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Weißbüschelaffen folgen ähnlichen Gesprächsregeln wie Menschen

Fri, 24 Jul 2026 12:21:28 +0200

„Unsere Analysen zeigen, dass Weißbüschelaffen ihre Lautäußerungen nicht zufällig austauschen, sondern nach klaren Regeln kommunizieren“, sagt Erstautorin Dr. Filipa Abreu von der Universität Osnabrück und der Universidade Federal Rural de Pernambuco, Recife, Brasilien. Die Studie entstand unter der Leitung von Prof. Dr. Simone Pika vom Institut für Kognitionswissenschaft der Universität Osnabrück und in Zusammenarbeit mit Nicola Schiel von der Universidade Federal Rural de Pernambuco und Antonio Souto von der Universidade Federal de Pernambuco, Recife, Brasilien.

Für die Studie untersuchte das Team vier benachbarte Gruppen und sammelte 1.245 Lautinteraktionen zwischen den Tieren. Dabei stellte es fest, dass Weißbüschelaffen häufig längere „Gespräche“ führen, in denen sich die Tiere abwechseln und oft denselben Ruftyp wie ihr Interaktionspartner verwenden. Zwischen den einzelnen Lautäußerungen lagen meist nur rund 1,3 Sekunden. Zudem unterschieden sich die verwendeten Rufe und Kommunikationsmuster je nachdem, ob die Tiere mit Mitgliedern der eigenen Gruppe oder mit benachbarten Gruppen kommunizierten.

„Die Ergebnisse sprechen dafür, dass diese kooperative Affenart ihre Lautäußerungen flexibel an ihre Gesprächspartner und die Gruppenzugehörigkeit anpasst“, so Simone Pika und Filipa Abreu. Damit weist die Kommunikation der Primaten Merkmale auf, die bislang vor allem mit menschlichen Gesprächen in Verbindung gebracht wurden.
Während frühere Arbeiten oft überwiegend einzelne Rufarten oder Tiergruppen in Gefangenschaft untersucht haben, betrachtet die aktuelle Studie das gesamte Lautrepertoire freilebender Weißbüschelaffen in natürlichen sozialen Interaktionen. Dadurch entsteht ein umfassenderes Bild ihrer Kommunikationsfähigkeit und neue Ansatzpunkte für die Erforschung der Evolution von Sprache.

Universität Osnabrück

Originalpublikation:

Abreu, F., Schiel, N., Souto, A. et al. Hallmarks of social action in the vocal turn-taking of wild common marmosets (Callithrix jacchus). Sci Rep 16, 20348 (2026). doi.org/10.1038/s41598-026-60403-2

Künstliche Intelligenz blickt in den Ozean

Fri, 24 Jul 2026 12:03:00 +0200

Seit mehr als zwanzig Jahren treiben rund viertausend autonome Messbojen durch den Ozean. Sie gehören zum internationalen Argo-Programm (Argo - global array of profiling floats). In einem regelmäßigen Rhythmus tauchen sie auf eine Tiefe von 2000 Metern ab und messen beim Aufsteigen Parameter wie Temperatur, Salzgehalt und Druck. Wenn sie die Meeresoberfläche wieder erreicht haben, senden sie diese Daten per Satellit in das Argo-Netzwerk, das Forschenden weltweit zur Verfügung steht. Kaum ein anderes Beobachtungssystem hat die Ozeanforschung in den vergangenen Jahrzehnten so nachhaltig verändert.

Tausende Messbojen, ein globaler Blick

Nun zeigt eine Studie, dass sich diese Daten noch weit über ihre ursprüngliche Nutzung hinaus auswerten lassen. „Wir wollten wissen, ob wir aus den verstreuten Argo-Messungen Informationen über großräumige Strömungssysteme gewinnen können, die bislang nur mit sehr aufwendigen Messkampagnen erfasst werden“, sagt Dr. Yannick Wölker, Erstautor der Studie und vor kurzem Doktorand in der Forschungseinheit Ozeandynamik am GEOMAR und in der Arbeitsgruppe Archäoinformatik – Data Science der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). „Künstliche Intelligenz eröffnet hier neue Möglichkeiten. Die Verbindung von Maschinellem Lernen mit bewährten physikalischen Modellen erlaubt es uns, aus vorhandenen Messdaten mehr herausholen und besser verstehen, wie zentrale Strömungssysteme funktionieren.“

Warum die Atlantikzirkulation so wichtig ist

Im Zentrum der Studie steht die Atlantische Meridionale Umwälzzirkulation, kurz: AMOC. Dieses riesige Strömungssystem wirkt wie ein Förderband, das warmes Oberflächenwasser nach Norden transportiert, wo es abkühlt, in die Tiefe sinkt und als kaltes Tiefenwasser zurück nach Süden fließt. Dadurch werden große Mengen von Wärme transportiert und Wetter und Klima auch in Europa beeinflusst. Wie stabil dieses System ist und wie es sich unter dem Einfluss des Klimawandels verändert, gehört zu den aktuellen zentralen Fragen der Klimaforschung. Bislang stützen sich direkte Beobachtungen jedoch auf wenige feste Messreihen im Atlantik, die technisch anspruchsvoll und teuer sind.

Lernen aus Simulationen

Um dieses Problem anzugehen, kombinierten die Forschenden zwei Welten: Beobachtungsdaten und Modellrechnungen. Sie trainierten ein Maschinelles Lernverfahren (Teilgebiet der Künstlichen Intelligenz, bei dem Computer Muster in Daten erkennen) mit hochaufgelösten Ozeansimulationen. Das Modell lernte dabei, wie typische Strömungsmuster im Ozean mit Temperatur- und Salzgehaltsprofilen zusammenhängen. Anschließend übertrugen sie dieses Wissen auf reale Argo-Daten aus dem Atlantik. Der Ansatz erlaubt es, aus punktuellen Messungen auf großräumige Strömungsstärken zu schließen – insbesondere auf den sogenannten geostrophischen (durch Verteilung von Temperatur und Salzgehalt bestimmten) Anteil der Zirkulation, der bislang nur schwer kontinuierlich zu erfassen ist.

