VBIO News

Waldtyp prägt Vogelgemeinschaften das ganze Jahr über

Tue, 17 Mar 2026 12:36:34 +0100

Vogelmonitoring über das Frühjahr hinaus erweitert

Für das klassische Vogelmonitoring begehen Ornithologinnen und Ornithologen Untersuchungsflächen und erfassen die Arten, die sie sehen oder hören. Solche Kartierungen finden in der Regel im Frühjahr und meist rund um den Sonnenaufgang statt, wenn viele Arten besonders aktiv singen. „Dieses Verfahren liefert jedoch vor allem Einblicke in Vogelgemeinschaften während der Brutzeit“, sagt Erstautorin Esther Felgentreff, Wissenschaftlerin an der Universität Jena und bei iDiv. „Waldvogelgemeinschaften in anderen Zeiten des Jahres werden dabei nicht berücksichtigt.“

Im Rahmen ihrer Doktorarbeit haben Esther Felgentreff und das Forschungsteam diese Perspektive nun deutlich erweitert. In Wäldern rund um Jena setzten die Forschenden auf das sogenannte passive akustische Monitoring. Dafür brachten sie auf den Untersuchungsflächen kleine Aufnahmegeräte des Typs „AudioMoth“ an, die über das Jahr verteilt regelmäßig kurze Tonsequenzen aufzeichneten – rund um die Uhr, viermal jährlich und jeweils über einen Zeitraum von 30 Tagen.

KI wertet große Mengen an Vogelstimmen aus

Die Auswertung der Tonaufnahmen erfolgte mit BirdNET, einer frei verfügbaren, KI-gestützten Methode zur Bestimmung von Vogelstimmen. Während die Anwendung vielen vor allem als App bekannt ist, lässt sie sich auch zur automatisierten Analyse großer Datensätze nutzen. In der Jenaer Studie wurden die automatisierten Ergebnisse zusätzlich stichprobenartig manuell überprüft: Für jede erfasste Art validierte das Forschungsteam bis zu 45 Detektionen. Insgesamt konnten auf diese Weise 58 Vogelarten nachgewiesen werden.

„Gerade diese Kombination aus automatisierter Auswertung und fachlicher Kontrolle macht die Methode für die Forschung besonders interessant“, unterstreicht Prof. Dr. Markus Bernhardt-Römermann, der die Doktorarbeit von Esther Felgentreff betreut. „So lassen sich Vogelgemeinschaften mit vergleichsweise geringem Aufwand über längere Zeiträume und in größerem Maßstab erfassen.“

Jahreszeiten wirken stark – Waldtypen bleiben dennoch unterscheidbar

Wie erwartet erwiesen sich die Jahreszeiten als wichtigster Einflussfaktor auf die Zusammensetzung der Vogelgemeinschaften. Das hängt vor allem mit dem Zugverhalten vieler Arten zusammen: Zahlreiche Brutvögel verlassen die Region im Herbst und überwintern in südlicheren Gebieten, während nur ein Teil der Arten ganzjährig vor Ort bleibt.
Innerhalb der einzelnen Jahreszeiten unterschieden sich die Artenzahlen zwischen Laub-, Laubmisch- und Nadelwäldern nur gering. Deutlich waren jedoch die Unterschiede in der Artenzusammensetzung. So sind etwa Haubenmeise und Tannenmeise typisch für Nadelwälder, während Höhlenbrüter wie Spechte, Baumläufer oder Kleiber stärker auf Laub- und Laubmischwälder mit Totholz angewiesen sind.

Die Ergebnisse unterstreichen damit auch die Relevanz von Entscheidungen im Waldmanagement für Vogeldiversität, insbesondere bei der Wahl der Baumarten – gerade vor dem Hintergrund des aktuellen Waldumbaus. Ein Mosaik unterschiedlicher Waldstrukturen könnte dazu beitragen, eine hohe Vogeldiversität über das gesamte Jahr hinweg zu fördern.

Vielversprechend für Forschung und Naturschutz

Nach Einschätzung der Forschenden zeigt die Studie, dass passives akustisches Monitoring großes Potenzial für die Biodiversitätsforschung hat. Besonders vorteilhaft ist das Verhältnis von Aufwand und Nutzen: Artenvorkommen lassen sich standardisiert, wiederholt und über große Zeiträume hinweg erfassen.

Gerade in Zeiten des Wandels der Artenvielfalt und schwindender Artenkenntnis könnten solche Verfahren dazu beitragen, Monitoringprogramme auszuweiten. Zugleich bleibt Fachwissen unverzichtbar – etwa für die Validierung der Daten und ihre ökologische Einordnung. Perspektivisch lässt sich der Ansatz auch auf andere lautgebende Tiergruppen wie Fledermäuse oder Heuschrecken übertragen.

Friedrich-Schiller-Universität Jena

Originalpublikation:

Felgentreff, E. S., Singer, D. & Bernhardt-Römermann, M. (2026): Forest type consistently shapes bird communities across seasons: Insights from passive acoustic monitoring. Forest Ecology and Management 609, 123617. DOI: 10.1016/j.foreco.2026.123617, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378112726001155

Schwämme im Indopazifik: ein Hotspot des Endemismus

Tue, 17 Mar 2026 11:54:50 +0100

Schwämme spielen eine zentrale Rolle in Meeresökosystemen, insbesondere in Korallenriffen, wo sie wichtige ökologische Funktionen übernehmen. Beispielsweise schützen sie exponierte Bereiche durch Überwucherung vor bohrenden Organismen, stabilisieren Korallenfragmente in gestörten Riffen und fördern so deren Konsolidierung. Die Erforschung ihrer Biodiversität ist anspruchsvoll, da viele Arten sich äußerlich kaum unterscheiden und deshalb morphologisch nicht zuverlässig erkannt werden können.

