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Mikroben-Hockey: Bakterien lassen kleine Scheiben rotieren und können ungewöhnliche Materialien erzeugen

Wed, 08 Apr 2026 09:31:00 +0200

Funken sprühen in alle Richtungen. Ein Hammer klopft wiederholt gegen einen Amboss. Das rot leuchtende Material formt sich immer mehr zu einem Schwert. Der Schmied oder die Schmiedin begutachtet sein Werk und hält es anschließend in den glühend heißen Ofen. Man kennt solche Bilder gut aus Mittelalter-Serien wie The Witcher oder aus Videospielen wie Elden Ring.

Am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) widmet sich die Forschungsgruppe von Jérémie Palacci ebenfalls der feinen Kunst des Schmiedens – allerdings auf eine etwas andere Art und Weise. Anstelle herkömmlicher Werkzeuge setzt die Forschungsgruppe E. coli-Bakterien ein, die oft mit Infektionen durch kontaminierte Lebensmittel in Verbindung gebracht werden. Wenn man sie aber in Wasser platziert, erzeugen die langen Flagellen der Mikroben – ihre Fortsätze, die sie vorantreiben – ein sogenanntes aktives Bad. Dieses dynamische Umfeld wirkt dadurch wie ein kleines Feuer, welches die ‚Temperatur‘ auf ein Äquivalent von 2000 °C erhöht – jene Temperatur, die ein Schmied oder eine Schmiedin zum Bearbeiten von Metallen benötigt. Die Forschenden können mit diesem aktiven Bad gelartige Aggregate erstellen und sogar winzige Mikroscheiben zum Drehen bringen. Wie Letzteres funktioniert, zeigt nun eine neue Publikation von ISTAs Daniel Grober und Jérémie Palacci in Zusammenarbeit mit Tanumoy Dhar und David Saintillan von der University of California in San Diego.

Die Forschung wurde vom Materiali Molli Lab am ISTA in Zusammenarbeit mit dem Department für Physik an der UC San Diego durchgeführt.

Winzige Motoren
Wie so ein aktives Bad aussehen kann, zeigten Palacci, Grober und Kolleg:innen 2023 in einer Nature Physics Publikation aus dem Jahr 2023. Mithilfe ihrer Bakterien konnten die Forschenden klebrige Kolloide – runde Kügelchen, die bei Kontakt aneinanderhaften – antreiben, um gelartige Aggregate zu kreieren. Diese rotierten, ausgehend von der Drehung der E. coli-Flagellen ausschließlich im Uhrzeigersinn. Die Gründe für dieses Verhalten waren jedoch nicht klar.

Bei ihrer Erklärungssuche stießen Grober und Palacci auf eine Studie aus dem Jahr 2010, in der Bakterien mit Zahnrädern interagierten – egal ob symmetrisch oder asymmetrisch –, nur asymmetrische zum Drehen brachten. Palaccis Theorie lautete damals: „In dieser Arbeit verhielten sich die Bakterien wie winzige Fahrzeuge, die das asymmetrische Zahnrad ständig zum Drehen anstießen.“ Die Forscher vermuteten, dass die asymmetrische Form auch für ihre rotierenden Klumpen die Ursache sein könnte. Die Messung dieses Effekts erwies sich jedoch als schwierig, da die zufällige Asymmetrie der Aggregate zu starken Datenstörungen führte.

Drehende ‚Hockey-Pucks‘
Die Wissenschafter mussten daher einen Schritt zurücktreten und ein klareres Experiment definieren. Mit einem 3D-Nanoprinter stellte Grober glatte, symmetrische Mikroscheiben, die Hockey-Pucks ähnelten. Als sie diese ‚Pucks‘ anschließend in die mit E. coli gefüllten aktiven Bäder einführten, fingen diese an sich im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Wissenschafter waren überrascht, da dies die frühere Hypothese, dass sich symmetrische Formen nicht drehen, widerlegte.

Ein etwas detailreicherer Puck mit zum Beispiel vier zur Mitte hin reichenden Kammern drehte sich sogar noch schneller. Im Zusammenspiel mit den begrenzten Räumen der Kammern in der Scheibe wirkten die Bakterien wie kleine Paddel, die die Drehung verstärkten. Interessanterweise drehte sich sogar ein Puck mit nur einer Kammer ohne geschlossenes Ende, sobald ein E. coli-Bakterium hindurch schwamm. Für die Drehung war also kein direkter mechanischer Kontakt der Bakterien mit der Wand notwendig.

Hydrodynamische Interaktion
Palacci stellt klar, dass die Drehung der Scheibe nicht durch direkten Kontakt verursacht wird, was sich von den Beobachtungen bei asymmetrischen Zahnrädern unterscheidet. Die neue Studie zeigt, dass die plantschenden E. coli die Flüssigkeit durch ihre Schwimmbewegung um sich herum wirbeln. Ihre Körper drehen sich in eine Richtung, während sich ihre Fortsätze in die entgegengesetzte Richtung drehen.

Diese Drehbewegung, auch als Drehmoment bezeichnet, führt dazu, dass die Flüssigkeit sowohl vor als auch hinter den schwimmenden Bakterien in einen Wirbel gerät. Dadurch entsteht eine Zugkraft auf die obere Wand der Kammer. Obwohl sich die Drehbewegungen gegenseitig aufheben und der Mittelpunkt des Pucks stabil bleibt, entsteht dennoch ein Gesamt-Drehmoment, der die Scheibe in Rotation versetzt. Das liegt daran, dass die Drehungen an unterschiedlichen Punkten in der Kammer entstehen.

Man kann sich das so vorstellen, als würde man ein Marmeladenglas öffnen, am Deckel dreht, die Mitte aber keinen Millimeter nachgibt. Mathematische Modelle, die mit diesen Beobachtungen übereinstimmen, liefern den Beweis, dass E. coli durch diese hydrodynamischen Wechselwirkungen Bewegung antreibt.

„In unserem Forschungsfeld ist es ein bekanntes Phänomen, dass die Gegenrotation des Körpers und der Flagellen von E. coli dazu führt, dass sich die Bakterien in der Nähe einer festen Oberfläche im Uhrzeigersinn bewegen,“ erklärt Grober.

„Diese Dynamik konnten wir umkehren, indem wir E. coli in einem mikroskopischen Kanal unter der Scheibe einschlossen. Diese Experimente nutzen genau denselben hydrodynamischen Effekt, um im Wesentlichen einen mikroskopischen, berührungslosen Motor zu erzeugen, der die dauerhafte Rotation der Scheibe antreibt.“

Auswirkungen auf die medizinische Therapie und die Nachhaltigkeit?

Die Fähigkeit von Bakterien mit Flagellen, Objekte zu drehen, beruht also auf Begrenzung, ist kumulativ und unabhängig von der Form des Gegenstandes, welchen sie rotieren. Das sind wichtige neue Erkenntnisse, denn im Wesentlichen sollte dieses Phänomen immer dann beobachtbar sein, wenn sich Bakterien in engen Räumen befinden. Das kommt in der Natur häufig vor – sei es in Biofilmen, die für die Resistenz von Bakterien entscheidend sind, oder in Böden, wo Bakterien eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung des Gleichgewichts im Ökosystem spielen.