Vielversprechende Ergebnisse aber auch klare Grenzen

Die Ergebnisse zeigen: Die aus den Argo-Daten berechneten Schätzungen stimmen gut mit etablierten Beobachtungsreihen und Modellsimulationen überein. Damit liefert die Studie einen wichtigen methodischen Baustein für die Ozeanbeobachtungen. Gleichzeitig betonen die Autor:innen die Grenzen ihres Ansatzes. Die Methode beruht auf Modellannahmen und erfasst nur bestimmte Zeitfenster. Sehr kurzzeitige Schwankungen, aber auch die langfristige Abnahme der AMOC, können nur eingeschränkt bestimmt werden. Die neue Methodik soll bestehende Messsysteme daher nicht ersetzen, sondern sinnvoll ergänzen und optimieren.

„Unser Ansatz ist kein Ersatz für direkte Messungen im Ozean“, sagt Yannick Wölker. „Aber er kann helfen, vorhandene Daten besser zu nutzen und Beobachtungslücken zu überbrücken.“

Bedeutung für zukünftige Beobachtungsstrategien

Für die Planung zukünftiger Messnetze könnte das Verfahren eine wichtige Rolle spielen. Es zeigt, wie globale Programme wie Argo durch moderne Datenanalyse an Aussagekraft gewinnen können – und zusätzliche Infrastruktur im Ozean sinnvoll platziert werden kann. „Gerade mit Blick auf langfristiges Klimamonitoring müssen wir überlegen, wie wir Beobachtungen effizient, robust und international abgestimmt gestalten“, sagt Prof. Dr. Arne Biastoch, Professor am GEOMAR und Koautor der Studie. „Methoden der Künstlichen Intelligenz können dazu beitragen, strategische Entscheidungen für zukünftige Ozeanmessungen optimal zu treffen.“

Die Arbeit entstand in Zusammenarbeit im Rahmen der Helmholtz School for Marine Data Science (MarDATA), einer Doktorandenausbildung mit Forschenden in Kiel und Bremen, bei denen Promovierende gemeinsam von Meeresforschenden und Informatiker:innen betreut werden.

GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

Originalpublikation:

Wölker, Y., W. Rath, M. Renz, and A. Biastoch, 2025: Estimating the AMOC from Argo Profiles with Machine Learning Trained on Ocean Simulations, Ocean Sci., 21, 3541–3562, doi.org/10.5194/os-21-3541-2025

Ein neuer Schalter für das Immunsystem

Fri, 24 Jul 2026 11:55:18 +0200

T-Zellen sind wichtige Abwehrzellen des menschlichen Immunsystems. Sie wandern durch den Körper und tasten dabei wie kleine Fühler ständig ihre Umgebung ab. Auf ihrer Oberfläche haben sie winzige Ausstülpungen mit Rezeptoren, sogenannte Mikrovilli, mit denen sie schädliche Erreger wie Bakterien und Viren, fremde Stoffe oder auch veränderte körpereigene Zellen erkennen können. Bei Kontakt werden die Zellen aktiviert und lösen eine Immunreaktion aus. Dieses Prinzip nutzen Medizinerinnen und Mediziner auch für die Behandlung bestimmter Krankheiten, zum Beispiel in der Krebstherapie.

Zellen verbinden sich mit winzigen Poren

Bislang ging man davon aus, dass T Zellen nur durch biochemische Signale aktiviert werden. Das deutsch-schweizerische Forschungsteam hat nun gezeigt, dass T Zellen auch auf die physikalische Beschaffenheit einer Oberfläche reagieren können – also darauf, welche Struktur ein Material auf mikroskopischer Ebene hat. „Wenn die T-Zellen auf speziell gestaltete Strukturen im Nanometerbereich treffen, also Strukturen, die tausendfach kleiner sind als die Breite eines Haares, passiert etwas Erstaunliches“, sagt Prof. Enrico Klotzsch, Leiter der Studie und Wissenschaftler am Hereon-Institut für Aktive Polymere am Standort Teltow. „Die Zellen werden aktiviert, obwohl die üblichen biochemischen Aktivierungssignale fehlen“. Die winzigen Poren auf der Oberfläche des fremden Materials wirken wie eine Art physischer Schalter. Durch den Kontakt zwischen den Mikrovilli und den Nanoporen entstehen Verbindungen, die Signale in der Zelle und damit eine Immunreaktion auslösen.

Neue Möglichkeiten für die Medizin

Für die Studie nutzten die Forschenden anodisiertes Aluminiumoxid, eine Art zellverträgliche Keramik, die mit einem elektrochemischen Ätzprozess hergestellt wird. Dabei wird hochreine Aluminiumfolie elektrischer Spannung und Säure ausgesetzt, wodurch sie oxidiert und feinste Löcher mit einem Durchmesser von 250 Nanometern auf ihrer Oberfläche entstehen. Die Forschenden untersuchten unter dem Mikroskop, wie die T-Zellen mit diesen nanoporösen Oberflächen interagieren. Dafür isolierten sie die Zellen zuvor aus dem Blut von Patientinnen und Patienten.

„Die Ergebnisse zeigen erstmals, dass die Form und Struktur eines Materials die Aktivierung von Immunzellen direkt beeinflussen kann. Damit erweitert die Studie das wissenschaftliche Verständnis darüber, wie Zellen ihre Umwelt wahrnehmen und auf sie reagieren“, sagt Enrico Klotzsch. Langfristig könnte dieses Wissen helfen, neue Arten von Biomaterialien zu entwickeln, die das Immunsystem gezielt steuern. Denkbare Anwendungen reichen von wirksameren Immuntherapien gegen Krebs über die Unterstützung der Geweberegeneration bis hin zu intelligenten Implantaten, die aktiv mit dem Körper kommunizieren. „Dies könnte Behandlungen effektiver und gleichzeitig schonender gestalten.“

Als Nächstes wollen die Forschenden untersuchen, wie unterschiedliche Nanostrukturen die Reaktion von T Zellen beeinflussen und welche Auswirkungen dies auf die Immunabwehr hat. Anschließend sollen die Ergebnisse mit T Zellen von Krebspatientinnen und -patienten überprüft werden, um das Potenzial für medizinische Anwendungen besser einschätzen zu können.

