren wie Cutin, einem pflanzlichen Polyester, statt.“ Gleichzeitig vermischte das Team ein Pulver des Bioplastiks in Proben desselben Waldbodens im Labor. Die Proben im Wald wurden für ein ganzes Jahr so belassen, während bei den Proben im Labor der Abbau der Materialien über die CO2-Produktion und damit die mikrobielle Respiration sehr detailliert verfolgt wurde – ebenso über ein ganzes Jahr hinweg. „Als Referenzen im Labor dienten Zellulose, andere Bioplastik-Arten wie PHBV und PCL, sowie Hartplastik (HDPE) und unbehandelter Boden als Negativkontrolle. Bei allen Bioplastik-Materialien konnten wir einen vollständigen Abbau innerhalb von etwa 250 bis 330 Tagen nachweisen, bei Zellulose nach etwa 80 Tagen, während bei HDPE praktisch gar nichts passierte“, beschreibt Lerner.

Ein unerwarteter Fund

Auf die Forschenden wartete eine Überraschung, und zwar bei der Untersuchung der Folien aus dem Waldboden: Im Elektronenmikroskop wurde sichtbar, dass sich mikroskopisch kleine Löcher in der Folie gebildet hatten. Und diese Löcher hatten genau die Größe und Form einzelner Bakterienzellen. „Bakterien könnten – das war unsere Vermutung – mit fest auf ihrer Zelloberfläche verankerten Plastik-Depolymerasen beschichtet sein, sich quasi in das Material hineinverdauen und deshalb in der Folie versinken. Dabei hinterlassen sie jeweils solch winzige Löcher“, erklärt Lerner.

Um herauszufinden, welche Mikroben sich beim Abbau der Bioplastik-Materialien in den Bodenproben anreichern und mit welchen Enzymen der Abbau der Materialien bewerkstelligt wird, extrahierte Harry Lerner die Gesamt-DNA der Organismengemeinschaft im Boden, sequenzierte diese und analysierte die großen Datenmengen mit viel Geduld und Sorgfalt. Die Mikrobiologen fanden ein Gen, das sich allein im Waldboden mit LCAP stark angereichert hatte. Es kodiert für ein sogenanntes Esterase-Enzym, das sowohl ein Sekretionssignal – sozusagen eine Art Adressetikett für den Export nach außerhalb der Zelle – als auch einen sogenannten Membrananker (Lipidanker) besitzt. Letzterer ermöglicht die feste Bindung des Enzyms an die Zelloberfläche. Das „Pac-Man Enzym“ war gefunden.

Mit dem Enzym ergab sich noch eine weitere Überraschung: „Es zeigt eine strukturelle Ähnlichkeit zu Esterasen, aber auch zu Betalaktamasen, also zu bakteriellen Enzymen, die in der Lage sind, den Betalaktam-Ring bestimmter Antibiotika wie Penicillin zu spalten und damit den Bakterien eine Antibiotika-Resistenz zu vermitteln“, so Lerner. Und tatsächlich konnten die Forscher die biochemische Doppelfunktion des Enzyms, einerseits Polyester in Monomere zu zerlegen und andererseits Penicillin zu spalten, auch im Labor nachweisen.

Ein Umbruch in der Plastisphäre?

„In unserer Umwelt ist die Plastisphäre ein neues Habitat“, betont Schleheck. „Der Mensch bringt Plastik erst seit etwa 50 bis 75 Jahren in relevanten Mengen in die Umwelt ein. Seitdem steht es den mikrobiellen Gemeinschaften – beispielsweise Bakterien, Hefen und Pilzen – eigentlich als zusätzliches Kohlenstoff- und Energiesubstrat für ihr Wachstum zur Verfügung. Mit ‚eigentlich‘ meine ich, dass sie das Plastik sicherlich gerne als Wachstumssubstrat verwenden würden – aber das können sie nicht, denn die Materialien sind für den mikrobiellen Stoffwechsel praktisch unverdaulich und werden deshalb kaum abgebaut.“

Zumindest bisher. Das „Pac-Man Enzym“ könnte nun einen Umbruch signalisieren, dass sich manche Mikroorganismen inzwischen ganz auf den Plastik-Abbau spezialisieren. „Das macht mir persönlich Hoffnung, denn es sieht so aus, als könnten sich Bakterien auf den Abbau von Polyester-Plastikarten schneller spezialisieren als gedacht. Für die Lösung des Plastikproblems in der Umwelt bedeutet dies, dass wir Menschen den Mikroben entgegenkommen müssen und in Zukunft bestenfalls nur noch Polymere verwenden, die solche biochemischen Sollbruchstellen besitzen wie die hydrolysierbaren Ester-Brücken in Polyestern, beispielsweise in LCAP oder anderen Bioplastikarten”, sagt Schleheck.