„Trotz seiner Bedeutung wurde dieser Effekt bisher übersehen. Wir hoffen, dass dieses neue Verständnis einen bedeutenden Einfluss auf die medizinische Therapie oder Nachhaltigkeitsbemühungen haben wird“, fasst Palacci zusammen.

(Institute of Science and Technology Austria)

Originalpublikation:

Grober et al. 2026. The hydrodynamic torque dipole from rotary bacterial flagella powers symmetric discs. Nature Physics. DOI: 10.1038/s41567-026-03189-4
https://www.nature.com/articles/s41567-026-03189-4

Sauerstoff bestimmt offenbar nicht die Körpergröße von Insekten:

Tue, 07 Apr 2026 09:26:26 +0200

Als riesige Insekten wie Meganisoptera lebten, sah die Erde grundlegend anders aus: In den äquatorialen Regionen des Superkontinents Pangäa breiteten sich weite Kohlesumpfwälder aus und der hohe Sauerstoffgehalt der Atmosphäre ließ Waldbrände häufig lodern. In den Gewässern wimmelte es von Fischen, während Amphibien und kriechende Gliederfüßer das Land dominierten. Über diesen Lebensräumen beherrschten riesige fliegende Insekten den Himmel – von eintagsfliegenähnlichen Arten mit Flügelspannweiten bis zu 45 Zentimetern bis zu den gewaltigen Meganisoptera, den sogenannten „Griffinflies“, mit bis zu 70 Zentimetern. Fossile Abdrücke dieser Giganten wurden bereits vor fast einem Jahrhundert in Kansas entdeckt.

Die seit den 1960er Jahren verbreitete Annahme, gigantische Insekten seien nur aufgrund des damals etwa 45 Prozent höheren Sauerstoffgehalts der Atmosphäre möglich gewesen, wird durch eine Untersuchung von Dr. Antoinette Lensink und Dr. Chris Weldon von der Universität Pretoria sowie Dr. Roger Seymour von der Universität Adelaide widerlegt. Prof. Dr. Philipp Lehmann vom Zoologischen Institut und Museum der Universität Greifswald trägt als vergleichender Physiologe maßgeblich zur Analyse der Insektenflugmuskeln bei. Die Publikation erschien kürzlich in der Fachzeitschrift Nature https://doi.org/10.1038/s41586-026-10291-3.

Neue Daten stellen Annahme infrage
Seit den 1960er Jahren gingen Wissenschaftler*innen davon aus, dass solche Größen heute unmöglich wären. Grundlage war das Insekten-Tracheensystem: Sauerstoff gelangt über ein verzweigtes Netzwerk von Röhren direkt in die Flugmuskulatur. Größere Körper und höherer Energiebedarf schienen daher nur bei deutlich höherem Sauerstoffgehalt möglich.

In den 1980er Jahren erhärteten geochemische Methoden diese Theorie weiter: Die Rekonstruktion der prähistorischen Gaszusammensetzung zeigte einen deutlich höheren Sauerstoffgehalt vor 300 Millionen Jahren – passend zu den Fossilien riesiger Insekten. Dies galt lange als plausible Erklärung.

Die neue Untersuchung zeigt jedoch, dass Insekten ihren Sauerstoffbedarf flexibel über das Tracheensystem regulieren können. Mithilfe von Hochleistungs-Elektronenmikroskopie analysierte das Team, wie Tracheolen – die feinsten Verzweigungen des Tracheensystems – die Flugmuskeln unterschiedlicher Insektenarten versorgen. Das Ergebnis: Tracheolen nehmen nur etwa ein Prozent oder weniger des Muskelvolumens ein – selbst bei den gigantischen fossilen Arten. Dies deutet darauf hin, dass Insekten auch bei unterschiedlichen atmosphärischen Sauerstoffkonzentrationen ausreichend versorgt werden könnten, indem sie die Anzahl der Tracheolen anpassen.
Dr. Edward Snelling von der University of Pretoria, der Erstautor der Studie, betont: „Wenn der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre tatsächlich eine Obergrenze für die maximale Körpergröße von Insekten darstellt, dann müsste es Anzeichen für einen Ausgleich auf der Ebene der Tracheolen geben.“ Bei größeren Insekten gebe es zwar einen gewissen Ausgleich, dieser sei jedoch insgesamt vernachlässigbar.

Sein Kollege Dr. Roger Seymour von der University of Adelaide ergänzt: „Kapillaren im Herzmuskel von Vögeln und Säugetieren nehmen etwa zehnmal so viel relativen Raum ein wie Tracheolen im Flugmuskel von Insekten.“ Dies spreche für ein großes evolutionäres Potenzial, die Anzahl der Tracheolen zu erhöhen, falls der Sauerstofftransport die Körpergröße begrenzen würde. Auch mögliche Einschränkungen des Sauerstoffflusses könnten laut Snelling durch eine verstärkte Ausbildung von Tracheolen kompensiert werden.

Grundlagenforschung an der Universität Greifswald
Prof. Dr. Philipp Lehmann aus Greifswald ordnete die Daten nach Flugmuskeltypen und flugphysiologischen Parametern. Er zeigt sich „überrascht, dass die Muster über so große phylogenetische und physiologische Unterschiede hinweg bestehen“ und betont, dass es „sehr lohnend war, grundlegende biologische Erkenntnisse zu gewinnen, die lang gehegte Annahmen über die Körpergröße von Insekten in Frage stellen“. Lehmann bezeichnet die Veröffentlichung der Ergebnisse in Nature als wichtigen Meilenstein: „Es ist spannend, diese Erkenntnisse, die das Ergebnis von über fünf Jahren Arbeit sind, endlich in einer renommierten Fachzeitschrift wie Nature zu veröffentlichen.“ Er hofft, in den kommenden Jahren im Rahmen neuer Projekte weiter an diesen Fragestellungen arbeiten zu können.

Die Forschenden kommen zu dem Schluss, dass Sauerstoff und der Transport über das Tracheensystem die Körpergröße von Insekten offenbar nicht begrenzen. Das bedeute jedoch nicht, dass dies nicht bedeutet, dass Insekten von der Größe kleiner Flugzeuge existieren könnten. Andere Faktoren wie Prädation durch kleine Wirbeltiere oder mechanische Grenzen des Exoskeletts dürften die maximale Größe bestimmen.
(Universität Greifswald)

Weitere Informationen
Snelling, E. P.; Lensink, A. V.; Clusella-Trullas, S.; Weldon, C.; Lehmann, P.; Terblanche, J. S.; Payne, N. L.; Harrison, J. F.; Hickey, A. J. R.; Donaldson, A.; Deschodt, C. M.; Seymour, R.: Oxygen supply through the tracheolar–muscle system does not constrain insect gigantism. Nature (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-026-10291-3
Die Studie wurde im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Forschende zeigen neuen Mechanismus, der Überleben und Wachstum von Tumoren fördert

Sun, 05 Apr 2026 08:03:00 +0200

Mit zunehmendem Alter sammeln sich im gesunden Gewebe Mutationen, die Krebs auslösen können. Allerdings entwickeln sich nur wenige dieser veränderten Zellen zu Tumoren. Erkenntnisse moderner Studien deuten darauf hin, dass die Entstehung von Tumoren von komplexen Wechselwirkungen zwischen den mutierten Zellen und ihrer Umgebung abhängt. Das Verständnis dieser Prozesse und der dazugehörigen Umweltfaktoren ist bislang jedoch begrenzt.