Helmholtz-Zentrum Hereon

Originalpublikation:

Zünd, Tamara et al.: Close Contacts Unlocked: Nanopore-Stabilized Microvilli Bypass T Cell Receptor–Ligand-Dependent T Cell Activation, American Chemical Society, 1936-0851, doi: 10.1021/acsnano.5c16841, doi.org/10.1021/acsnano.5c16841

Neuer Mechanismus zur Sicherung der zellulären Energieversorgung entdeckt

Fri, 24 Jul 2026 11:48:01 +0200

Forschende der Universität zu Köln haben einen bislang unbekannten Mechanismus entdeckt, der zwei grundlegende Prozesse in den Mitochondrien miteinander verbindet. Mitochondrien sind die „Kraftwerke der Zelle“ und versorgen den Körper mit Energie. Das Team um Julia Racho und Dylan Stobbe unter der Leitung von Professor Dr. Jan Riemer vom Institut für Biochemie der Universität zu Köln konnte zeigen, dass die oxidative Faltung von Proteinen – also der Prozess, bei dem Eiweiße ihre funktionsfähige räumliche Form und zusätzliche stabilisierende Disulfidbrücken erhalten – eng mit der Bildung von Häm verknüpft ist. Häm ist ein lebenswichtiger Bestandteil des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin und wird außerdem für die Energiegewinnung in den Zellen und viele weitere biologische Prozesse benötigt. Die Ergebnisse wurden unter dem Titel „ALR couples IMS redox and heme biosynthesis beyond the disulfide relay“ in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Im Mittelpunkt der Studie steht das Enzym ALR, ein Eiweiß, das chemische Reaktionen ermöglicht. Bislang war bekannt, dass ALR ein weiteres Enzym, MIA40, aktiv hält. Die Forschenden konnten nun zeigen, dass ALR noch eine weitere wichtige Aufgabe übernimmt: Es stabilisiert ein Enzym namens CPOX, das für einen entscheidenden Schritt bei der Bildung von Häm verantwortlich ist. Erst durch diese Stabilisierung kann CPOX zuverlässig arbeiten. Ohne sie wird das Enzym instabil, und die Häm-Produktion gerät aus dem Gleichgewicht.

Für ihre Untersuchungen entwickelten die Forschenden eine Methode, mit der sich Eiweiße nachweisen lassen, die während ihrer Faltung direkt mit ALR in Kontakt kommen. So konnten sie CPOX erstmals als direkten Partner von ALR identifizieren. Weitere Experimente zeigten, dass CPOX zwar auch außerhalb der Mitochondrien arbeiten kann, die Häm-Produktion dort jedoch deutlich weniger effizient verläuft. Gleichzeitig sammeln sich chemische Zwischenprodukte an, die Zellen schädigen und sie empfindlicher gegenüber sogenanntem oxidativem Stress machen – einer Form der Zellschädigung, die durch besonders reaktionsfreudige Sauerstoffverbindungen entsteht. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die oxidative Proteinfaltung in Mitochondrien weit mehr leistet als bisher angenommen. Sie sorgt nicht nur dafür, dass Proteine ihre richtige Form erhalten, sondern unterstützt direkt einen lebenswichtigen Stoffwechselprozess“, sagt Erstautorin Julia Racho.

Die Entdeckung liefert auch neue Hinweise darauf, warum Veränderungen im ALR-Gen zu seltenen erblichen Erkrankungen der Mitochondrien führen können, bei denen die Energieversorgung der Zellen gestört ist. Gleichzeitig erweitert sie das bisherige Verständnis der Aufgaben von Mitochondrien: Die richtige Faltung von Proteinen dient nicht nur ihrer eigenen Funktion, sondern steuert auch wichtige Stoffwechselprozesse. Künftige Studien sollen nun untersuchen, ob weitere Enzyme auf ähnliche Weise stabilisiert werden und welche Bedeutung dieser Mechanismus für Krankheiten des Menschen hat.

Universität Köln

Originalpublikation:

Julia Racho et al.: ALR couples IMS redox and heme biosynthesis beyond the disulfide relay.Sci. Adv.12,eaed2430(2026).DOI:10.1126/sciadv.aed2430

Frühe Immun- und Synapsenveränderungen bei Parkinson entdeckt

Fri, 24 Jul 2026 11:33:07 +0200

Die Forschenden der LMU München und des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) untersuchten menschliches Hirngewebe aus verschiedenen Stadien der Parkinson-Erkrankung und verglichen es mit Gewebe von Menschen mit Alzheimer-Erkrankung – sowohl mit als auch ohne Lewy-Pathologie. Im Mittelpunkt standen dabei dopaminerge Zellen, also Zellen, die Dopamin herstellen und freisetzen und wichtig sind bei Bewegungsabläufen, Motivation, Belohnung und Kognition.

Die Bedeutung der Lewy-Pathologie

Die Analysen zeigen, dass die Menge fehlgefalteten Alpha-Synucleins eng mit dem Verlust dopaminerger Nervenzellen bei der klassischen Parkinson-Erkrankung zusammenhängt. Überraschenderweise gilt dieser Zusammenhang jedoch nicht für Patienten mit Alzheimer-Erkrankung und zusätzlicher Lewy-Pathologie. Trotz vergleichbarer Alpha-Synuclein-Ablagerungen findet sich dort kein Nervenzellverlust. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass Lewy-Pathologie allein die Neurodegeneration nicht erklärt. Vielmehr scheint der Krankheitskontext entscheidend dafür zu sein, ob Alpha-Synuclein tatsächlich neurotoxisch wirkt.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Alpha-Synuclein nicht isoliert betrachtet werden darf. Entscheidend ist das Zusammenspiel mit weiteren krankhaften Veränderungen im Gehirn“, sagt Studienleiter PD Dr. Thomas Köglsperger von der Neurologischen Klinik und Poliklinik am LMU Klinikum München.