DNA-Barcodes zur Artbestimmung

Eine zuverlässigere Identifizierung erlauben genetische Daten, sogenannte DNA-Barcodes. „Für unsere Studie haben wir die Daten zahlreicher DNA-Barcoding-Kampagnen zusammengeführt und umfassend ausgewertet“, erzählt Professor Dirk Erpenbeck, Erstautor der Studie. Das Untersuchungsgebiet erstreckte sich dabei vom Roten Meer über den Indischen Ozean bis nach Polynesien. Dadurch konnten die Forschenden das bislang größte molekulargenetische Datenset zu Korallenriff-Schwämmen im Indopazifik analysieren.
„Unsere Ergebnisse belegen einen sehr hohen Grad an Endemismus“, sagt Erpenbeck. Zwar fanden die Forschenden faunistische Überschneidungen zwischen dem Roten Meer und dem Persischen Golf, aber mit anderen Regionen des westlichen Indischen Ozeans hatten die Populationen in diesem Gebiet nur wenig gemeinsam. Darüber hinaus identifizierten die Forschenden eine deutliche biogeographische Grenze zwischen dem westlichen Indischen Ozean und dem zentralen Indopazifik. Auch die polynesischen Schwammfaunen erwiesen sich als vergleichsweise isoliert.

Kleinräumige Ausbreitung

„Auffällig ist zudem, dass sich die Ausbreitung von Schwämmen deutlich von der anderer mariner Organismengruppen unterscheidet“, sagt Erpenbeck. Dies hängt vermutlich mit ihrer vergleichsweise kurzen freischwimmenden Larvenphase zusammen: Die meisten Schwämme besitzen nur kurzlebige planktonische Larven, die innerhalb weniger Tage einen geeigneten Siedlungsplatz finden müssen. Deshalb können sie nur schwer große Distanzen überwinden. Zusätzlich fehlen häufig geeignete „Stepping Stones“ wie zusammenhängende Riffstrukturen, sodass die Populationen geographisch isoliert bleiben.
Auch historische geologische Trennungen, etwa während niedriger Meeresspiegelstände, haben nach Ansicht der Forschenden zur langfristigen genetischen Differenzierung und damit zum hohen Endemismus beigetragen.
„Unsere Ergebnisse bestätigen damit frühere Fallstudien, die das häufig postulierte Vorkommen kosmopolitischer, also weltweit verbreiteter Schwammarten infrage stellen“, sagt Erpenbeck. „Der stark ausgeprägte regionale Endemismus, den wir gefunden haben, deckt sich mit ähnlichen Beobachtungen bei anderen wirbellosen Meerestieren und unterstreicht die Notwendigkeit einer regional differenzierten Überwachung der Biodiversität.“

LMU München

Originalpublikation:

D. Erpenbeck et al.: Barcoding-inferred biodiversity of shallow-water Indo-Pacific demosponges. Journal of Biogeography 2026, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/jbi.70171

Photorespiration trägt zur epigenetischen Steuerung von Pflanzen bei

Tue, 17 Mar 2026 10:42:24 +0100

Die Photorespiration ist ein zellulärer Umbauprozess, bei dem Pflanzen unter Einwirkung von Licht Kohlenstoffdioxid freisetzen und Sauerstoff verbrauchen. Sie galt bislang als ein besonders verschwenderisches Nebenerzeugnis der Photosynthese. Dieser Vorgang spielt jedoch eine wichtige Rolle für den Erhalt des pflanzlichen Epigenoms, das in Reaktion auf Umwelteinflüsse steuert, welche Gene ein- oder ausgeschaltet werden. Das zeigen Untersuchungen, die Wissenschaftler des Helmholtz Zentrums München, der Technischen Universität München und der Universität Heidelberg durchgeführt haben. Danach liefert die Photorespiration Kohlenstoffatome, die für die umweltbedingte Veränderung der Pflanzen-DNA notwendig sind.

In ihren Experimenten am pflanzenbiologischen Modellorganismus der Acker-Schmalwand haben die Forscherinnen und Forscher mögliche Verbindungen zwischen Photorespiration, Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel (C1-Stoffwechsel) sowie der sogenannten DNA-Methylierung in den Blick genommen. Dieser epigenetische Mechanismus ermöglicht es Pflanzen, sich an ihre Umweltbedingungen anzupassen. Dabei werden kleine Methylgruppen mithilfe von Enzymen an bestimmte Grundbausteine der pflanzlichen DNA angeheftet. Als chemische Markierungen sorgen sie dafür, dass die Aktivität bestimmter Gene gedämpft oder gänzlich abgeschaltet wird. Erzeugt werden die Methylgruppen im Zuge des C1-Stoffwechsels.

„Unsere Forschungsergebnisse zeigen, dass es einen metabolischen, das heißt stoffwechselbedingten Zusammenhang zwischen Photorespiration und der epigenetischen Regulierung der Pflanzen gibt“, so Prof. Dr. Rüdiger Hell, der am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg die Forschungsgruppe „Molekulare Biologie der Pflanzen“ leitet. Gemeinsam mit Dr. Markus Wirtz, der zu physiologischen Stressreaktionen von Pflanzen forscht, hat er die in diesem Zusammenhang entscheidenden Stoffwechselprodukte quantifiziert.

Mithilfe von genomweiten Analysen haben die Forscherinnen und Forscher außerdem untersucht, wie sich erhöhte Konzentrationen von Kohlenstoffdioxid (CO₂) auf das Methylom – die Gesamtheit aller DNA-Methylierungen in einem pflanzlichen Genom – auswirken. CO₂ unterdrückt die Photorespiration und damit die Produktion von C1-Stoffwechselprodukten. Insbesondere dann, wenn auch alternative Quellen von C1 begrenzt waren, veränderte sich entsprechend das Methylom der Acker-Schmalwand.