Universität Konstanz

Originalpublikation:

Harry Lerner, Diego Casaburi, Nele Charlott Meier, Léa Bernabeu, Marcel Eck, Stefan Mecking, David Schleheck, Bacterial family-VIII esterase displays dual activities: hydrolysis of polyester bioplastics and β-lactam antibiotics, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag203, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag203

Eine Sommer-Odyssey: Mornellregenpfeifer-Weibchen suchen in ganz Nordeuropa mehrere Partner auf

Wed, 02 Sep 2026 11:39:52 +0200

Auf einem hochgelegenen norwegischen Plateau tauchen Ende Mai erste kahle Stellen im Schnee auf – und mit ihnen einige der aufgeschlossensten Vögel Europas. Mornellregenpfeifer brüten auf exponierten Bergkämmen und in der arktischen Tundra, von Schottland über Skandinavien bis nach Sibirien. Sie sind bekannt für ihre Toleranz gegenüber Menschen – eine Eigenschaft, die sie seit jeher zu einer leichten Beute für Jäger gemacht hat. Auch in anderer Hinsicht sind sie ungewöhnlich: Bei dieser Art ist das Weibchen das größere und farbenprächtigere Tier der beiden Partner und übernimmt die aktive Rolle bei der Balz. Weibchen balzen und konkurrieren untereinander um einen Partner. Sobald ein Weibchen jedoch sein Gelege aus drei Eiern ins Nest gelegt hat, verlässt es in der Regel das Männchen. Dieses bebrütet daraufhin die Eier und zieht die Küken allein auf.

Lange war unklar, wohin sich die Mornellregenpfeifer-Weibchen anschließend begeben. Jahrzehntelange Feldbeobachtungen haben ergeben, dass die meisten Weibchen den Brutplatz kurz nach der Eiablage verlassen. Da es für die Rückwanderung in ihre nordafrikanischen Überwinterungsgebiete wahrscheinlich noch zu früh ist, vermuteten Ornithologen schon lange, dass die Weibchen auf der Suche nach weiteren Paarungsmöglichkeiten an einen anderen Ort ziehen. Keines dieser Tiere wurde jedoch jemals verfolgt, um diese Vermutung zu bestätigen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Bart Kempenaers vom Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz (MPI-BI) hat in einer neuen Studie weibliche Mornellregenpfeifer mithilfe von Satellitensendern verfolgt und dabei interessante Verhaltensmuster entdeckt.

„Traditionell geht man davon aus, dass Zugvögel ihre großen Wanderungen zwischen den Überwinterungs- und Brutgebieten unternehmen und die Brutzeit eine weitaus sesshaftere Phase des Jahres darstellt“, sagt Peter Santema, Postdoktorand am MPI-BI und einer der Erstautoren der Studie, die in Proceedings of the Royal Society B veröffentlicht wurde. „Wir haben nun gezeigt, dass weibliche Mornellregenpfeifer in nur einem Sommer Hunderte Kilometer zwischen ihren Brutplätzen zurücklegen können. Interessanterweise haben wir diesen Verhalten bereits bei den Männchen anderer Watvögel beobachtet, bei denen die Weibchen die Jungvögel allein aufziehen. Demnach scheint bei Arten, bei denen ein Geschlecht die Aufzucht allein übernimmt, das andere Geschlecht in einem Ausmaß nach weiteren Paarungsmöglichkeiten zu suchen, das wir uns bisher nicht vorstellen konnten. Diese Erkenntnis wirft neue Fragen auf: Wie nutzen weibliche Mornellregenpfeifer die Landschaft? Was bedeuten diese Bewegungen für ihren Fortpflanzungserfolg? Und wie verbinden sie möglicherweise Populationen, die Feldforschende lange Zeit getrennt untersucht haben?“

Mehrere Zwischenstopps

Bei einigen Vogelarten, wie dem Graubrust-Strandläufer und dem Kampfläufer, übernehmen die Weibchen die gesamte Aufzucht der Jungvögel. Vorangegangene Arbeit von Prof. Kempenaers und seinem Team haben gezeigt, dass die Männchen solcher Arten innerhalb einer einzigen Saison Tausende von Kilometern zwischen den Brutplätzen zurücklegen können, um weitere Paarungspartner zu finden. Bei den Mornellregenpfeifern sind die Rollen vertauscht: Die Männchen brüten die Eier aus und ziehen die Küken auf. Diese neue Studie ist die erste, die untersucht, wie weit Weibchen einer polyandrischen Art wandern können.