Veränderungen beginnen lange vor dem Nervenzellverlust

Besonders bedeutsam sind die Befunde aus den frühesten Krankheitsstadien. Bereits bei Personen mit sogenannter inzidenteller Lewy-Körper-Erkrankung – einer als Vorstufe der Parkinson-Erkrankung angesehenen Pathologie – fanden die Forschenden deutliche Veränderungen an Synapsen des Gehirns. Noch bevor sich klassische Lewy-Körperchen in der Substantia nigra nachweisen lassen, zeigen sich eine Aktivierung des Komplementsystems und ein selektiver Verlust hemmender Synapsen. Diese Veränderungen sprechen für eine frühe immunvermittelte Umgestaltung neuronaler Netzwerke, die der Lewy-Pathologie und dem eigentlichen Nervenzelluntergang vorausgeht.

Neue Ansatzpunkte für Biomarker und Therapien

Die Studie liefert damit Hinweise auf bislang unbekannte frühe Krankheitsmechanismen. Immunologische Veränderungen und synaptische Umbauprozesse könnten künftig als Biomarker dienen, um Parkinson bereits im Vorläuferstadium zu erkennen. Gleichzeitig eröffnen sie neue therapeutische Möglichkeiten, die nicht ausschließlich auf Alpha-Synuclein abzielen, sondern auf frühe Entzündungs- und Synapsenprozesse.

„Wenn wir diese frühen Veränderungen künftig gezielt beeinflussen können, besteht die Chance, den Krankheitsprozess deutlich früher zu bremsen – möglicherweise noch bevor ein irreversibler Nervenzellverlust eintritt“, sagt Köglsperger.

Die Studie

Für die Arbeit kombinierten die Forschenden räumliche Transkriptomik, räumliche Proteomik und Alpha-Synuclein-Seeding-Assays an menschlichem postmortalen Hirngewebe. Dadurch konnten molekulare Veränderungen mit bislang unerreichter räumlicher Auflösung untersucht werden und neue Mechanismen der Parkinson-Entstehung identifiziert werden.

LMU Klinikum München

Originalpublikation:

Rumpf, SL., Strübing, F.L., Nalbach, K. et al. Spatial multi-omics identifies early synaptic pruning and context-specific dopaminergic vulnerability in synucleinopathies. Nature Communicaitons (2026). DOI: https://doi.org/10.1038/s41467-026-74961-6

Vom Harnwegsinfekt zum Gehirnabszess: Wie bakterielle Subpopulationen in entfernt liegende Körperstellen vordringen

Fri, 24 Jul 2026 11:28:49 +0200

Ausgangspunkt war eine chronische Harnwegsinfektion mit Klebsiella pneumoniae, einem häufigen Erreger nosokomialer Infektionen. Im Verlauf entwickelte sich bei dem Patienten jedoch ein Gehirnabszess. Die Analyse ergab, dass im Urin des Patienten neben einer „klassischen” bakteriellen Population eine zweite, deutlich virulentere Subpopulation existierte, die auch im Gehirnabszess nachgewiesen werden konnte.

Mithilfe von Ganzgenomsequenzierungen konnten die Wissenschaftler:innen einen gemeinsamen Ursprung beider Populationen nachweisen. In weiterführenden mechanistischen Untersuchungen, die gezielte Genomveränderungen, funktionelle Analysen und Infektionsmodelle umfassten, rekonstruierten sie die evolutionären Schritte, die zu der Entstehung der virulenteren Subpopulation führten. Dabei zeigte sich, dass bereits wenige Punktmutationen ausreichten, um eine vergrößerte bakterielle Kapsel auszubilden, die die Bakterien vor der Aufnahme durch Immunzellen schützte und Virulenz in Infektionsmodellen erhöhte.

Frühere Arbeiten der Gruppe hatten bereits darauf hingewiesen, dass gewöhnliche Klebsiella pneumoniae-Bakterien durch einfache Mutationen, die zu einer größeren Kapsel führen, virulenter werden konnten. Diese Kapselmutanten waren mit Blutstrominfektionen assoziiert und lieferten erste Hinweise für Kapsel-Subpopulationen in einer begrenzten Anzahl von Urinproben von Patient:innen.

„Im vorliegenden Fall konnten wir nun erstmals klinische Beobachtungen und molekulare Mechanismen direkt miteinander verknüpfen“, erklärt Prof. Christoph Ernst, Erstautor und mitverantwortlicher Seniorautor der Publikation. Ernst, DZIF-Wissenschaftler am Institut für Medizinische Mikrobiologie, Immunologie und Hygiene der Uniklinik Köln, fügt hinzu: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass sich hochvirulente Subpopulationen in einem scheinbar harmlosen Reservoir wie einer Harnwegsinfektion entwickeln und zur Ausbreitung der Infektion im selben Patienten beitragen können.“

Der beschriebene Fall belegt somit, dass solche Prozesse auch innerhalb einzelner Patient:innen ablaufen und klinisch relevante Folgen haben können. Die Forschenden gehen davon aus, dass der Schweregrad einer Infektion von der Art der zugrunde liegenden Mutationen sowie vom Zustand des Patienten oder der Patientin abhängt. Neben virulenteren Infektionen könnten auch chronische Infektionen begünstigt werden.

Ein weiterer wichtiger Aspekt, den dieser Fall aufzeigt, ist, dass unkontrollierte akute und latente Infektionen die Entstehung heterovirulenter Populationen ermöglichen. Dies könnte besonders bei multiresistenten Erregern relevant sein.