Die in Nature veröffentlichte Studie untersucht, warum manche mikroskopisch kleinen Tumoren im Gewebe unmittelbar nach ihrer Entstehung wieder verschwinden, während andere bestehen bleiben und später zu Krebs fortschreiten. Um diese Frage zu beantworten, modellierte das Team die frühen Stadien von Krebserkrankungen in der Speiseröhre von Mäusen. Die Forschenden konnten dabei die wenigen Tumoren identifizieren, die den natürlichen Schutzbarrieren des Gewebes entkommen, und analysieren, was sie von den vielen anderen unterscheidet, die frühzeitig eliminiert werden. Der Fokus lag dabei auf dem Epithelgewebe, das äußere und innere Körperoberflächen bedeckt und schützt.

Die meisten neu entstehenden Tumoren in der Speiseröhre werden kurz nach ihrer Bildung durch Konkurrenz aus dem Gewebe verdrängt. Die aktuelle Studie zeigt jedoch, dass neue epitheliale Tumorzellen unmittelbar nach ihrer Entstehung Stresssignale an das darunterliegende Gewebe senden. Diese Signale aktivieren – ähnlich wie bei Wundheilungsprozessen – Fibroblasten der Lamina propria, einer dünnen Bindegewebsschicht. Die aktivierten Fibroblasten bilden ein Schutzgerüst um die anfänglich intraepitheliale Läsion, die noch auf die oberste Zellschicht begrenzt ist. Auf diese Weise entsteht eine besondere Mikroumgebung, die als „präkanzeröse Nische“ bezeichnet wird und das Überleben und Wachstum des Tumors fördert.

Auf molekularer Ebene beruht dieser Mechanismus auf einer EGF‑SOX9‑FN1‑Signalachse, die Wachstum und Verhalten der Zellen steuert. Unterbanden die Forschenden die molekulare Kommunikation zwischen den beiden Gewebestrukturen, bildete sich die präkanzeröse Nische nicht aus und deutlich weniger frühe Tumoren überlebten.

Untersuchungen von menschlichem Gewebe bestätigten die Ergebnisse: Auch hier fanden sich frühe Tumorzellen mit charakteristischen Stresssignalen und dem gleichen fibrotischen Gerüst. Diese Erkenntnisse könnten die Früherkennung von Speiseröhrenkrebs verbessern, denn diese Krebsart wird oft erst in einem späten Stadium entdeckt, wenn die Behandlungsmöglichkeiten bereits eingeschränkt sind.

An der Studie waren Prof. József Jászai und Prof. Mirko HH Schmidt vom Institut für Anatomie der Medizinischen Fakultät Carl Gustav Carus der TUD sowie Prof. Daniela Aust vom Institut für Pathologie des Universitätsklinikums Carl Gustav Carus Dresden beteiligt. Die Dresdner Arbeitsgruppen stellten menschliches Gewebematerial von Patientinnen und Patienten mit Speiseröhrenkarzinomen zur Verfügung und führten die dazugehörigen pathologischen Untersuchungen durch. Die Proben wurden sorgfältig ausgewählt, aufgearbeitet und histologisch sowie immunhistologisch prozessiert, um Tumor- und gesundes Gewebe zu vergleichen. Damit trugen die Dresdner Teams dazu bei, die im Mausmodell entdeckten Mechanismen im menschlichen Gewebe zu bestätigen und ihre Bedeutung für frühe Stadien des Speiseröhrenkrebses zu belegen.

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass nicht nur genetische Veränderungen darüber entscheiden, ob ein Tumor überlebt, sondern auch das Zusammenspiel zwischen den veränderten Zellen und ihrer unmittelbaren Umgebung. Die charakteristischen „präkanzerösen Nischen“ könnten künftig als frühe biologische Hinweise dienen, um entstehende Tumoren schneller zu erkennen.

Prof. Esther Troost, Dekanin der Medizinischen Fakultät, sagt: „Die Identifizierung präkanzeröser Nischen als Voraussetzung für das Überleben früher Tumorzellen ist ein wichtiger Befund für künftige Krebstherapien. Dass Dresdner Forschungsteams diese Mechanismen im menschlichen Gewebe bestätigen konnten, stärkt unseren onkologischen Schwerpunkt und zeigt die besondere Expertise unseres Standorts in der translationalen Krebsforschung.“

(Technische Universität Dresden)

Originalpublikation:
Skrupskelyte, G. et al. Precancerous niche remodelling dictates nascent tumour persistence. Nature; 4 March 2026; DOI: 10.1038/s41586-026-10157-8.

Maßgeschneidert düngen

Sat, 04 Apr 2026 07:37:00 +0200

Jahr für Jahr werden in Deutschland etwa 1,5 Millionen Tonnen reaktiver Stickstoff frei- gesetzt. Hauptverursacher für die überhöhten Werte ist die Landwirtschaft. Folgen der Stickstoffüberschüsse aus Gülle und Mineraldünger sind eine hohe Nitratbelastung im Grundwasser, Bodenversauerung sowie ein massives Algenwachstum in Seen und Meeren. Überdüngung schadet zudem Nutzpflanzen und schwächt die Biodiversität. Lachgas, das bei der Düngung entweicht, fördert die Erderwärmung.
Ein Forscherteam des Fraunhofer IGB in Straubing arbeitet an einer Lösung: »Im Projekt HanAkku entwickeln wir ein biobasiertes Düngemittel, das biologisch abbaubar ist und sich ressourcenschonend herstellen lässt«, erklärt Chemikerin Dr. Melanie Iwanow. »Unser maßgeschneiderter Dünger versorgt die Pflanze ausschließlich mit den notwenigen Nähr- stoffen und in den Mengen, die sie tatsächlich benötigt.«

Hanfschäben bilden Basis für umweltfreundlichen Dünger
Grundlage des neuen Mittels sind Hanfschäben, die das Innere des Nutzhanf-Stängels bilden. Bisher fallen die Schäben in Hanffaserfabriken als Abfallprodukt an und werden nur eingeschränkt als Tierstreu weiterverwendet. Die Forschenden möchten diese Hanfreste in ein hochwertiges, gewinnbringendes Produkt verwandeln: »Hanfschäben können wegen ihrer hochporösen Mikrostruktur und Materialbeschaffenheit etwa das Vierfache ihres Eigengewichts an Wasser aufnehmen. Diese Eigenschaft wollen wir nun auf neue biobasierte Lösungsmittel übertragen und damit die Hanfschäben maßgeschneidert ausrüsten«, so Melanie Iwanow.