Das Team stattete 21 weibliche Mornellregenpfeifer mit zwei Gramm schweren, solarbetriebenen Satellitensendern aus und verfolgte ihre Bewegungen während der gesamten Brutzeit. Die Vögel wurden über drei Saisonen hinweg auf der Hochebene Hardangervidda im Süden Norwegens, sowie an Zugrastplätzen in den italienischen Alpen markiert. Während des etwa siebenwöchigen Zeitraums, in dem weibliche Mornellregenpfeifer typischerweise ihre Eier legen, ließen sich die einzelnen Weibchen an ein bis fünf verschiedenen Standorten nieder, wobei der Median bei drei Standorten lag. Aufeinanderfolgende Orte lagen in der Regel weniger als 100 km voneinander entfernt, doch ein Weibchen legte zwischen zwei Aufenthalten 973 km zurück, die größte Reichweite betrug insgesamt 1.343 km.

Die Bewegungen der Vögel folgten einem saisonalen Muster. Zu Beginn zogen die Weibchen überwiegend nach Norden. Möglicherweise folgten sie der sich zurückziehenden Schneegrenze, da sich in dem Zuge neue Brutgebiete auftaten. Später ließ das nach Norden gerichtete Muster nach und die Wanderungen wurden kürzer. Möglicherweise suchten die Weibchen eher lokal nach Männchen, deren frühere Brutversuche gescheitert waren. Die Wanderungen der weiblichen Mornellregenpfeifer waren geringer als die der Männchen polygamer Arten – ein Unterschied, der den höheren Aufwand widerspiegelt, den die Weibchen aufbringen müssen: Männchen benötigen nur eine einzige Paarung, um sich an einem Ort fortzupflanzen. Weibchen hingegen gehen eine kurzfristige Paarbindung ein und müssen ein volles Gelege ablegen.

Interessanterweise verweilten die Weibchen an ihrem letzten Standort im Median 41 Tage – weitaus länger als die kurzen Aufenthalte an früheren Standorten. Zwei Weibchen kehrten zudem an einen Standort zurück, den sie bereits verlassen hatten, eines davon nach zwanzig Tagen und aus einer Entfernung von 382 km. Frühere Studien haben gezeigt, dass an einigen Nestern die Brutpflege von Mornellregenpfeifer-Weibchen erfolgt und am häufigsten gegen Ende der Saison sowie am nördlichen Rand des Verbreitungsgebiets auftritt. Diese Beobachtungen legen nahe, dass es sich bei einigen der langen, letzten Aufenthalte um Weibchen handeln könnte, die dazu übergehen, ein Gelege zu bebrüten. Allerdings lassen sich solche Verhaltensweisen allein anhand von Satellitendaten nur schwer interpretieren. Um das Brutverhalten weiblicher Mornellregenpfeifer vollständig zu verstehen, sind Feldstudien erforderlich. Nur solche können erneute Paarungen und die Brutpflege durch Weibchen zweifelsfrei nachweisen.

„Lokale Populationen von Mornellregenpfeifern könnten tatsächlich auf eine Weise miteinander verbunden sein, die wir bisher übersehen haben – und zwar indem dieselben Weibchen zwischen weit voneinander entfernten Standorten hin- und herziehen“, sagt Bart Kempenaers, Leiter der Abteilung für Ornithologie am MPI-BI und einer der Erstautoren der Studie. „Die Wanderungen und das Brutverhalten dieser wunderschönen Vögel veranschaulichen, wie die Welt miteinander verbunden ist: Ihr Jahreszyklus erstreckt sich vom Hochland und der Tundra Nordeuropas und Russlands bis hin zu den Halbwüsten Nordafrikas. Die Kombination von Ortungsdaten mit Feldforschung an den Brutplätzen ist der nächste Schritt, um herauszufinden, was diese Wanderungen für die Evolution der Paarungssysteme bedeuten. Außerdem müssen wir mehr Vögel in verschiedenen Regionen mit Sendern ausstatten, um besser zu verstehen, wie ihre Populationen miteinander verbunden sind. Wir haben gelernt, dass uns selbst gut erforschte Vögel immer noch überraschen können.“