„Wir vermuten daher, dass die Prävalenz von heterovirulenten Populationen besonders ausgeprägt ist bei multiresistenten Infektionen. Dazu führen wir DZIF-geförderte Studien an der Uniklinik Köln durch und entwickeln neue Wirkstoffe, um multiresistente Infektionen zu behandeln“, erläutert Ernst, der im DZIF-Forschungsbereich „Gesundheitssystem-assoziierte Infektionen“ tätig ist.

Die Forschenden sehen Parallelen zur sogenannten Heteroresistenz, bei der antibiotikaresistente Subpopulationen innerhalb einer Infektion die Behandlung mit Antibiotika erschweren können und schwierig nachzuweisen sind. Virulente Subpopulationen seien jedoch noch schwieriger zu erkennen, da Virulenzeigenschaften von Bakterien bislang nicht Teil der Standarddiagnostik sind.

Die Studie unterstreicht die Bedeutung eines besseren Verständnisses bakterieller Evolution bei Patient:innen und zeigt neue Ansatzpunkte für Diagnostik und Therapie komplexer Infektionen.

Deutsches Zentrum für Infektionsforschung

Originalpublikation:

Ernst CM, Fischer LKS, Manson AL, Li L, Ma P, Anahtar MN, Bhattacharyya RP, Earl AM, Clatworthy AE, Hung DT. Klebsiella Brain Abscess and Evolution of Heterovirulence in the Urinary Tract. N Engl J Med. 2026 Jul 23;395(4):408-410. https://www.nejm.org/doi/full/10.1056/NEJMc2108952

Mechanismus für flexibles Denken und Lernen im Gehirn identifiziert

Thu, 23 Jul 2026 11:55:29 +0200

Die Fähigkeit, das Verhalten flexibel an sich verändernde Umgebungen anzupassen, ist ein Kennzeichen von Intelligenz. Doch die biologischen Mechanismen des Gehirns, die dieser kognitiven Flexibilität zugrunde liegen, sind nach wie vor kaum verstanden. Eduardo Maristany de las Casas, Doktorand in der Arbeitsgruppe „Neuronale Plastizität“ von Prof. Matthew Larkum am Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin, ist in Zusammenarbeit mit Prof. Dieter Jaeger von der Emory University (Atlanta, USA) in einer Studie der Frage nachgegangen, inwiefern die biologische Grundlage dieses intelligenten Verhaltens in den langen und verästelten Fortsätzen von Nervenzellen, den Dendriten, zu finden ist. Sie kombinierten dafür in einem technisch anspruchsvollen Versuchsaufbau einen Verhaltenstest mit Mäusen, bei dem die Tiere zwischen leichten und schweren Aufgaben hin und her wechseln mussten, mit mikroskopischen Aufnahmen (Zwei-Photonen-Fluoroszens-Mikroskop) der beteiligten Hirnregionen und gezielten Manipulationen einzelner Neuronen. „In dieser Studie zeigen wir, dass Dendriten und ihre Interaktion mit Interneuronen den Kern dieser Fähigkeit bilden und dass verschiedene Formen des Lernens im Gehirn unterschiedlich umgesetzt werden“, sagt Eduardo Maristany. Die Ergebnisse der Studie sind kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Science erschienen.

Zusammenspiel mit Interneuronen und Clusterbildung ermöglicht Verhaltensanpassung

Maristany und sein Team entdeckten, dass die astartigen Fortsätze einer speziellen Art von Neuronen, den Pyramidenneuronen, in der Hirnrinde der Maus eine entscheidende Rolle beim flexiblen Lernen spielen. Diese Pyramidenneurone befinden sich in dem Teil der Hirnrinde, der der Steuerung willkürlicher Bewegungen dient (frontaler motorischer Kortex). Das flexible Lernen findet im Zusammenspiel dieser Dendriten mit einer bestimmten Klasse von Nervenzellen statt (NDNF-Interneuronen), die sich in derselben äußersten Schicht der Hirnrinde befinden und die als eine Art „Torwächter“ fungieren: Sind diese Zellen aktiv, unterdrücken sie die Kalzium-Signalübertragung in den Dendriten und verhindern dadurch, dass das Gehirn erlernte Regeln aktualisiert. Während eines Lernvorgangs hingegen reduzieren sie ihre Aktivität. Damit öffnet sich für das Tier ein Fenster zur Anpassung seines Verhaltens. Auf der zellulären Ebene geht dies einher mit einer Veränderung der Gestalt der Dendriten: Ihre Dornenfortsätze gruppieren sich entsprechend ihrer Funktion und bilden somit funktionelle ‚Cluster‘. Erst durch diese „dendritische Plastizität“ können die Dendriten Informationen adäquat übertragen und damit den Lernprozess ermöglichen.

In seinem Versuchsaufbau kombinierte Maristany einen Verhaltenstest mit Mäusen mit mikroskopischen Aufnahmen der beteiligten Hirnregionen (Zwei-Photonen-Fluoroszens-Mikroskop) und gezielten Manipulationen einzelner Neuronen in den Gehirnen der Mäuse. Für den Test mussten die Mäuse zwei unterschiedlich schwierige Verhaltensweisen erlernen und wurden darauf trainiert, zwischen ihnen hin und her zu wechseln (rule-switching-paradigm). Die komplexe Aufgabe bestand darin zu lernen, dass sie, wenn ihre Tasthaare links oder rechts stimuliert werden, entsprechend rechts oder links Zuckerwasser (als Belohnung) lecken. Bei der einfachen Aufgabe sollten sie das Zuckerwasser immer auf der linken Seite lecken, unabhängig davon, auf welcher Seite zuvor die Tasthaare stimuliert worden waren. Das Hin- und Herwechseln zwischen beiden Aufgaben zeigte, ob und wie erlernte Verhaltensweisen erinnert oder überschrieben und aktualisiert werden.