Zunächst identifizieren Melanie Iwanow und ihre Kollegen die Nährstoffe, die eine bestimmte Pflanze benötigt. Diese Stoffe werden im Labor mithilfe von Deep Eutectic Solvents (DESs) gelöst: umweltfreundliche Lösungsmittel also, die durch das Mischen von Feststoffen und einer anschließenden moderaten Temperaturerhöhung eine Flüssigkeit bilden. Anschließend beladen die Forschenden die Schäben des Nutzhanfstängels mit den im DES gelösten Nährstoffen. Die absorbierten Stoffe werden später bei der Anwendung kontrolliert freigesetzt. Die jeweilige Pflanze lässt sich so bedarfsgerecht versorgen.

»Sind die Nährstoffe nach einiger Zeit gelöst, steht im Mikroporengerüst der Hanfschäben wieder Platz zur Verfügung, und es kann als Wasserspeicher für den Boden dienen. Gerade während Dürreperioden ist das ein entscheidender Vorteil«, so Iwanow. Im letzten Schritt findet die Zersetzung des Düngemittels statt; dort leistet es zusätzlich einen Beitrag zur Humusbildung.

HanAkku stellt so eine biobasierte Langzeit-Düngeralternative dar. Herkömmliche Mittel können zwar über einen Zeitraum von etwa 14 Monaten hinweg eine gleichmäßige Langzeitdüngewirkung erzielen, aufgrund der Inhaltsstoffe verbleiben jedoch oftmals Mikroplastik und andere schädliche Abbauprodukte im Boden. Ziel der neuen Alternative, welches Iwanow und ihre Kollegen anstreben, ist, dass die Düngemittel möglichst vergleichbare Ergebnisse hinsichtlich der Langzeitdüngewirkung liefern, dabei aber biologisch abbaubar sind und somit den Boden nicht belasten.

Das Projekt HanAkku endet dieses Jahr, die Fraunhofer-Forschenden hoffen auf einen Transfer in den Agrar- und Gartenbausektor. Die Zeichen dazu stehen gut: Das Team hat mit dem neuen Dünger unter anderem erfolgreich Paprika-Pflänzchen gezogen. »Wir können bereits nachweisen, dass unser Dünger sehr gut funktioniert, gerade feilen wir an der finalen Rezeptur, um unsere Inhaltsstoffe möglichst langsam und kontrolliert freizusetzen«, so Melanie Iwanow. Ist dies geglückt, ist der biobasierte Dünger auch für die Hobbygärtnerei denkbar.

Auf der Hannover Messe präsentieren die Forschenden vom Fraunhofer IGB Ergebnisse der Versuchsreihen mit den selbstgedüngten Pflanzen. Auch eine Probe des Düngemittels bringen sie mit.

(Fraunhofer-Gesellschaft)

Mit Klimadaten Malaria wirksamer bekämpfen

Fri, 03 Apr 2026 07:29:00 +0200

Jedes Jahr sterben im südlichen Afrika mehr als 600 000 Menschen an Malaria. Wie stark sich die Krankheit ausbreitet, hängt dabei nicht nur von medizinischer Versorgung und Präventionsmaßnahmen ab, sondern auch von Umweltprozessen wie Regen, Temperatur und vor allem von der Bildung temporärer Wasserflächen. „Diese bestimmen, wo sich Anopheles-Mücken vermehren, und das Risiko einer Infektion steigt“, sagt Professor Harald Kunstmann vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung (IMKIFU), dem Campus Alpin des KIT in Garmisch-Partenkirchen. „Dank heute verfügbarer hochaufgelöster Umweltmodelle wissen wir sehr genau, wann und wo das der Fall ist.“ Gemeinsam mit seinem Team hat er nun erforscht, ob und wie sich mit diesen Daten die Wirksamkeit von Gegenmaßnahmen maximieren lässt. „Zu den einfachsten Maßnahmen gegen Malaria gehören Moskitonetze, durch die Menschen in der Nacht vor Stichen geschützt werden“, erklärt Dr. Diarra Dieng vom IMKIFU, die mit ihren Arbeiten maßgeblich zur Studie beigetragen hat. „Wir wollten herausfinden, wie stark sie die Übertragung tatsächlich reduzieren – und wo ihr Einsatz den größten Effekt hat.“

Vom Regen zur Infektion – eine Modellkette
Für ihre Studie kombinierten die Forschenden verschiedene Modellarten: Klimamodelle liefern Daten zu Temperatur und Niederschlag, hydrologische Simulationen zeigen, wo sich Wasserflächen und potenzielle Brutplätze bilden. Ein krankheitsepidemiologisches Modell berechnet daraus die Entwicklung der Malariaübertragung. Grundlage der Analyse waren unter anderem Malariadaten aus Kenia. „Unser Ansatz bildet erstmals die gesamte Kette von atmosphärischen Prozessen über die Entstehung von Brutstätten bis zur Krankheitsübertragung ab“, so Dieng. „Dadurch konnten wir erstmals experimentell bestimmen, wie wirkungsvoll Moskitonetze Infektionen tatsächlich reduzieren.“

Die Forschenden quantifizierten, wie stark sich Malariaübertragung und Erkrankungszahlen unter verschiedenen Umweltbedingungen mit und ohne Moskitonetze veränderten. Sie konnten zeigen, dass eine zielgerichtete Nutzung von Moskitonetzen die Zahl infektiöser Mückenstiche deutlich reduziert und die Malariafälle im Durchschnitt um rund 40 Prozent zurückgehen können; in einigen Regionen kann sich die Übertragung sogar mehr als halbieren. Zugleich konnten sie aufzeigen, wie stark lokale Umweltfaktoren die Dynamik beeinflussen: Temperatur, Niederschlag und die Verfügbarkeit temporärer Brutgewässer bestimmen, wo und wann sich Mücken besonders gut vermehren – und damit auch, wie groß der Einfluss von Präventionsmaßnahmen ausfällt.