Wie die Wissenschaftler betonen, ist die Photorespiration damit nicht bloß ein verschwenderisches Nebenerzeugnis der Photosynthese. Vielmehr ist sie als Lieferant für C1-Stoffwechselprodukte ein wichtiger Mechanismus in der epigenetischen Steuerung der Pflanzen. „Im Zusammenspiel ermöglichen unsere Forschungsergebnisse ein besseres Verständnis davon, wie sich steigende CO₂-Konzentrationen und Umweltveränderungen auf die pflanzliche Genomregulation auswirken können. Daraus lassen sich auch potenzielle neue Ansätze für künftige Strategien zur Optimierung von Nutzpflanzen ableiten“, betont Dr. Martin Groth, der am Helmholtz Zentrum München die Forschungsarbeiten geleitet hat.

Universität Heidelberg

Originalpublikation:

Hankofer, V., Ghirardo, A., Obermaier, L. et al. Photorespiration is linked to DNA methylation by formate as a one-carbon source. Nat. Plants (2026). doi.org/10.1038/s41477-026-02222-x

Wissen Sie auch so wenig über Pilze?

Tue, 17 Mar 2026 10:32:56 +0100

Im Durchschnitt konnten die Teilnehmenden nur 16,7 % der gezeigten heimischen Pilzarten korrekt identifizieren – mehr als ein Viertel war nicht in der Lage, eine einzige Art zu bestimmen. Nur etwa ein Drittel erkannte den Speisewert richtig. 70 % konnten keine 5 Pilzarten auflisten. Die Mehrheit ging fälschlicherweise davon aus, dass Pilze Pflanzen seien.

Die Autorinnen und Autoren betonen daher, dass Pilze in Lehrplänen, Umweltbildung und Öffentlichkeitsarbeit stärker berücksichtigt werden sollten, da Artenkenntnis als wichtige Grundlage für umweltfreundliches Verhalten und Naturschutz gilt. „Menschen neigen dazu, nur das zu schätzen und zu schützen, was sie kennen“, erklärt Autorin Ina Schanz. „Daher ist eine zentrale Voraussetzung für den Schutz der Biodiversität die sogenannte Species Literacy – also die Artenkenntnis, die neben der Fähigkeit zu deren Identifikation auch das Wissen über Arten, deren Lebensräume und ihre ökologische Bedeutung umfasst.“
Pilze mit Image-Problem

Frühere Studien zeigten, dass die Artenkenntnis in der Bevölkerung in Bezug auf Tiere und Pflanzen allgemein niedrig ist. Besonders wenig bekannt war bislang über das Wissen zu Pilzen, obwohl sie nach den Tieren das zweitgrößte Organismenreich darstellen. Pilze werden häufig negativ konnotiert, etwa im Zusammenhang mit Krankheiten, Schimmel oder Vergiftungen. Diese Wahrnehmung verdeckt ihre enorme ökologische und auch gesellschaftliche Bedeutung. Pilze sind für das Funktionieren der Ökosysteme unverzichtbar.

Als wichtigste Zersetzer organischer Substanz spielen sie eine zentrale Rolle in Stoffkreisläufen, interagieren mit Pflanzen und Mikroorganismen und liefern dem Menschen wertvolle Substanzen wie Antibiotika und cholesterinsenkende Medikamente. Dennoch gab es kaum Studien zum Artenwissen über Pilze – insbesondere in Deutschland. Diese Forschungslücke wurde in der aktuellen Studie angegangen.

Als Konsequenz aus den Ergebnissen entwickelt das Team der Universität Trier derzeit ein neues Pilzmodul im Lehr-Lern-Labor Biologie, das Schülerinnen und Schülern die Vielfalt, Morphologie und die ökologische Bedeutung der Pilze näherbringen soll. Ziel ist es, Artenkenntnis und Naturbewusstsein frühzeitig zu fördern und damit langfristig zu einer Bildung für nachhaltige Entwicklung (BNE) beizutragen.

Universität Trier

Originalpublikation:

Schanz, I., Remmele, M. Low fungal knowledge and limited identification skills: study reveals a species literacy gap among laypeople from Germany. Sci Rep 16, 7737 (2026). doi.org/10.1038/s41598-026-41150-w

Erweiterung des Wissenschaftsfreiheitsgesetzes

Tue, 17 Mar 2026 10:22:57 +0100

Durch diese Flexibilisierung beim Besserstellungsverbot können gemeinnützige Forschungseinrichtungen ihre Forschenden künftig besser bezahlen als vergleichbare Bundesbeschäftigte. Außerdem müssten durch die Flexibilisierung künftig keine Einzelanträge mehr gestellt und geprüft werden, was einen Beitrag zur Entbürokratisierung leiste, heißt es in dem Entwurf.

Der Bundesrat kritisiert in seiner beigefügten Stellungnahme, dass „die Einschränkung der geplanten Abweichungsmöglichkeit vom Besserstellungsverbot auf ausschließlich projektförmig vom Bund geförderte gemeinnützige Forschungseinrichtungen“ eine Reihe von außeruniversitären Forschungseinrichtungen auslasse. Bereits im vergangenen Jahr hatte der Bundesrat seinen eigenen Entwurf (21/1393) zur Änderung des Wissenschaftsfreiheitsgesetzes vorgelegt.