Dendritische Plastizität ist nur in komplexen Lernsituationen erforderlich

Die Forschenden beobachteten während der Verhaltenstests, dass die oben beschriebene dendritische Plastizität nicht für die Ausführung der bereits erlernten einfachen Verhaltensweise oder für den Wechsel von der schwereren zur einfacheren Regel erforderlich war, sondern nur dann, wenn die Mäuse die komplexe Verhaltensregel erneut ausführen mussten. Cluster, zu denen sich die Dornenfortsätze an den Dendriten gruppiert hatten, lösten sich in dem Moment wieder auf, wenn die Tiere die einfache Aufgabe ausführten.

Die Studie liefert die ersten direkten Belege dafür, dass die komplexen Dendritenbäume kortikaler Neuronen als aktive Verarbeitungseinheiten dienen, um adaptives Verhalten zu ermöglichen. Inwieweit sich diese Ergebnisse auf andere Hirnregionen oder auf lebensnähere Lernbedingungen übertragen lassen, muss noch untersucht werden.

Einsichten für die Behandlung von kognitiven Störungen und Inspirationsquelle für KI

Die in der Studie aufgedeckten biologischen Mechanismen des Lernens könnten in Zukunft eine Rolle für das Verständnis von Störungen der kognitiven Flexibilität spielen – wie sie beispielsweise bei Autismus-Spektrum-Störungen, Schizophrenie oder altersbedingtem kognitiven Leistungsverlust auftreten und die Fähigkeit zur Anpassung an sich ändernde Regeln und Umgebungen beeinträchtigen. Darüber hinaus könnte insbesondere die Steuerung der Plastizität durch inhibitorische Schaltkreise neue Architekturen in der künstlichen Intelligenz und im maschinellen Lernen inspirieren. „Einer der Aspekte, die ich am faszinierendsten finde, ist die Fähigkeit des Gehirns, kognitiv flexibel zu bleiben und mit relativ begrenzten Ressourcen ständig weiterzulernen“, so Eduardo Maristany.

Humboldt-Universität zu Berlin

Originalpublikation:

Eduardo Maristany de las Casas et al.: Tuft dendrites in frontal motor cortex enable flexible learning.Science392,eadx4358(2026).DOI:10.1126/science.adx4358

Der individuelle genetische Hintergrund steuert die Evolution von Krebs

Thu, 23 Jul 2026 11:50:13 +0200

Die Studie wurde von Forschenden von den Universitäten Cambridge, Edinburgh und Yale sowie dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) geleitet. Sie untersuchten über 580 Lebertumoren aus vier genetisch unterschiedlichen Mauslinien. Die genetischen Differenzen zwischen den vier Stämmen entsprachen in etwa den Differenzen innerhalb der menschlichen Bevölkerung. Alle Tiere wurden unter identischen Bedingungen gehalten und derselben krebsauslösenden Substanz ausgesetzt. Dennoch entwickelten sich die Tumoren je nach genetischem Hintergrund auf unterschiedliche Weise.

Bemerkenswert war dabei, dass die Tumoren trotz ihrer unterschiedlichen Entstehungswege am Ende dieselben zentralen Signalwege aktivierten – insbesondere den sogenannten MAPK-Signalweg. Diese mehrstufige Kaskade molekularer Signale steuert wichtige Prozesse des Lebens, darunter Zellwachstum und Zelldifferenzierung, und spielt bei zahlreichen Krebsarten eine wichtige Rolle. Viele bekannte Krebstreiber wie z. B. Braf oder Kras sind daueraktivierte Komponenten dieses Signalwegs.

Der genetische Hintergrund beeinflusste jedoch, welche Mutationen sich durchsetzen, wie stabil das Erbgut der Tumorzellen blieb und wie schnell sich Krebs entwickelte. Zwischen den vier Mausstämmen gab es erhebliche Differenzen bei der Entstehungszeit der Tumoren, die interessanterweise nicht mit Anzahl und Art der genetischen Veränderungen korrelierten.

Auffällig war auch die Beobachtung, dass bei einem der Mausstämme weniger genetische Veränderungen ausreichten, um eine bösartige Veränderung der Zellen zu erreichen und den Fortbestand des Tumors zu sichern, als bei den drei anderen Mauslinien.

Die Forschenden zeigen damit erstmals unter streng kontrollierten Bedingungen, wie stark die Wechselwirkung zwischen genetischer Veranlagung und Umweltfaktoren den Verlauf der Krebsentwicklung bestimmt. Die Ergebnisse legen nahe, dass selbst vergleichsweise kleine Unterschiede im Erbgut erhebliche Auswirkungen auf Krebsrisiko, Tumorbiologie und möglicherweise sogar auch auf das Ansprechen von Therapien haben können.

„Krebs entsteht nicht rein zufällig. Zwar haben die Tumoren am Ende oft gleiche biologische Merkmale, doch der Weg dorthin wird entscheidend vom individuellen genetischen Hintergrund bestimmt. Wir konnten hier erstmals aufzeigen, inwieweit der genetische Hintergrund sowohl die Mutationsprozesse als auch die Wege zur Tumorentwicklung beeinflusst“, sagt Duncan T. Odom vom DKFZ, einer der Seniorautoren der Arbeit. Er ergänzt: „Das unterstreicht, wie wichtig es ist, den genetischen Hintergrund bei der Konzeption und Interpretation biomedizinischer und translationaler Forschung zu berücksichtigen. Wir sehen unsere Ergebnisse daher langfristig als einen wichtigen Schritt hin zu einer präziseren personalisierten Krebs-Prävention, Früherkennung und Behandlung.“

Deutsches Krebsforschungszentrum

Originalpublikation:
Sarah J. Aitken et al.: Genetic background sets the trajectory of experimental cancer evolution, Nature 2026, 10.1038/s41586-026-10821-z. https://www.nature.com/articles/s41586-026-10821-z.

Rechts- oder Linksrüssler?