Gezielte Präventionsmaßnahmen planen
Die Studie zeigt, wie sich Klimadaten für praktische Entscheidungen in der Gesundheitsvorsorge nutzen lassen. Hochauflösende Umweltinformationen ermöglichen es, Malariarisiken räumlich deutlich genauer zu erfassen und den erwarteten Nutzen von Präventionsmaßnahmen abzuschätzen. Gesundheitsprogramme könnten so besser erkennen, in welchen Regionen gezielte Interventionen besonders effektiv sind und wo zusätzliche Maßnahmen nötig sein könnten. „Zum ersten Mal können wir mit Zahlen belegen, was wirklich hilft“, sagt Dieng. „Wenn wir verstehen, wie Umweltbedingungen und Präventionsmaßnahmen zusammenwirken, können wir begrenzte Ressourcen gezielter einsetzen.“

Karlsruher Institut für Technologie

Originalpublikation

Mame Diarra Bousso Dieng, Stephan Munga, Adrian M. Tompkins, Miguel Garrido Zornoza, Cyril Caminade, Benjamin Fersch, Joël Arnault, Sammy Khagayi, Maximilian Schwarz, Simon Kariuki, Godfrey Bigogo, Harald Kunstmann: High resolution physically based modelling reveals malaria incidence reduction by vector control measures. Scientific Reports, 2025. DOI: 10.1038/s41598-025-33539-w

Faktencheck der Ruhr-Uni Bochum: wissenschaftliche Versuche mit Tauben

Thu, 02 Apr 2026 07:46:00 +0200

Die unberechtigten Vorwürfe in den Informationsmaterialien des Vereins verbreiten strategisch Halb- und Unwahrheiten auf dem Campus und in der Öffentlichkeit. Bildmaterialien sind erkennbar KI-generiert oder stammen aus anderen Studien. In den Kommentarspalten unter den Social-Media-Beiträgen zur Kampagne geschehen Straftaten, die der Verein nicht unterbindet, moderiert oder löscht (zum Beispiel Beleidigung, Bedrohung, Aufruf zur Gewalt, Veröffentlichung persönlicher Daten der Mitarbeitenden, Relativierung von Verbrechen des Nationalsozialismus).

Verzerrtes Bild
In der Öffentlichkeit entsteht durch die Desinformation ein falsches Bild unserer Forschung und von aktueller Forschungsarbeit überhaupt. Die Kampagne skandalisiert eine völlig gängige Forschungspraxis, die stets im Rahmen der Tierethik und des Rechts geschieht und von zuständigen Ämtern überwacht und genehmigt wird. Die Ruhr-Universität kommuniziert öffentlich über die Tierversuche, die hier durchgeführt werden. In der Biopsychologie gibt es seit Jahren Laborführungen. Dank Methodenverfeinerungen, die an der Ruhr-Universität etabliert wurden, sinken die Zahlen der verwendeten Tiere seit Jahren. „Die wichtigen Forschungsfragen, für die schlicht keine Alternativen möglich sind, werden weiterhin mit Tieren erforscht, aber selbstverständlich im Rahmen von Tierethik, geltendem Recht und nach behördlichen Genehmigungsverfahren“, sagt Prof. Dr. Onur Güntürkün, Leiter der Biopsychologie.

Fact Sheet beantwortet alle Fragen
Wir möchten als Forschungs- und Bildungseinrichtung sicherstellen, dass unsere Forschungsarbeit korrekt und transparent abgebildet werden kann. Daher hat die Ruhr-Universität Bochum nun alle Fakten über die Forschung mit Tauben in einem Dokument zusammengeführt:

Angeklickt
Faktencheck für wissenschaftliche Versuche mit Tauben: h

(Ruhr-Universität Bochum)

Nur ein Viertel der kolumbianischen Schutzgebiete schützt Süßwasserfische effektiv

Wed, 01 Apr 2026 12:49:01 +0200

Das Forschungsteam des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) untersuchte die geografische Verbreitung von 1.313 Süßwasserfischarten in 38.000 Gewässerabschnitten der Flüsse Kolumbiens. Sie verglichen diese Daten mit den bestehenden Schutzgebieten, die auf den Schutz aller Tierarten abzielen. Dabei stellten sie fest, dass die für den effektiven Schutz der Fischarten erforderliche Fläche zwar ähnlich groß ist wie die der bestehenden Schutzgebiete, jedoch eine erhebliche räumliche Diskrepanz besteht: Die optimalen Schutzgebiete und die aktuellen Schutzgebiete überlappen nur zu 25 Prozent.

„Diese Kluft macht deutlich, wie wichtig es sein kann, bestehende Schutzstrategien zu überarbeiten, um die Süßwasser-Biodiversität effektiver zu bewahren“, sagt Thomas Tomiczek, Erstautor der Studie und Forscher am IGB.

Besonders wichtig wäre ein Schutzstatus der oberen Abschnitte des Orinoco-Flusses, der mit 964 Fischarten ebenso artenreich wie der kolumbianische Teil des Amazonas ist, jedoch mehr endemische Fische beherbergt. Endemische Arten sind solche, die ausschließlich in einem bestimmten Gebiet vorkommen. Viele endemische und bedrohte Arten leben außerdem in den Becken von Magdalena-Cauca und Pazifik-Chocó, weshalb sie in den neu definierten Prioritätsgebieten mit großen Flächenanteilen vertreten sind.
Die Studie identifizierte lediglich ein Flussgebiet mit einer hohen Überlappung (72 Prozent) zwischen bestehendem Schutzstatus und priorisiertem Schutzgebiet: den Rio Bita im Nordosten Kolumbiens an der Grenze zu Venezuela, der seit 2018 unter Schutz steht. Insgesamt kommen die Forschenden zu dem Schluss, dass es wichtig wäre, mehr Quellflüsse zu schützen, da sie besonders sensibel auf Umweltveränderungen reagieren und essenzielle Funktionen für das gesamte Flussnetzwerk besitzen. Zudem sollten kleinere Nebenflüsse von großen Strömen berücksichtigt werden, da sie bei Überflutungen gemeinsam ein Mosaik aus verschiedenen Lebensräumen bieten können.

Diskrepanz der Schutzgebiete zeigt sich auch für andere Tiergruppen:

Die Diskrepanz zwischen Biodiversitäts-Hotspots und geschützten Gebieten in Kolumbien wurde in anderen Studien auch für Säugetiere, Vögel, Amphibien und Reptilien dokumentiert.

„Solche Erkenntnisse können daher ein Leitfaden sein, Gebiete mit hohem ökologischem Wert und geringer menschlicher Belastung in zukünftige Schutzstrategien zu integrieren, um möglichst viele Tierarten an Land und im Wasser zu schützen“, sagt Dr. Sami Domisch, Wissenschaftler am IGB und Leiter der Studie.

Eine andere Studie zu den Flüssen Europas zeichnet ähnliches Bild:

Die Ergebnisse der Studie fügen sich in das Bild, das eine Studie in Nature Communications unter Leitung der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung zeichnet. An dieser Studie war auch das IGB beteiligt. Das internationale Team analysierte darin über 1.700 Flussstandorte in zehn europäischen Ländern über fast vier Jahrzehnte. Die Ergebnisse zeigen, dass Schutzgebiete oft nicht ausreichen, um die Biodiversität und Wasserqualität signifikant zu steigern, weil sie oft für Landökosysteme ausgewiesen wurden.

Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Originalpublikation:

Tomiczek, T., J.García Márquez, R.Arlinghaus, and S.Domisch. 2026. “The Spatial Discrepancy Between Colombian Freshwater Fish Suitable Habitats and Existing Protected Areas.” Diversity and Distributions32, no. 3: e70168. https://doi.org/10.1111/ddi.70168.