MPI für biologische Intelligenz

Originalpublikation:

Bart Kempenaers, Peter Santema, Margherita Cragnolini, Luke Eberhart-Hertel, Johannes Krietsch, Eunbi Kwon, Terje Lislevand; Females of a socially polyandrous, sex-role reversed shorebird visit multiple breeding sites within a single season. Proc. R. Soc. B 1 September 2026; 293 (2078): 20261110. https://doi.org/10.1098/rspb.2026.1110

Mini-Tumore zeigen neue Wirkstoffkombinationen gegen Leberkrebs

Wed, 02 Sep 2026 11:17:48 +0200

Immuntherapien gegen Leberkrebs haben die Behandlung zwar stark verbessert, sie schlagen jedoch nicht bei allen Patientinnen und Patienten an. Das Problem: Lebertumore können biologisch sehr unterschiedlich sein, etwa abhängig von der Ursache der Erkrankung und den genetischen Veränderungen der Krebszellen. Entsprechend unterschiedlich können sie auf Medikamente reagieren.

Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Markus Heim und Dr. Sandro Nuciforo von der Universität Basel berichtet nun in «Cell Reports» von neuen Anwendungsmöglichkeiten für bereits zugelassene Medikamente sowie von neuen Wirkstoffkombinationen. Eine davon erwies sich auch im Tiermodell als vielversprechend.

Für ihre Untersuchung etablierten die Forschenden eine Sammlung aus 35 unterschiedlichen Organoidlinien der häufigsten Form von Leberkrebs, dem hepatozellulären Karzinom. Dabei handelt es sich um dreidimensionale Gebilde aus lebenden Krebszellen, die wichtige Eigenschaften des ursprünglichen Tumors bewahren. Zwar werden solche Organoid-Sammlungen bei der Suche nach neuen Wirkstoffen bereits genutzt. Das Besondere an der Basler Sammlung ist jedoch, dass viele dieser Mini-Tumoren aus kleinen Gewebeproben stammen, die bei diagnostischen Nadelbiopsien entnommen wurden. Dadurch sind auch fortgeschrittene Tumore vertreten, die in bisherigen Organoid-Sammlungen unterrepräsentiert sind.

«Unsere Sammlung bildet damit unterschiedliche Krankheitsstadien ab, aber auch Lebertumore mit verschiedenen Ursachen», erklärt Sandro Nuciforo, Erstautor der Studie. So lasse sich prüfen, welche Wirkstoffe trotz der grossen biologischen Unterschiede zwischen den Tumoren wirksam sind.

Über 1600 Wirkstoffe durchforstet

In einem ersten automatisierten Screening testete das Team 1642 Substanzen an vier gezielt ausgewählten Leberkrebs-Organoiden. Darunter waren Krebsmedikamente, experimentelle Wirkstoffe und bereits für andere Krankheiten zugelassene Medikamente. Vielversprechende Treffer überprüften die Forschenden anschliessend an einer grösseren Auswahl von Organoiden. Mehrere Therapeutika zeigten eine starke Wirkung gegen die Tumorzellen und könnten deshalb für eine neue Anwendung bei Leberkrebs interessant sein.

Anschliessend suchten die Forschenden gezielt nach Kombinationen von Wirkstoffen mit unterschiedlichen Wirkmechanismen. «Statt auf eine einzelne Schwachstelle des Tumors zu setzen, kombinieren wir Wirkstoffe mit unterschiedlichen Wirkmechanismen», so Markus Heim. «Dadurch könnte die Therapie auch dann wirksam bleiben, wenn sich die Schwachstellen von Tumor zu Tumor unterscheiden.»

Einige Zwei- und Dreifachkombinationen wirkten dabei über verschiedene Tumororganoide hinweg stärker als einzelne Medikamente. Bei den Dreifachkombinationen zeigte sich zudem, dass einige deutlich schwächer auf nicht-tumoröse Leberorganoide wirkten als auf die Krebsmodelle, ein Hinweis darauf, dass sich Tumorzellen möglicherweise selektiver angreifen lassen.