Thu, 23 Jul 2026 11:06:34 +0200

Die meisten Menschen besitzen eine bevorzugte Hand, wenn es zum Beispiel ums Schreiben oder das Greifen nach einer Tasse geht. Gleiches gilt für die Füße, beispielsweise beim Fußballspielen. Und auch viele Tiere – wie Vögel, Tintenfische oder Insekten – nutzen für bestimmte Handlungen bevorzugt ihr rechtes oder linkes Bein, bzw. ihren rechten oder linken Arm oder Fühler. Diese Form der „Lateralisation“ ist im Tierreich also weit verbreitetet und kommt bei Organismen mit ganz unterschiedlichen Nervensystemen vor.

Doch wie ist es bei Extremitäten, von denen es pro Tier nur eine gibt – wie unsere Zunge oder der Rüssel eines Elefanten? Auch hier gibt es Fälle von Lateralisation. Einen davon konnten Forschende um Lochlan Walsh und Anna Stöckl von der Universität Konstanz in ihrer aktuellen Studie in PNAS nachweisen: Sie fanden heraus, dass Taubenschwänzchen – eine tagaktive Falterart – ihren Saugrüssel bevorzug auf einer Körperseite halten, während sie eine Blüte auf der Suche nach Nektar inspizieren. Dies könnte ein Trick der Natur sein, mit dem selbst Organismen mit vergleichsweise einfachen Nervensystemen präzise Bewegungen steuern können.

Eine Art von Händigkeit beim Taubenschwänzchen

Um überhaupt beobachten zu können, in welche Richtung die Taubenschwänzchen ihren langen Rüssel ausstrecken, stellten die Forschenden künstliche Blütenoberflächen auf, die von den Faltern angeflogen und inspiziert wurden. Mithilfe von Hochgeschwindigkeitskameras und maschinellem Sehen konnten sie anschließend die Rüsselbewegungen der Tiere im Verhältnis zum Rest des Körpers im Detail rekonstruieren.
Dabei zeigte sich: Einige Tiere neigten dazu, ihren Rüssel beim Inspizieren der Blüte hauptsächlich links der eigenen Körperachse zu platzieren, andere dagegen eher rechts. Die Stärke der Seitenpräferenz konnte zwischen den Individuen variieren, genau wie bei der Händigkeit beim Menschen. Zudem war die jeweilige Seitenpräferenz von Beginn des Experiments an vorhanden und ergab sich nicht erst mit zunehmender Erfahrung der Tiere. „Das deutet darauf hin, dass die Lateralisation des Rüssels ein angeborenes Merkmal ist und dass sie eine bedeutende Rolle bei der Steuerung des Blüteninspektionsverhaltens spielt“, so Stöckl.

Dort berühren, wo man hinschaut

In einem weiteren Schritt simulierten die Forschenden das Gesichtsfeld der Tiere während der Blüteninspektion. Sie fanden heraus, dass die Taubenschwänzchen nicht nur eine bevorzugte Seite für die Platzierung des Rüssels, sondern auch ein dominantes Auge bei der Betrachtung des berührten Blütenteils hatten. Die Seite des dominanten Auges und die der bevorzugten Rüsselplatzierung stimmten dabei überein. „Insekten besitzen recht kleine Gehirne. Den Rüssel im Sichtfeld des dominanten Auges auszurichten, kann wertvolle Rechenleistung bei der Bewegungssteuerung sparen. Anstatt eine Bewegung permanent aus jedem möglichen Winkel neu zu berechnen, kann sich das Tier auf eine vertraute Körperseite verlassen“, erklärt Walsh.

Das Überraschende: Die Ausrichtung des Rüssels im Sichtfeld des dominanten Auges blieb selbst dann erhalten, wenn ein Teil des dominanten Auges im Experiment abgedeckt wurde, um die Sicht zu blockieren. „Menschen oder Vögel würden ihre Extremität in einem solchen Fall flexibel in das Sichtfeld des freien Auges bewegen. Die Taubenschwänzchen dagegen verändern ihre Körperposition an der Blüte so, dass sie diese mit dem unbedeckten Teil des dominanten Auges betrachten und ihre ursprüngliche Auge-Rüssel-Strategie beibehalten können“, berichtet Walsh. Sie scheinen also als Folge der deutlich begrenzten Rechenkapazität ihrer Gehirne auf diese effiziente Koordination von dominantem Auge und Rüssel angewiesen zu sein.

Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass es keines großen Gehirns bedarf, um präzise, flexible Verhaltensweisen auszuführen. „Stattdessen können sich Tiere auf eine effiziente Abkürzung in der Beziehung zwischen Körper, Sinnen und Bewegung verlassen“, so Stöckl. Beim Taubenschwänzchen ist dies die Kopplung von Auge und Rüssel, die als koordinierte Einheit zusammenarbeiten. „Jedes Taubenschwänzchen löst die Herausforderung der Blüteninspektion mithilfe der Seitenpräferenzen des eigenen Körpers. Unsere Studie legt folglich nahe, dass Lateralisation eine Möglichkeit der Natur sein könnte, schwierige Aufgaben zu vereinfachen – ob diese Aufgabe nun darin besteht, nach einer Kaffeetasse zu greifen oder vor einer Blüte schwebend mit dem Rüssel nach Nektar zu suchen.“

Universität Konstanz

Originalpublikation:

L. Walsh, S.M. Kannegieser, A.L. Stöckl (2026). Conservation of a lateralized visuomotor axis in hawkmoth proboscis probing. PNAS, https://doi.org/10.1073/pnas.2609365123

Änderungen in atmosphärischer Zirkulation verursachen Trockenheit in Europa

Thu, 23 Jul 2026 10:52:20 +0200

Gerade weil die atmosphärische Zirkulation einen so großen Anteil an dieser Austrocknung hat, sei die künftige Entwicklung mit hoher Unsicherheit behaftet, sagt der Erstautor der Studie, Dr. István Dunkl vom Institut für Meteorologie der Universität Leipzig. Sie wurde gerade im Fachjournal „Nature Geoscience“ veröffentlicht.