Ausschuss für Forschung, Technologie, Raumfahrt und Technikfolgenabschätzung, hib

Entwurf eines Ersten Gesetzes zur Änderung des Wissenschaftsfreiheitsgesetzes (21/4500)

Die hib-Meldung zum Gesetzentwurf des Bundesrates https://www.bundestag.de/presse/hib/kurzmeldungen-1106750

Zucker treibt Zellen nicht nur energetisch an – Details zur Beweglichkeit von Körperzellen aufgedeckt

Mon, 16 Mar 2026 12:52:08 +0100

Unser Körper besteht aus geschätzten 32 Billionen einzelnen Zellen. Damit daraus ein zusammenhängendes Ganzes wird, muss der Großteil dieser Zellen fest in seiner Umgebung verankert sein. Für eine solche Verankerung nutzen Körperzellen unter anderem sogenannte fokale Adhäsionen. Diese Strukturen bestehen aus Ansammlungen von Proteinen (=Eiweißen), die zum einen an Moleküle binden, die die Zellen umgeben – und zum anderen im Inneren der Zelle mit dem Skelett der Zelle, dem sogenannten Zytoskelett, verknüpft sind. Bewegt sich eine Zelle beispielsweise während der Wundheilung oder um während der Embryonalentwicklung an ihren Bestimmungsort zu gelangen, müssen sowohl das Zytoskelett als auch die fokalen Adhäsionen dynamisch auf- und wieder abgebaut werden. Findet dies "außer der Reihe" statt, so ist beispielsweise eine Ausbreitung von Tumorzellen die Folge.

Was exakt einen solchen Umbau von Zytoskelett und Adhäsionsstrukturen steuert, ist längst nicht im Detail geklärt. Genau hier setzt eine aktuelle Studie von Forschenden der der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) an: In Kooperation mit der Screening und der Mikroskopie Abteilung des Leibniz-Forschungsinstituts für Molekulare Pharmakologie in Berlin hat ein Team um Professorin Tanja Maritzen mithilfe von kleinen RNA-Molekülen, sogenannten siRNAs, die Herstellung von einzelnen Proteinen unterdrückt – und anschließend beobachtet, wie sich dies jeweils auf die gesamte Zelle auswirkt: „Dazu haben wir die Adhäsionsstrukturen der Zellen angefärbt, mikroskopiert und dann mit automatischer Bildanalyse ausgewertet, ob sie in ihrer Größe oder Anzahl verändert waren“, berichtet Maritzen, die am Fachbereich Biologie der RPTU die Arbeitsgruppe Nanophysiologie leitet.

Insgesamt 18.000 verschiedene Proteine, die in unserem Körper vorkommen, hat das Forschungsteam auf diese Weise unter die Lupe genommen – und ist dabei auf das Stoffwechsel-Enzym Aldolase A aufmerksam geworden, in dessen Abwesenheit die untersuchten Zellen größer waren und mehr fokale Adhäsionen aufwiesen. Auffällig: In den entsprechenden Zellen reicherte sich ein spezieller Zucker an – der wiederum mit einem bestimmten Protein eine Bindung einging. Eine Bindung, die, vereinfacht ausgedrückt, den Startschuss für Wanderbewegungen der Zellen gibt.

Dr. Lennart Hoffmann, Erstautor der Studie, konkretisiert: „Wir haben herausgefunden, dass eine der kleinen Verbindungen, die beim Verstoffwechseln von Zucker entsteht, ein Molekül mit dem komplizierten Namen Fruktose-1,6-Bisphosphat, kurz FBP, nicht nur ein Zwischenprodukt bei der Energiegewinnung aus Zucker ist, sondern auch ein Signal für den Umbau von Zytoskelett und Adhäsionen darstellt.“ Genauer gesagt: FBP sorgt dafür, dass ein Aktivator des Zytoskelettumbaus, ein Protein namens Rac1, nicht länger ausgeschaltet vorliegt. „Das aktive Rac1 führt zur Generierung von neuen Zytoskelett-Elementen an der Zellfront, was eine Ausdehnung der Zellmembran bewirkt – samt gleichzeitiger Verankerung mittels neuer Adhäsionspunkte.“

Schon lange wurde vermutet, dass der Zell-Energiestoffwechsel den Umbau des Zytoskeletts und den Aufbau von Adhäsionsstrukturen beeinflusst: „So wie ein Läufer nicht in unterernährtem Zustand zu einem Rennen starten sollte, ergibt es Sinn, dass eine Zelle Feedback zu ihrem Energiestatus bekommt, bevor sie den energieintensiven Umbau ihres Zytoskeletts in Angriff nimmt“, schlussfolgert Tanja Maritzen.

Die neu gewonnenen Erkenntnisse sind bedeutsam für gleich mehrere Aspekte der Biologie: „Im engeren Sinne für die Bereiche, die sich mit der Adhäsion und Wanderung von Zellen beschäftigen. Sowohl die Wanderung von Immunzellen als auch von metastasierenden Krebszellen könnte durch den von uns aufgedeckten Mechanismus beeinflusst werden“, erklärt Tanja Maritzen mit Blick auf potenzielle Folge-Untersuchungen. Das Zytoskelett spiele aber ebenso bei anderen Prozessen wie der Entstehung neuer Gefäße oder der Insulinsekretion eine Rolle, sodass die Ergebnisse genauso für Forschende, die sich mit diesen Vorgängen beschäftigen, relevant sind.