Tests im Tiermodell

Eine besonders vielversprechende Kombination aus den Wirkstoffen Regorafenib, Selinexor und Ixazomib untersuchten die Forschenden anschliessend genauer. In Mäusen mit Tumoren, die aus Patientenorganoiden hervorgegangen waren, bremste die Dreifachtherapie das Tumorwachstum stärker als Regorafenib allein und zeigte im untersuchten Modell keine ausgeprägte zusätzliche Toxizität.

Bis zu einer möglichen Anwendung bei Patientinnen und Patienten sind weitere Untersuchungen notwendig. Organoide bilden beispielsweise Blutgefässe, Immunzellen und andere Bestandteile der Umgebung eines Tumors nur unvollständig ab. Die Studie zeigt, wie sich eine vielfältige Sammlung an Organoiden aus Patientenproben nutzen lässt, um systematisch Wirkstoffe zu testen und daraus Kombinationstherapien zu entwickeln, die trotz der grossen Unterschiede zwischen einzelnen Tumoren wirksam sind.

Universität Basel

Originalpublikation:

Sandro Nuciforo et al.: Hepatocellular carcinoma organoids enable drug discovery and combination therapy across heterogeneous tumors, Cell Reports (2026), doi: https://doi.org/10.1016/j.celrep.2026.117895

Gemeinsame Erklärung für eine starke und freie Wissenschaft

Wed, 02 Sep 2026 11:13:53 +0200

Viola Bronsema, Geschäftsführerin von BIO Deutschland sagt: „Wir setzen auf Vielfalt, Offenheit und Chancengleichheit und bekennen uns zur freiheitlich demokratischen Grundordnung“, und zitiert aus dem Papier: „Wissenschaft und Forschung brauchen Freiheit. Eine fortschrittliche, resiliente Demokratie und eine moderne, international kompetitive Wirtschaft brauchen eine freie Forschung. Wer versucht, die Wissenschaft zu instrumentalisieren, versperrt einer freien Gesellschaft die Zukunft“

BIO Deutschland

Die Erklärung der Organisationen finden Sie hier: https://static1.squarespace.com/.../2026_09_Positionspapier_Freie+Wissenschaft_Erfolgreiche+Wirtschaft_Starkes+Deutschland.pdf

Genom-Umbau, vor dem Landgang, arktische Tangwälder und Baumschutzschichten: Preise für vier Pflanzenforschende

Wed, 02 Sep 2026 10:22:42 +0200

In Bochum werden drei der Preistragenden ihre Ergebnisse den rund 500 angemeldeten Tagungsteilnehmenden in einem Vortrag präsentieren. Doch worin genau besteht die wissenschaftliche Exzellenz der ausgezeichneten Arbeiten?

Mit CRISPR/Cas erstmals die Anzahl der Chromosomen in Pflanzen erfolgreich reduziert

Den Eduard-Strasburger-Preis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) erhält dieses Jahr Dr. Michelle Rönspies vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT) für ihre im Fachmagazin Science erschienene Arbeit. Darin belegt Dr. Rönspies als Erstautorin erstmals, dass sich mit der Genschere CRISPR/Cas auch große Fragmente im Pflanzengenom umstrukturieren lassen, ohne Wachstum oder Entwicklung zu beeinträchtigen. Ihr gelang es in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) durch Fusionen in zwei aufeinanderfolgenden Schritten, beide Arme von Chromosom Nummer drei auf ein bzw. zwei andere Chromosomen zu übertragen, miteinander zu verschmelzen und so einen neuen Karyotyp zu erzeugen: Pflanzen mit acht anstelle von zehn Chromosomen. Mit der Genschere CRISPR/Cas konnte sie so einen Vorgang im Labor gezielt nachstellen, wie er auch in der Natur und im Laufe der Evolution immer wieder auftritt, was bis dahin noch nie zuvor bei Pflanzen gelungen war. Die Nachkommen der neuen Pflanzen, die mit normalen Pflanzen gekreuzt worden waren, bildeten allerdings weniger Samen, die jedoch genauso fruchtbar waren wie nicht veränderte Pflanzen. Die Arbeit von Dr. Rönspies zeigt damit auch die enorme Plastizität pflanzlicher Genome und eröffnet nicht nur der Grundlagenforschung neue Forschungsansätze. Langfristig können derartige Genomveränderungen erzeugt werden, etwa um Pflanzen genetisch von ihren wilden Verwandten zu isolieren, um ungewollte Auskreuzungen zu verhindern. In der Pflanzenzüchtung könnten damit stress- und klimaresistente Pflanzen für eine nachhaltige Landwirtschaft erzeugt werden. Dr. Rönspies wird den vom Springer-Spektrum-Verlag gestifteten und mit 2.500 Euro dotieren Eduard-Strasburger-Preis am 9. September 2026 aus den Händen des Präsidenten der DBG, Prof. Dr. Andreas Weber, entgegennehmen, und ihre Arbeit in einem Plenar-Vortrag vorstellen. Die Auswahl für die Jury war herausfordernd, da ihr viele ausgezeichnete Nominierungen vorlagen.