Die Arbeitsgruppe Klimaattribution an der Universität Leipzig beschäftigt sich mit der Frage, wie stark sich der Klimawandel auf bestimmte Klimaereignisse ausgewirkt hat. „Wir haben uns in dieser Studie Europa gewidmet, da dies eine der Regionen mit den stärksten beobachteten Erwärmungstrends ist. Unter anderem hat in den letzten Jahrzehnten die Häufigkeit und Intensität von Hitze und Dürre im Sommer stark zugenommen“, sagt Juniorprofessor Dr. Sebastian Sippel vom Institut für Meteorologie, der ebenfalls an der Studie mitgewirkt hat. Diese zunehmende Bodentrockenheit habe unter anderem erhebliche Folgen für die Ernteerträge, die Wasserverfügbarkeit und die Energieproduktion.

„Wir haben zudem festgestellt, dass sich der Einfluss des Klimawandels auf die europäische Bodenfeuchte von Jahr zu Jahr unterscheidet: Besonders in Sommern mit wenig Niederschlag ist der reduzierende Einfluss des Klimawandels auf Bodenfeuchte besonders hoch“, erklärt Dunkl. Das liege daran, dass der Niederschlag zwar insgesamt abnimmt, sich Extremniederschlagsereignisse jedoch intensivieren. Dadurch werde die Austrocknung in eher nassen Jahren etwas ausgeglichen, da eine größere Menge des Niederschlags aus Extremereignissen kommt. Ob die Trockenheit in der Zukunft weiter zunimmt oder sich vorübergehend umkehrt, hängt Dunkl zufolge davon ab, ob die Zirkulationsänderung durch den Klimawandel angetrieben wird oder aus natürlicher Klimaschwankung entspringt. Das sei bislang weitgehend noch ungeklärt.

Ursachen für zunehmende Temperaturen und Dürre noch nicht vollends geklärt

Die Ursachen der überdurchschnittlichen Zunahme von Temperaturen und Dürre im Sommer sind nach Ansicht der Forschenden noch nicht vollständig geklärt. Zum einen sei sie eine direkte Folge des Klimawandels: Die erhöhte Konzentration an atmosphärischem Kohlendioxid hat den Energiehaushalt der Erde verändert und der damit einhergehende Anstieg der Temperaturen für eine stärkere Austrocknung der Böden gesorgt.

Zum anderen entstehen feuchte beziehungsweise trockene Sommer durch Variabilität in der atmosphärischen Zirkulation, also das großräumige Zusammenspiel von Hoch- und Tiefdruckgebieten. In den vergangenen Jahrzehnten hat sich dieses Muster über Europa verändert: Es gibt mehr und länger andauernde Sommerhochs, die für stabiles, trockenes und heißes Wetter sorgen, und weniger Tiefs, die Regen bringen. „Diese Änderung der atmosphärischen Zirkulation trägt erheblich zur sommerlichen Dürre bei, das hat unsere Studie gezeigt. Das damit einhergehende wissenschaftliche Problem birgt eine sehr hohe Ungewissheit, was die Projektionen von Dürre in Europa angeht: Während die Mechanismen hinter den direkten Effekten der Erderwärmung verstanden sind, gibt es noch erhebliche Unsicherheit über die Ursachen der Zirkulationsänderung“, erläutert Dr. Dunkl. Mit ihrer Studie haben die Forschenden genau an diesem Punkt angesetzt und quantifiziert, zu welchem Teil die direkten Effekte und die Zirkulation an Dürre-Trends in Europa verantwortlich sind und wie genau diese beiden Effekte den Wasserhaushalt in Europa verändern.

Beobachtungsbasierte Studien konnten bislang nur zeigen, dass Trockenheit und veränderte Wetterlagen gemeinsam auftreten, ohne den ursächlichen Beitrag der Zirkulation zu belegen, während Klimamodelle die beobachteten europäischen Zirkulationstrends nicht reproduzieren können. Die Arbeit der Leipziger Wissenschafter:innen schließt nun diese Lücke, indem sie die beobachteten Zirkulationsänderungen in ein Klimamodell eingebettet haben und so erstmals den kausalen Zusammenhang zwischen Zirkulationsänderung und Trockenheit-Trends quantifizieren konnten.

Neue Studien zum Zusammenhang zwischen Klimawandel und Waldbrandgefahr

Mit diesen neuen Erkenntnissen lasse sich das Dürrerisiko besser eingrenzen, sagt Dunkl. Dürreschäden belaufen sich in Europa durchschnittlich auf rund neun Milliarden Euro jährlich, im gesamten Mittelmeerraum noch deutlich mehr. Die Studie zeigt, dass dynamische und thermodynamische Prozesse zusammen betrachtet werden müssen, um vergangene Trends zu deuten und das künftige Risiko abzuschätzen. Die neue Leipziger Studie liefert eine Grundlage, um Klimaprojektionen zu evaluieren und ihre Unsicherheit abzuschätzen und um robuste Anpassungsstrategien für ein trockener werdendes Europa zu entwickeln.

Ein weiterer sehr wichtiger Aspekt von Trends in Hitzewellen und Dürre ist hingegen noch wenig erforscht: der Einfluss verschiedener Aspekte von Biodiversität auf Hitze und Trockenheit und deren mögliche Rolle als Puffer im Klimawandel. Diese Aspekte wollen die Leipziger Wissenschaftler:Innen in einem beantragten größeren Verbundprojekt beleuchten.

Gerade arbeiten die Meteorolog:innen der Universität Leipzig an drei Studien zum Zusammenhang zwischen Klimawandel und Waldbrandgefahr. Dabei fokussieren sie sich unter anderem auf die Brände in Spanien und Portugal im Sommer 2025.

Universität Leipzig

Originalpublikation:

Dunkl, I., Bastos, A. & Sippel, S. European summer drying largely driven by atmospheric circulation changes since the 1980s. Nat. Geosci. (2026). doi.org/10.1038/s41561-026-02050-w