Vegetationsmuster und Ökosystem-Resilienz: Beziehungsstatus „kompliziert“

Wed, 01 Apr 2026 12:16:58 +0200

Ökosysteme – von Korallenriffen über Tropenwälder bis hin zu Trockengebieten – können abrupte und mitunter irreversible Veränderungen durchlaufen, sobald kritische Schwellenwerte überschritten werden. Solche Regimewechsel haben meist tiefgreifende ökologische, soziale und wirtschaftliche Folgen. Die globale Erwärmung und andere vom Menschen verursachte Belastungen erhöhen die Wahrscheinlichkeit solcher Regimewechsel, weshalb es immer dringlicher wird, zu verstehen, wie und wann diese Übergänge stattfinden.

Für dieses Verständnis ist die räumliche Dynamik von entscheidender Bedeutung. Viele Ökosysteme organisieren sich in charakteristischen räumlichen Mustern, und dank der Fortschritte bei der Satelliten- und Luftbeobachtung können Forscher*innen diese Strukturen heute besser als je zuvor erfassen. Dennoch bleibt es schwierig, allein anhand von Beobachtungen zu interpretieren, was solche Muster über die Stabilität von Ökosystemen aussagen, sagt Dr. Martinez-Garcia: „Veränderungen in räumlichen Mustern vollziehen sich über mehrere Jahrzehnte hinweg und oft über Hunderte von Kilometern. Trotz der wachsenden Menge an Beobachtungsdaten sind theoretische Modelle der Schlüssel für das Verständnis, wie räumliche Dynamiken die ökologische Stabilität beeinflussen.“ Martinez-Garcia leitet die Gruppe „Dynamik komplexer lebender Systeme“ am CASUS, die mathematische, computergestützte und datenanalytische Werkzeuge kombiniert, um die Entstehung ökologischer Muster und Dynamiken über verschiedene Größenordnungen hinweg zu verstehen.

Auf dem Weg zur Wüste – oder vielleicht doch nicht?

Die Wüstenbildung ist eines der am intensivsten untersuchten Beispiele für ökologische Kipppunkte. In ariden Umgebungen, die durch geringe oder gar keine Niederschläge und allgemein fast keine Wasserverfügbarkeit gekennzeichnet sind, ordnet sich die Vegetation mit zunehmendem Umweltstress häufig in streifen- oder fleckenartigen Mustern neu an. Diese Beziehung zwischen Umweltstress und Musterbildung lässt vermuten, dass diese Muster entstehen, wenn Pflanzen ihre Wassernutzung optimieren. Lange Zeit galten diese Muster als eine Reaktion auf zunehmende Trockenheit. Verschwinden können die Muster auf zwei Wegen: Entweder kehrt die geschlossene Vegetationsdecke unter weniger trockenen Bedingungen zurück oder, nachdem der ökologische Kipppunkt überschritten wurde, die Vegetation verschwindet vollständig und eine Wüste entsteht. Neuere Studien deuteten dann darauf hin, dass diese Muster in bestimmten Szenarien einen Ausweg für Trockengebiete bieten könnten, funktionsfähig zu bleiben – selbst bei Trockenheitsgraden, die jenseits des Kipppunkts liegen. Das Ergebnis dieser theoretischen Modelle: Ökosysteme mit Vegetationsmustern könnten härteren Bedingungen standhalten und einen Zusammenbruch verzögern oder sogar verhindern.

„Die Studien, die das Konzept der Kollapsvermeidung vorbringen, stützen sich auf stark vereinfachte Modelle. Sie berücksichtigen nicht die für reale Ökosysteme charakteristischen räumlichen Einschränkungen und ökologischen Heterogenitäten“, sagt Dr. Pinto-Ramos, Hauptautor der Studie und Postdoktorand in der Gruppe von Martinez-Garcia. „Diese Forschungslücke wollten wir schließen.“

Ausgangslage geändert: keine perfekte räumliche Symmetrie mehr

Der vom CASUS-Team in PNAS vorgestellte theoretische Rahmen berücksichtigt wesentliche räumliche Merkmale realer Ökosysteme. Bisher nahmen Modelle an, dass Ökosysteme unendlich groß und ökologisch homogen seien. Im Gegensatz dazu berücksichtigt das neue Modell die begrenzte räumliche Ausdehnung bewachsener Gebiete, einschließlich ihrer Schnittstellen zur angrenzenden Wüste, sowie ökologische Uneinheitlichkeiten, die zu gerichteten Wechselwirkungen zwischen Vegetationsinseln führen können. „Schnittstellen zwischen bewachsenen Regionen und Wüsten sind entscheidend, da sie durch die räumliche Ausbreitung von Wüstenbildungswellen einen Zusammenbruch des Ökosystems auslösen können“, erklärt Pinto-Ramos. „Gleichzeitig beeinflussen Landschaftsmerkmale wie Hügel und Senken die Wasserverteilung nach Regenfällen. Indem wir keine perfekte räumliche Symmetrie mehr annehmen, erfasst unser Modell wesentliche Prozesse der realen Dynamik in Trockengebieten.“

Das verbesserte Modell zeigt, dass Vegetationsmuster keine allgemeingültige ökologische Bedeutung haben. Vielmehr hängen ihre Auswirkungen auf die Ökosystemstabilität davon ab, wie räumliche Prozesse unter bestimmten Umweltbedingungen ablaufen. „Wir stellen fest, dass der räumliche Kontext die Interpretation dieser Muster grundlegend verändert“, sagt Martinez-Garcia. „Wenn beispielsweise Umweltgradienten wie Hangneigungen sanft verlaufen, kann ein Vegetationsmuster die Widerstandsfähigkeit des Ökosystems gegenüber Dürre erhöhen. Sind diese Gradienten jedoch stark ausgeprägt, kann dasselbe Muster stattdessen auf eine erhöhte Zusammenbruchgefahr hindeuten.“ Wenn, wie aus diesen theoretischen Berechnungen hervorgeht, in einem fleckig strukturierten Trockengebiet starke Umweltgradienten wie steile Hänge oder ein beständiger Wind aus einer Richtung zu beobachten sind, kann bereits eine geringe Zunahme der Trockenheit rasch zu einem Zusammenbruch des Ökosystems und zur Entstehung einer Wüste führen.