Was Pflanzen bereits konnten, bevor sie an Land gingen

Lange bevor Pflanzen das Land eroberten, hatten ihre Algen-Vorfahren bereits Mechanismen entwickelt, um Trockenheit und Wasserstress zu trotzen. Wie die Vorfahren der Landpflanzen dies auf Molekülebene und mit welchen hormonellen Signalen regelten, hat Dr. Jaccoline Zegers in ihrer Doktorarbeit an der Universität Göttingen untersucht, die nun mit dem Wilhelm-Pfeffer-Preis der DBG ausgezeichnet wird. Um die Evolution vor Jahrmillionen rekonstruieren zu können, hat Dr. Zegers für mehrere der mit Landpflanzen am nächsten verwandten Gruppen der Schmuckalgen (Zygnematophyceae) neue analytische und molekulargenetische Methoden etabliert. Im Gegensatz zu besser untersuchten Modellarten waren diese Methoden in Schmuckalgen bislang noch nicht angewendet worden. Wie sie durch den Vergleich von vier Schmuckalgen mit zwei Landpflanzen herausfand, ähnelten sich zwar deren Schutzmechanismen vor der Land-Eroberung, wie etwa flexible Zellwände. Die hormonellen Signale, die den Schutz vor Austrocknung etwa durch das Pflanzenhormon Abscisinsäure steuern, änderten sich jedoch erst im weiteren Lauf der Evolution. Zegers' Genomstudien und bioinformatische Auswertungen sind nicht nur in renommierten Fachjournalen veröffentlicht, sondern stehen nun der Grundlagenforschung als robuste Methoden und umfangreiche Datensätze (Transkriptomik und Proteomik) zur Verfügung, um die Evolution komplexer Merkmale in Pflanzen tiefer zu erforschen. Auch wenn Dr. Zegers nun bei einer Firma arbeitet, untersucht sie weiterhin Algen in ihrer Freizeit. Sie wird den mit 2.500 Euro dotierten Preis der DBG-eigenen Wilhelm-Pfeffer-Stiftung vom Stiftungspräsidenten, Prof. Dr. Severin Sasso, entgegennehmen und ihre Arbeit in einem Plenar-Vortrag präsentieren.

Wie der Klimawandel arktische Algenwälder bedroht

Warum Tangwälder in arktischen Fjorden dem Klimawandel nicht einfach ausweichen können und die Großalgen als Nahrungsquelle dabei ungenießbarer werden, das hat Dr. Sarina Niedzwiedz von der Universität Bremen herausgefunden in ihrer nun mit dem Horst-Wiehe-Förderpreis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) ausgezeichneten Doktorarbeit. Sie zeigte, dass der Polartag in Verbindung mit kalten Temperaturen zu Lichtstress in Tangen führt. Dies begrenzte die Ausbreitung der Tange in nördlichere Regionen. Durch den Klimawandel steigen die Temperaturen, und schmelzende Gletscher verdunkeln durch eingetragene Schwebstoffe die Fjorde, sodass nachfolgende Algengenerationen sich nicht einfach in tieferen Zonen ansiedeln können. Dort ist es für sie zu dunkel, um Energie durch Photosynthese gewinnen zu können - ein Effekt, der sich bei höheren Temperaturen noch verstärkte. Außerdem zeigte Dr. Niedzwiedz erstmals, dass Tange Schwermetalle wie Cadmium, Quecksilber und Blei aus Gletscher-Schmelzwasser anreichern. Das kann weitreichende Konsequenzen für das gesamte Nahrungsnetz haben, denn die ökosystemprägenden Tangwälder sind Lebensraum, Nahrungsquelle und Kinderstube für Krebse, Fische und viele andere Lebewesen. Durch eine Kombination von Laborexperimenten mit Feldstudien im norwegischen Spitzbergen und in Grönland hat Dr. Niedzwiedz wertvolle Erkenntnisse über eine der am stärksten vom Klimawandel betroffenen Regionen der Welt gewonnen, welche in namhaften Fachjournalen veröffentlicht wurden. Dr. Niedzwiedz wird den Preis der DBG-eigenen Horst-Wiehe-Stiftung während der Botanik-Tagung aus den Händen der Generalsekretärin der DBG, Prof. Dr. Iris Finkemeier, entgegennehmen und ihre Ergebnisse in einem Vortrag präsentieren.