Technische Universität Kaiserslautern-Landau

Originalpublikation:

Hoffmann, L., Duchmann, M., Lazarow, K. et al. Fructose-1,6-bisphosphate couples glycolytic activity to cell adhesion. Nat Cell Biol (2026). doi.org/10.1038/s41556-026-01911-1

Research Security Monitor 2025 der EU veröffentlicht

Mon, 16 Mar 2026 11:51:37 +0100

Bei der Forschungssicherheit geht es um eine offene und sichere internationale Zusammenarbeit in Forschung und Innovation. Sie liegt in der gemeinsamen Verantwortung von Forschenden, Förderern, nationalen Behörden und der EU. Nach der im Mai 2024 angenommenen Empfehlung des Rates zur Stärkung der Forschungssicherheit hat sich die Entwicklung von Strategien und Initiativen beschleunigt. Der Forschungssicherheitsmonitor 2025 ist ein Arbeitsdokument der Kommissionsdienststellen, das einen Überblick darüber gibt, wo die EU und ihre Mitgliedstaaten stehen und welche Ansätze entwickelt werden. Sein Ziel ist es, Interessengruppen und Behörden dazu anzuregen, Erfahrungen und Praktiken aus anderen Mitgliedstaaten zu identifizieren und zu nutzen. In diesem Sinne unterstützt der Forschungssicherheitsmonitor das gegenseitige Lernen und den Kapazitätsaufbau und kann als Grundlage für weitere Diskussionen auf EU-Ebene dienen, um festzustellen, wo zusätzliche Anstrengungen erforderlich sind und wo noch Lücken bestehen.
Übersetzt mit DeepL.com

Europäische Union

Research Security Monitor 2025

Das Sanduhr-Modell der Embryonalentwicklung existiert bereits in einzelnen Zelllinien

Mon, 16 Mar 2026 11:32:32 +0100

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beobachten seit Langem: Embryonen verschiedener Arten innerhalb eines Stammes sehen in frühen und späten Stadien oft deutlich verschieden aus, ähneln sich aber in der Mitte der Embryonalentwicklung stärker – ein Muster, das als Sanduhr der Embryonalentwicklung bekannt ist.

Im Jahr 2010 lieferten zwei grundlegende Studien Belege auf Ebene der Genaktivität für dieses Muster. Die Gruppe von Prof. Dr. Diethard Tautz am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön zeigte, dass Zebrafisch-Embryonen in der mittleren Embryonalentwicklung vor allem evolutionär alte Gene aktivieren. Gleichzeitig zeigte die Gruppe von Dr. Pavel Tomančák am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden, dass die Muster der Genaktivität zwischen Drosophila-Arten in dieser Phase am ähnlichsten sind.

Die „Taille“ der Sanduhr gilt daher als Entwicklungsphase, die besonders beständig gegenüber evolutionären Veränderungen ist, und dient zugleich als Hinweis darauf, ab wann sich die Entwicklung verschiedener Arten stärker auseinanderbewegt. Bislang haben die meisten Studien jedoch lediglich ganze Embryonen oder große Gewebeabschnitte untersucht.

„Embryonale Entwicklung ist aber nicht nur ein Prozess auf Embryo-Ebene. Embryogenese wird im Kern durch das Verhalten einzelner Zellen bestimmt: Sie teilen sich, wandern und spezialisieren sich – so entsteht ein komplexer Organismus.“ sagt Dr. Markéta Kaucká, die die Studie leitete. „Das führt zu einer wichtigen Frage: Spiegelt die Sanduhr Einschränkungen wider, die auf den ganzen Embryo wirken – oder entsteht das Muster aus den Eigenschaften einzelner Zelllinien?“

In einer neuen Studie, veröffentlicht in Nature Communications, untersuchten Forschende vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie und der Universität Kiel, ob sich das Sanduhr-Modell auch in deutlich feinerer Auflösung beobachten lässt – nämlich innerhalb der einzelnen Zelllinien, die den Embryo aufbauen.

Entwicklung auf Zellebene kartieren

Um zu prüfen, ob das Sanduhr-Modell der Embryonalentwicklung auch auf Ebene einzelner Zellen gilt, analysierte das Team öffentlich verfügbare Einzelzell-Daten zur Genaktivität aus Maus und Zebrafisch, über mehrere Stadien der Embryonalentwicklung hinweg. „Um zu verstehen, wie Zellen durch die Entwicklung gehen, haben wir zuerst detaillierte Karten der Zell-Entwicklungswege rekonstruiert. Diese Karten ähneln Familienstammbäumen einzelner Zellen: Sie zeigen wie zelluläre Vorfahren und deren Nachkommen miteinander verbunden sind“, erklärt Erstautor und frisch promovierter Dr. Amor Damatac II. „So war es uns möglich, molekulare Veränderungen entlang einzelner Entwicklungsstadien von Zellen zu verfolgen, während die Entwicklung im Ganzen weiter voranschreitet.“

Die Analyse der Genaktivitäten entlang dieser Entwicklungsverläufe zeigte, dass einzelne zelluläre Entwicklungsstadien demselben bewährten Entwicklungs-Muster folgen, welches man bisher nur auf Ebene ganzer Embryonen beobachten konnte.

Eine zelluläre Sanduhr

Mit den rekonstruierten Zell-Entwicklungswegen prüfte das Team als Nächstes, ob sich die typischen Kennzeichen der „molekularen“ Sanduhr auch innerhalb einzelner Zelllinien nachweisen lassen. Dazu betrachteten sie zwei zentrale Merkmale: (1) wie stark die Genaktivität zwischen Arten übereinstimmt und (2) wie alt – im evolutionären Sinn – die Gene sind, die während der Entwicklung aktiv sind.

Die Forschenden fanden ein deutliches Sanduhr-Muster. In der mittleren Embryonalentwicklung, besonders um das Neurula-Stadium, zeigten Zellzustände in Maus und Zebrafisch die größte Ähnlichkeit in der Genaktivität – ein Zeichen dafür, dass die Entwicklungsprogramme hier stark konserviert sind. Gleichzeitig sah das Team, dass in einem etwas späteren Abschnitt, dem Pharyngula-Stadium, in den meisten Zellzuständen vor allem die evolutionär ältesten Gruppen von Genen aktiv sind. Das deutet darauf hin, dass in dieser Phase besonders tief verankerte genetische Programme dominieren. Zusammen bilden diese beiden Signale die „Taille“ der Sanduhr und zeigen, dass die Konservierung bei Wirbeltieren über eine breitere phylotypische Phase reicht (also den Abschnitt, in dem sich Arten eines Stammes besonders ähnlich sind) – nicht nur über ein einziges, scharf abgegrenztes Stadium.