Wirklichkeit in ihrer ganzen Fülle einfangen

Eine offene Aufgabe für die Zukunft besteht darin, die Bedeutung dieses Mechanismus der Wüstenbildung in der Natur zu quantifizieren. „Hoffentlich bewegt unser Ergebnis Fachleute dazu, ihre Daten noch einmal unter die Lupe zu nehmen. Wir sind zuversichtlich, dass bisher schwer erklärbare, rasche Wüstenbildungsereignisse mit einem oder mehreren starken Umweltgradienten in Verbindung gebracht werden können“, sagt Martinez-Garcia. Dennoch sind Pinto-Ramos und er sich bewusst, dass ihr neues Modell die Realität noch nicht vollständig erfasst. Daher arbeiten sie derzeit daran, weitere relevante topografische, Wasser- und Winddaten in ihre Modelle zu integrieren. Martinez-Garcia: „Trockengebiete sind äußerst komplexe Systeme. Selbst wenn man sie auf kleinen regionalen Maßstäben untersucht, gibt es eine Vielzahl von Variablen, die berücksichtigt werden müssen. Angesichts der globalen Veränderungen, denen wir gegenüberstehen, gibt es keine Ausrede: Wir brauchen ausgefeiltere Modelle, die mit verschiedenen Arten von Daten interagieren können, um die Wüstenbildung wirksam zu bekämpfen.“

Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf

Originalpublikation:

D. Pinto-Ramos, R. Martinez-Garcia: How spatial patterns can lead to less resilient ecosystems, in Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), 2026 (DOI: 10.1073/pnas.2511994123) https://doi.org/10.1073/pnas.2511994123

Europas verborgene Pracht: Forschende präsentieren erstmals fossilen Schillerfalter

Wed, 01 Apr 2026 11:08:39 +0200

Schmetterlingsfossilien sind selten – und Funde mit erhaltenen, feinen anatomischen Details und Flügelmustern sind eine absolute Ausnahme. Ein internationales Forschungsteam aus Schweden, den USA und Deutschland unter der Leitung von Dr. Hossein Rajaei, Schmetterlingsforscher am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart, und mit Beteiligung von Prof. Dr. Torsten Wappler vom Hessischen Landesmuseum Darmstadt hat nun ein rund 34 bis 28 Millionen Jahre altes, außergewöhnlich gut erhaltenes Schmetterlingsfossil beschrieben. Der Fund stammt aus dem frühen Oligozän von Céreste in Südfrankreich. Das Exemplar, das einer neuen Gattung und der neu beschriebenen Art Apaturoides monikae angehört, ist ein Schlüsselfund für die Evolutionsforschung der Schmetterlinge. Es ist zudem das erste Fossil, das eindeutig der Unterfamilie der Schillerfalter (Familie der Edelfalter) zugeordnet werden kann.
Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Acta Palaeontologica Polonica veröffentlicht.

Ein besonderer Einblick in die frühe Schmetterlingsevolution:
Schmetterlinge zählen heute zu den am besten erforschten Insekten, doch ihre fossile Überlieferung ist lückenhaft. Viele bisher gemeldete „Schmetterlingsfossilien“ lassen sich nicht eindeutig zuordnen, und gut erhaltene Funde, die als Ankerpunkte für evolutionäre Zeitachsen dienen könnten, sind äußerst selten.

„Beim Fossil von Apaturoides monikae aus Céreste sind der Großteil des rechten Flügels sowie große Teile der linken Flügel mit vollständiger Flügeladerung und deutlich erkennbaren Flügelmustern, darunter Augenflecken, erhalten. Kopf und Thorax sind von beiden Seiten sichtbar, und auch ein Großteil des Abdomens blieb erhalten. Diese außergewöhnlichen Merkmale ermöglichen eine präzise Einordnung in den Stammbaum der Schmetterlinge“, erklärt Hossein Rajaei, Erstautor der Studie.

Für die Forschenden ein Schlüsselfund:
Molekulargenetische Untersuchungen gehen davon aus, dass sich die Hauptlinien der Edelfalter zur selben Zeit, aus der dieses Fossil stammt, aufgespalten haben. Da das nun beschriebene Exemplar datiert und sicher bestimmt ist, liefert es einen wichtigen Mindestalter-Ankerpunkt für evolutionäre Analysen und hilft, fossile Nachweise mit molekularen „Uhr“-Schätzungen abzugleichen.

„Dieser Fossilienfund legt nahe, dass die Apatura-Linie entweder älter ist, als es molekulare Analysen vermuten lassen, oder dass heutige Apatura-Arten Merkmale ihrer Vorfahren über lange Zeiträume hinweg bewahrt haben. In jedem Fall liefert der Fund eine wichtige empirische Grundlage, um besser zu verstehen, wann und wie sich die wichtigsten Schmetterlingsgruppen entwickelt und diversifiziert haben“, so Hossein Rajaei.

Neue Gattung und Art: Apaturoides monikae
Ein detaillierter Vergleich mit allen bekannten Gattungen der Apaturinae zeigt, dass das Fossil eine ausgestorbene Linie repräsentiert, die der heute in der Paläarktis verbreiteten Gattung Apatura am ähnlichsten ist. Der neue Gattungsname Apaturoides spiegelt diese Verwandtschaft wider. Das Fossil wurde bereits 1979 von Herbert Lutz aus den laminierten, süßwasserbildenden Kalksteinen der Campagne-Calavon-Formation geborgen. Diese Fundstätte in der Region Lubéron ist heute geschützt. Der Artname monikae ehrt Monika Lutz-Scholz, die Ehefrau des Entdeckers.

Vom Fossil zu aktuellen Fragen der Biodiversität:
Die Ablagerungen von Céreste (Alpes-de-Haute-Provence) in Südfrankreich sind für ihr breites Spektrum konservierter Organismen bekannt, doch Schmetterlingsfossilien bleiben selbst dort eine große Seltenheit. „Dieser Fund unterstreicht die Bedeutung geschützter Fossillagerstätten sowie den bleibenden Wert von Museumssammlungen und historischen Entdeckungen, die meist erst nach Jahrzehnten erkannt werden und durch neue Analysen wichtige wissenschaftliche Ergebnisse liefern“, so Torsten Wappler.

Staatliches Museum für Naturkunde Stuttgart

Originalpublikation:

Hossein Rajaei, Torsten Wappler, Rienk De Jong, Niklas Wahlberg, and Michael S. Engel: Exceptionally preserved Oligocene emperor butterfly from France provides a new calibration point for Apaturinae evolution, Acta Palaeontologica Polonica 71 (1), 2026: 185-191 doi:10.4202/app.01332.2026, http://doi.org/10.4202/app.01332.2026

Die Evolution bestimmt das Tempo des Alterns: Neue Software für Alternssimulationen

Wed, 01 Apr 2026 10:32:20 +0200

Das Altern ist keine feststehende Eigenschaft des Lebens. Innerhalb des Stammbaums des Lebens unterscheiden sich die Arten erheblich darin, wann sie zu altern beginnen, wie schnell sie altern und wie lange sie leben. Zu verstehen, welche evolutionären Faktoren diese Vielfalt verursacht haben, ist eine der grundlegendsten offenen Fragen der Biologie.

Die Herausforderung, Evolutionsprozesse in Echtzeit zu untersuchen

Experimente in freier Wildbahn sind langwierig und schwer zu wiederholen; Laborexperimente zur Evolution dauern Jahre. Doch die Evolution lässt sich nun in silico simulieren – also mit Hilfe von Computermodellen und Simulationen - im großen Maßstab und in der Geschwindigkeit eines Laptop-Prozessors.