Was Pflanzenoberflächen schützt

In seiner Dissertation hat Dr. Paul Grünhofer an der Universität Bonn mehrere gängige Annahmen über die Schutzschichten von Pappeln in Frage gestellt, und wird dafür mit dem Horst-Wiehe-Förderpreis der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) ausgezeichnet, der dieses Jahr an zwei Forschende verliehen wird. Bislang ging man davon aus, dass dickere innere und äußere Schutzschichten die Bäume bei Trockenheit abschirmen könnten. Daher untersuchte Dr. Grünhofer in Klimakammern und im Freiland den sog. apoplastischen Raum der Pappeln. Dieser umfasst verschiedene Barrieren zwischen lebenden Pflanzenzellen und der Umgebung, denen schützende Eigenschaften zugeschrieben werden, wie beispielsweise den Wachsen der Kutikula, welche die Blätter überzieht. Wie Dr. Grünhofer an Pflanzen vom Wildtyp und eigens mit CRISPR/Cas erzeugten Mutanten herausfand, helfen mehr Wachse in einer verdickten Kutikula auf den Blättern jedoch nicht, die Wasserverdunstung zu verringern. Untersucht hat Grünhofer auch die Abschlussgewebe an Stämmen und Wurzeln: das sog. Periderm sowie äußere und innere Gewebsschichten (Exo- und Endodermis). Auch veränderte Mengen des darin eingelagerten Moleküls Suberin beeinflussten den Wassertransport von Wurzeln nicht direkt. Wie Grünhofers Ergebnisse jedoch andeuten, könnte eine vermehrte Suberinisierung der Pappelwurzeln dagegen die (Nähr-)Stoffaufnahme beeinflussen, ohne sich negativ auf die Wasseraufnahme auszuwirken. Damit relativierte er die verbreitete Annahme, dass höhere Mengen an kutikulären Wachsen oder Suberin eindeutig zu kleineren Wasserverlusten bei Trockenheit führen. Dr. Grünhofers in mehreren Publikationen veröffentlichte Arbeiten eröffnen somit neue Wege, die Schutzfunktionen der apoplastischen Barrieren zu analysieren, um zukünftig zu stressresistenteren Pappel-Kultivaren für eine modernisierte Land- und Forstwirtschaft zu kommen. Als PostDoc untersucht Grünhofer nun vergleichbare Mechanismen im apoplastischen Raum anderer Nutzpflanzen sowohl an der Universität Bonn als auch im Ausland. Daher ist er leider verhindert, an der Verleihungszeremonie am 9. September teilzunehmen.

Deutsche Botanische Gesellschaft

Originalpublikationen / Titel der ausgezeichneten Arbeiten
Michelle Rönspies et al. (2025): CRISPR-Cas–mediated heritable chromosome fusions in Arabidopsis. Science 390, 843-848. DOI: https://doi.org/10.1126/science.adz8505

Jaccoline Zegers (2025): Evolutionary conservation of the hyperosmotic response in the closest algal relatives of land plants. Dissertation, Georg-August-University Göttingen. DOI: https://dx.doi.org/10.53846/goediss-12081

Sarina Niedzwiedz (2024): The Dark Side of Polar Day - The influence of coastal run-off on Arctic kelp communities. Dissertation, Universität Bremen. DOI: https://doi.org/10.26092/elib/3391

Paul Grünhofer (2025): Poplars, apoplastic barriers, and the environment. Dissertation, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn. DOI: https://doi.org/10.48565/bonndoc-366