Zusammen zeigen diese Ergebnisse: Die in ganzen Embryonen beobachtete Sanduhr der Embryonalentwicklung stellt ein Muster dar, das bereits in einzelnen Zelllinien eingebettet ist, und sich aus ihrem kombinierten Verhalten ergibt.

Eine asymmetrische Sanduhr

Die Studie fand außerdem ein weiteres Merkmal: Späte Entwicklungsstadien unterscheiden sich zwischen Arten stärker als frühe Entwicklungsstadien. Diese asymmetrische Sanduhr spricht dafür, dass die Unterschiede im Lauf der Evolution zunehmen – wenn Embryonen spezielle Strukturen und artspezifische Merkmale ausbilden.

Warum diese Entdeckung wichtig ist

Die Ergebnisse bieten eine neue Perspektive darauf, wie Embryonen trotz der enormen Komplexität ihrer Entwicklung beständig bleiben. Während sich Zellen nach und nach spezialisieren, um verschiedene Gewebe und Organe zu bilden, erfordern die mittleren Entwicklungsstadien eine Konvergenz auf gemeinsame „Schaltprogramme“ der Gene, um die korrekte Bildung des Körperplans zu gewährleisten.

Mit dem schnellen Fortschritt von Einzelzell-Methoden könnte diese zelluläre Perspektive stark prägen, wie Forschende künftig die Konservierung der Embryonalentwicklung und die evolutionäre Divergenz bei mehrzelligen Lebewesen untersuchen.

Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie

Originalpublikation:

Damatac, A., Ullrich, K.K., Klimovich, A. et al. A cellular basis for the hourglass pattern in vertebrate embryogenesis. Nat Commun 17, 2404 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69828-9

Nicht jeder Wald kühlt die Erde

Mon, 16 Mar 2026 10:50:36 +0100

Bäume sind beliebt und Aufforstung genießt eine breite Zustimmung in der Gesellschaft, der Politik und teilweise auch in der Wissenschaft. Gigantische Kampagnen, wie die «Trillion Tree Campaign», die vom UNO-Umweltprogramm initiiert wurde, versprechen Klimaschutz durch das Pflanzen von Milliarden von Bäumen. Derartige Initiativen zielen darauf ab, die Anzahl Bäume weltweit so schnell wie möglich zu erhöhen, um klimaschädliches Kohlendioxid zu binden. Wie viel Land global tatsächlich für Aufforstung zur Verfügung steht, ist bis heute umstritten. Je nach Studie sind es zwischen 150 und 1000 Millionen Hektar, die zwischen 130 und 750 Gigatonnen Kohlendioxid binden könnten.

Verschiedene Aufforstungsszenarien verglichen

Bisherige Studien untersuchten meist nur einzelne, oft sehr idealisierte Aufforstungsszenarien oder arbeiteten mit vereinfachten Modellen. In einem soeben publizierten Fachartikel haben Forschende unter der Leitung von Robert Jnglin Wills, Professor für Klimadynamik der ETH Zürich, erstmals den Klimaeffekt von drei globalen Aufforstungsszenarien in einem komplexen Erdsystemmodell simuliert und verglichen.
Dafür haben sie nicht nur die biochemischen Effekte des Aufforstens, also die Aufnahme von Kohlendioxid durch die Photosynthese der Bäume, berücksichtigt, sondern auch die biophysikalischen Effekte. Dazu zählen die veränderte Albedo, also die Fähigkeit, Sonnenlicht zurückzustrahlen, sowie die Auswirkungen auf die Wasserverdunstung und die veränderte Beschaffenheit der Oberfläche von aufgeforsteten Gebieten, beispielsweise durch Blätter statt Gräser.
Für ihre Modellierung haben die Forschenden drei bestehende und in den Klimawissenschaften oft genutzte Aufforstungsszenarien ausgewählt, die unterschiedliche ökonomische und ökologische Annahmen über Aufforstungsmöglichkeiten treffen. Darunter auch dasjenige eines Teams um Jean-François Bastin, das 2019 an der ETH ausgearbeitet wurde, viel Aufmerksamkeit erregte und für Kritik sorgte. Trotzdem wird es von vielen internationalen Organisationen bis heute genutzt, um Aufforstungen zu planen.

Maximale Aufforstung mit Kühleffekt

Die Forschenden haben für die drei Szenarien berechnet, welche biochemischen und biophysikalischen Temperatureffekte die Aufforstungen bis im Jahr 2100 hätten – und wie sich diese auf das globale Klimasystem auswirken würden. Dies unter der Annahme, dass für alle drei Szenarien von 2015 bis 2070 Wälder bis zum maximalen Potenzial aufgeforstet werden und die Waldfläche anschliessend 30 Jahre lang konstant bleibt. Dabei werden weder Siedlungsflächen noch vegetationslose oder eisbedeckte Regionen aufgeforstet, und die Aufforstung auf landwirtschaftlichen Nutzflächen wird auf ein Minimum reduziert, um die globale Nahrungssicherheit nicht zu gefährden.

Für die Simulation nutzten die Forschenden ein Klimamodell, das alle Komponenten des Klimasystems beinhaltet, darunter die Atmosphäre, Ozeane und Land. Um sicherzustellen, dass die berechneten Effekte tatsächlich auf die Aufforstung zurückzuführen sind und nicht auf zufällige Wetterschwankungen, liessen die Forschenden das Modell fünfmal mit leicht unterschiedlichen Startbedingungen auf dem ETH-Supercomputer «Euler» laufen. Die Simulationen dauerten rund vier Monate und produzierten 300 Terabyte an Daten.