AEGIS (Aging of Evolving Genomes In Silico) ist ein plattformübergreifendes, Individuen-basiertes Simulationsprogramm, das von Forschenden im Valenzano-Labor am Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut (FLI) in Jena entwickelt wurde. Es simuliert Populationen virtueller Individuen, von denen jedes ein vererbbares Genom trägt, das altersspezifische Überlebens- und Fortpflanzungswahrscheinlichkeit bestimmt. Anders als bei herkömmlichen Modellen, die auf vorgegebenen Gleichungen basieren, erlaubt AEGIS, dass Altern, Lebensdauer und demografische Muster als Ergebnis evolutionärer Prozesse unter benutzerdefinierten Bedingungen von unten nach oben entstehen zu lassen.

Externe Einflüsse wie Raubtiere, Parasiten, Hunger oder saisonaler abiotischer Stress können individuell konfiguriert werden. Weitere modifizierbare Parameter sind unter anderem: sexuelle und asexuelle Fortpflanzung, überlappende und nicht überlappende Generationen sowie variierende Mutationsraten in der Keimbahn.

AEGIS bietet eine benutzerfreundliche grafische Oberfläche, einen Webserver für Anwender ohne lokale Installation, integrierte Darstellungs- und Analysefunktionen sowie eine umfassende Dokumentation, die Forschenden mit unterschiedlichem technischen Hintergrund den Zugang erleichtert.

Simulation der Evolution in silico

„AEGIS wurde entwickelt, um Experimente in silico durchzuführen. Forschende können mit dessen Hilfe virtuelle Organismenpopulationen oder sogar einzelne Zellen sich genetisch entwickeln lassen - unter verschiedenen Selektionsdrücken sowie unterschiedlichen Umwelt- und Nischenbedingungen,“ erklärt Prof. Dario Riccardo Valenzano, Wissenschaftlicher Direktor am FLI und leitender Autor der Publikation.

Die einfachen Regeln hinter der Komplexität des Alterns

Die Kernaussage der Studie ist ebenso eindrucksvoll wie einfach: In einer Population von Individuen, die sich vermehren, mutieren und Erbgutmodule tragen, die ihre altersspezifischen Überlebens- und Fortpflanzungschancen beeinflussen, setzt der Alternsprozess mit Beginn der Geschlechtsreife automatisch ein. Ein spezielles „Alternsprogramm“ oder ein besonderer molekularer Mechanismus ist dafür nicht erforderlich. Altern ist kein biologisches Rätsel, für das eine neue Erklärung gesucht werden müsste – es ist die logische Konsequenz der grundlegenden Regeln der erblichen Variation unter alternsstrukturierter Selektion. Eine Vorhersage, die bereits 1966 von Hamilton mathematisch formuliert wurde und die nun mithilfe von AEGIS direkt beobachtet und experimentell untersucht werden kann.

„AEGIS zeigt, dass mit wenigen einfachen Bestandteilen – Replikation, Mutation und sich entwickelnden Genmodulen, die Überleben und Fortpflanzung in bestimmten Altersstufen beeinflussen – nach der Geschlechtsreife das Altern unvermeidlich entsteht“, sagt Prof. Dario Riccardo Valenzano. „Kein großes Rätsel. Nur eine Folge der grundlegenden evolutionären Prinzipien.“

Reproduktion und Erweiterung klassischer Experimente

Eine zentrale Erkenntnis der Studie ist die computergestützte Nachbildung des klassischen Experiments von Rose (1984) mit der Fruchtfliege (Drosophila melanogaster). In diesem Experiment entwickelten Fliegenpopulationen, die so selektiert wurden, dass sie sich erst spät im Leben fortpflanzten, über mehrere Generationen hinweg eine verlängerte Lebensdauer.

AEGIS bestätigt dieses Ergebnis und erweitert es: Denn werden die weiterentwickelten Populationen anschließend in eine simulierte, wildtypähnliche naturnahe Umgebung mit hoher äußerer Sterblichkeit versetzt, dann verschwindet ihr Vorteil in der Lebensdauer nahezu vollständig.

Dies entspricht theoretischen Vorhersagen, wonach eine verzögerte Seneszenz unter hohen natürlichen Gefahren kaum entstehen kann. AEGIS zeigt damit nicht nur, dass bereits bekannte Ergebnisse reproduziert werden können, sondern ermöglicht es auch, deren Randbedingungen zu untersuchen und daraus neue Erkenntnisse zu gewinnen, die experimentell nur schwer oder gar nicht überprüfbar wären.

Ein Tool für zugängliche und skalierbare Forschung

Über spezifische Experimente hinaus liefert AEGIS umfassende demografische, phänotypische und genotypische Daten, die populationsgenetische Analysen unterstützen – zum Beispiel Standortfrequenzspektren oder Veränderungen von Allelfrequenzen über die Zeit – und ermöglicht so, genetisch bedingte Todesursachen von umweltbedingten Einflüssen zu unterscheiden. Phänomene, wie die Abflachung der Sterberate im hohen Alter oder die rechteckartige Form von Überlebenskurven, entstehen dabei automatisch aus den Simulationen, ohne dass sie zuvor als Annahmen festgelegt werden.

„Mit AEGIS lassen sich Experimente direkt auf dem Laptop durchführen und große Datenmengen generieren“, erläutert Prof. Valenzano. „Dieses Tool kommt zu einer Zeit, in der die Systembiologie und Datenwissenschaft zunehmend Teil der Lehrpläne zur Biologie des Alterns werden. Wir freuen uns, dass AEGIS nun verfügbar ist, und darauf, dass es von einer wachsenden Zahl von Forschenden genutzt wird, um zu untersuchen, wie die Evolution die Lebensdauer und das Altern prägt.“

Die Veröffentlichung ist das Ergebnis jahrelanger Teamarbeit über mehrere Generationen von Labormitgliedern hinweg. Den ersten Impuls für das Projekt gab Arian Šajina, ein Praktikant aus der Oberstufe, der grundlegende konzeptionelle und softwarebezogene Beiträge leistete. Wichtige methodische und rechnerische Arbeiten wurden anschließend von Will Bradshaw, einem ehemaligen Doktoranden der Gruppe, umgesetzt. Der Hauptautor der Studie, Martin Bagic, ebenfalls ein ehemaliger Doktorand im Valenzano-Labor, brachte das Projekt zum Abschluss und leitete die formale Analyse, Validierung, Visualisierung und das Verfassen des Manuskripts, das nun schließlich veröffentlicht wurde.

AEGIS ist frei verfügbar unter https://github.com/valenzano-lab/aegis

Leibniz-Institut für Alternsforschung – Fritz-Lipmann-Institut

Originalpublikation:

Bagic M, Šajina A, Bradshaw WJ, Valenzano DR: AEGIS: Individual-based modeling of life history evolution, PLoS Comput Biol. 2026, 22(3), e1014109.
DOI 10.1371/journal.pcbi.1014109. https://journals.plos.org/ploscompbiol/article?id=10.1371/journal.pcbi.1014109