Je nach Szenario nur halb so viel Land nötig

Die Ergebnisse waren verblüffend: Obwohl sich die aufgeforstete Fläche um 450 Millionen Hektar unterschied, erzielten zwei der untersuchten Szenarien nahezu die gleiche globale Abkühlung. Der Unterschied entspricht einer Fläche, die etwa so gross ist wie alle EU-Staaten zusammen.

«Dass wir den gleichen Klimaeffekt mit signifikant weniger Land erreichen können, zeigt, dass es wichtiger ist, wo wir pflanzen, als wie viel wir pflanzen», sagt Nora Fahrenbach, Doktorandin in der Gruppe von Jnglin Wills und Erstautorin der Studie.

Der Grund für diese Effizienzsteigerung liegt in der geografischen Platzierung und dem teilweise gegensätzlichen Wirken biophysikalischer und biochemischer Prozesse in verschiedenen Breitengraden. Während das Aufforstungsszenario des Teams um Jean-François Bastin massive Waldflächen in den nördlichen Breiten vorsieht, konzentrieren sich effizientere Ansätze auf Regionen, in denen die Bäume ihre Kühlwirkung besser entfalten können.

Das größte Potenzial für einen kühlenden Effekt auf das lokale und globale Klima liegt in den Tropen, vor allem im Amazonasbecken und in West- und Südostafrika. Die Bäume speichern dort nicht nur effizient Kohlenstoff (biochemische Kühlung), sondern kühlen ihre Umgebung auch lokal durch eine hohe Verdunstungsrate (biophysikalische Kühlung). In Südostasien sind dieselben Effekte zu beobachten, wenn auch weniger ausgeprägt.
In den hohen nördlichen Breiten hingegen, etwa in Sibirien, Kanada, Alaska und weiten Teilen Nordamerikas, ist großflächige Aufforstung meist nicht Klima kühlend. Diese Gebiete sind oft monatelang von Schnee und Eis bedeckt, die das Sonnenlicht stark reflektieren.

Bei Aufforstungen führen die dunklen Baumkronen, die aus der Schneedecke herausragen, dazu, dass mehr Sonnenstrahlung absorbiert wird. Dieser Albedo-Effekt führt zu einer lokalen Erwärmung, die in Kombination mit Klimaeffekten aus anderen Regionen die Kühlwirkung durch die CO₂-Aufnahme der Bäume teilweise oder sogar ganz aufheben. «Indem wir Aufforstung in nördlichen Regionen meiden und uns stattdessen auf die Tropen konzentrieren, wird die Aufforstung zu einem weitaus effizienteren Instrument für den Klimaschutz», erklärt Fahrenbach.

Lokale Eingriffe mit globalen Konsequenzen

Mithilfe einer statistischen Methode wiesen die Forschenden zudem nach, dass Aufforstungen die atmosphärische und ozeanische Zirkulation beeinflussen. Das bedeutet: Ein neuer Wald kann Temperatur und Niederschläge in Regionen verändern, die tausende von Kilometern entfernt liegen. Überraschenderweise variierten diese nicht-lokalen Effekte drastisch zwischen den drei Szenarien. Ob eine Region wärmer oder kühler wurde, hing nicht nur von den Bäumen vor Ort ab, sondern auch davon, wo andernorts auf der Erde zusätzlich Wälder gepflanzt wurden. Dies macht deutlich, dass Aufforstungen nicht nur lokal wirken, sondern globale Konsequenzen haben.

Fahrenbach räumt ein, dass sie sich einzig die Auswirkungen der Aufforstungsszenarien auf das Klima angeschaut hat, nicht jedoch diejenigen auf Biodiversität, Ökosysteme und die im Wald lebenden Menschen. Zudem wurden die Auswirkungen der verschiedenen Szenarien bislang nur mit einem Klimamodell berechnet.
Idealerweise würde man Ergebnisse aus verschiedenen Modellen vergleichen, was jedoch zeit- und kostenintensiv ist. Dennoch stünden die Erkenntnisse nicht isoliert da, betont Fahrenbach: Ein Vergleich mit bestehenden Beobachtungsdaten und anderen Modellierungen stützten die zentralen Ergebnisse der Studie.

«Dass tropische Wälder das Klima effektiver kühlen als Wälder in hohen nördlichen Breiten, ist schon länger bekannt», erklärt die Forscherin. «Mit unserem Vergleich liefern wir der Politik nun aber erstmals eine wissenschaftliche Entscheidungsgrundlage, welche Flächen weltweit das größte Potenzial für eine effektive Klimakühlung bieten.»

Systematisch und mit globaler Perspektive

Künftige Aufforstungen müssten international koordiniert werden, sagt Fahrenbach. Nur so könnten ineffiziente Aufforstungsprojekte verhindert werden. Zurzeit fehle jedoch eine globale Institution dafür. Es sei zudem erstaunlich, dass auch internationale Vereinbarungen wie das Pariser Klimaabkommen oder die UNO-Initiative REED+ Wälder einzig als Kohlenstoffsenken betrachteten und die biophysikalischen Effekte aufs Klima nicht berücksichtigten.
«Auch ich habe gerne Bäume, aber wenn wir aufforsten, muss das systematisch, wissenschaftlich fundiert und mit einer globalen Perspektive geschehen», so Fahrenbach.
Sie plädiert deshalb für eine «klimasmarte» Aufforstung und rät, nur dort Bäume zu pflanzen, wo diese tatsächlich positive Effekte aufs Klimasystem haben – und niemals in Monokulturen, die besonders anfällig für Krankheiten und Brände sind. Zudem betont die Klimawissenschaftlerin, dass sich der Klimawandel durch Aufforsten nicht aufhalten lässt.

In den großen Aufforstungsszenarios ließe sich die globale Durchschnittstemperatur bis zum Jahr 2100 um maximal 0,25 Grad senken. Dieser Beitrag sei zwar wertvoll, aber im Vergleich zur notwendigen Kühlung der Erde begrenzt. «Es führt kein Weg an einer drastischen und schnellen Senkung der fossilen Emissionen vorbei», so die Forscherin.

ETH Zürich

Originalpublikation:

Fahrenbach NLS, De Hertog SJ, Jäger F, Lawrence PJ, Jnglin Wills RC: Reforestation scenarios shape global and regional temperature outcomes. Communincations Earth & Environment 2026, 7: 204, DOI: 10.1038/s43247-026-03331-3, https://doi.org/10.1038/s43247-026-03331-3

Hochauflösende Elektronenmikroskopie zeigt, wie Zellen mit Stress umgehen

Mon, 16 Mar 2026 10:44:55 +0100

Mitochondrien werden als „Kraftwerke der Zelle“ bezeichnet, da sie den Großteil der Energie produzieren, die alle Körperaktivitäten antreiben. Gewebe mit hohem Energiebedarf, wie Muskeln und das Gehirn, reagieren daher besonders empfindlich auf mitochondriale Fehlfunktionen. Spezialisierte Nervenzellen, sogenannte dopaminerge Neurone, die vorwiegend im Mittelhirn lokalisiert sind, produzieren den Botenstoff Dopamin, der die Motivation, Bewegung, Stimmung und den Antrieb steuert. Diese dopaminergen Neurone benötigen besonders viel Energie und sterben bei der Parkinson-Krankheit ab. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind jedoch nicht bekannt. Daher gibt es keine Heilung für diese Krankheit, von der laut der Dachorganisation Parkinson´s Europe mehr als zehn Millionen Patient*innen weltweit betroffen sind.

Eine mögliche Ursache könnte sein, dass der hohe Energiebedarf dopaminerger Neurone die Mitochondrien einer außergewöhnlichen Belastung aussetzt, was schließlich zu einer Fehlfunktion dieser Organellen führt. Umgekehrt kann bei bestimmten Krebsarten eine erhöhte mitochondriale Fitness, die die Gesamtzahl, Dichte und Effizienz der Mitochondrien beinhaltet, das Wachstum und die Vermehrung von Krebszellen begünstigen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die molekularen Mechanismen zu verstehen, die das empfindliche Gleichgewicht zwischen mitochondrialer Gesundheit und Stressresistenz aufrechterhalten. Bislang haben jedoch technologische Einschränkungen Wissenschaftler*innen daran gehindert, diese Prozesse innerhalb von Zellen mit ausreichender Auflösung zu untersuchen.

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Prof. Dr. Rubén Fernández-Busnadiego, Leiter der Arbeitsgruppe „Strukturelle Zellbiologie“ am Institut für Neuropathologie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und Mitglied des Göttinger Exzellenzclusters „Multiscale Bioimaging: von molekularen Maschinen zu Netzwerken erregbarer Zellen“ (MBExC), hat sich diesen Herausforderungen gestellt. Die Forschenden verwendeten eine innovative Elektronenmikroskopie-Technologie, die als Kryo-Elektronentomographie bekannt ist und die dreidimensionale (3D) Darstellung von Zellen ermöglicht, die durch ein ultraschnelles Verfahren eingefroren wurden. Der Vorteil: Diese Methode konserviert die Zellen in einem nahezu natürlichen Zustand und zeigt mit annähernd atomarer Präzision, wie Mitochondrien in menschlichen Zellen unter Stressbedingungen die Proteinbildung herunterregulieren und die Proteinfaltung – ein entscheidender Prozess, der die Proteinfunktionalität sicherstellt – erhöhen. Insbesondere identifizierten sie das mitochondriale Hitzeschockprotein 60, kurz mHsp60, einen wichtigen „Faltungshelfer”, als Schlüsselprotein, das unter Stressbedingungen wesentlich zur Funktionalität der Mitochondrien beiträgt. Die Forschenden konnten in hoher Auflösung zeigen, wie mHsp60 im Allgemeinen funktioniert und wie es sich an Stress anpasst, indem es seine Struktur verändert und dadurch seine Aktivität erhöht.

„Wir haben einen Stresstest in den Mitochondrien durchgeführt, um die molekularen Mechanismen der Qualitätskontrolle und ihre Schwachstellen zu analysieren“, sagt Prof. Fernández-Busnadiego, Letztautor der Studie. „Wir sind besonders daran interessiert, den Zusammenhang zwischen zellulärem Stress, Fehlfaltung von Proteinen und schweren neurodegenerativen Erkrankungen zu entschlüsseln.“

Kenneth Ehses, Postdoktorand am Institut für Neuropathologie der UMG, Erstautor der Studie und Mitglied des Hertha-Sponer-College, die Lehr- und Ausbildungsplattform des MBExC, fügte hinzu: „Die Kryo-Elektronentomographie ermöglicht es uns, Proteinkomplexe direkt in ihrer natürlichen zellulären Umgebung zu untersuchen und so mögliche Mechanismen für die Entstehung von Krankheiten zu erforschen. Die Ergebnisse könnten zur Entwicklung neuer Behandlungsstrategien für neurodegenerative Erkrankungen wie Parkinson beitragen.“

Uni Göttingen

Originalpublikation:

Kenneth Ehses, Jorge P. López-Alonso, Odetta Antico, Yannik Lang, Till Rudack, Abdussalam Azem, Miratul M.K. Muqit, Iban Ubarretxena-Belandia and Rubén Fernández-Busnadiego. Structural remodeling of the mitochondrial protein biogenesis machinery under proteostatic stress. Science Advances (2026). DOI:10.1126/sciadv.aed3579