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Schmetterlinge automatisch analysiert

Mon, 30 Mar 2026 12:11:39 +0200

Von Hand messen wäre eine Mammutaufgabe

Prinzipiell könnten die Falter per Hand vermessen und analysiert werden, sagt Dr. Gunnar Brehm, auf dessen Idee hin die Software entwickelt wurde. Allein die große Zahl der Tiere würde das jedoch zu einer Mammutaufgabe machen: In den Anden von Peru, wo Doktorandin Yenny Correa-Carmona Feldforschung betreibt, wurden bereits Tausende Falter gesammelt, um die Auswirkungen des Klimawandels auf die extrem artenreichen Insektengemeinschaften zu untersuchen. Darunter seien etwa 1.000 bisher noch nicht wissenschaftlich beschriebene Arten, was das Material wissenschaftlich außergewöhnlich wertvoll mache, sagt Brehm. Unterschieden werden die Tiere unter anderem nach ihrer Größe und Färbung ihrer Muster. Insgesamt schätzen Experten die Zahl aller Schmetterlinge der Welt auf rund 180.000 bekannte Arten. Sie werden in Tag- und Nachtfalter unterteilt, wobei die nachtaktiven Falter mit etwa 160.000 Arten bei weitem überwiegen.

Produktive Kooperation über Fachgrenzen hinweg

Das Kürzel „LEPY“ steht für Lepidoptera, also Schmetterlinge, und Python, eine bekannte Programmiersprache. Der Informatiker Dimitri Korsch hat mit Unterstützung von Dr. Paul Bodesheim von der Universität Jena die technische Seite des neuen Programms entwickelt. Gunnar Brehm, Yenny Correa-Carmona und Dennis Böttger stellten Material und Fragestellungen bereit und testeten die Daten. Brehm spricht von einer produktiven Kooperation über Fachgrenzen hinweg. Die präparierten Falter werden zuerst mit ausgestreckten Flügeln in einer speziellen Vorrichtung fotografiert, die auch Aufnahmen im UV-Bereich ermöglicht. LEPY extrahiert dann aus dem Foto die Umrisse des Falters und berechnet automatisiert die Länge der Flügel, die Körperlänge und -breite sowie den Flächeninhalt der Flügel. Außerdem erstellt der Algorithmus Farbhistogramme der Tiere und berücksichtigt auch UV-Aufnahmen. „Wie Vögel, die wichtigsten Fressfeinde der Falter, sehen auch Insekten im UV-Bereich“, sagt Brehm. Für die Wissenschaftler gebe LEPY eine neue objektive Möglichkeit, die Tiere voneinander zu unterscheiden.

Das System hilft, die Biodiversität zu überwachen

Das neu entwickelte System steht Forscherinnen und Forschern weltweit zur Verfügung, sagt Brehm. Die von LEPY gelieferten Ergebnisse sind ein wichtiger Beitrag, um aktuelle Forschungsfragen zu beantworten. „Das System hilft uns, die Biodiversität zu überwachen, globale Merkmalsdatenbanken aufzubauen und ökologische Zusammenhänge besser zu verstehen.“ Schon jetzt sei erkennbar, dass der durch den Klimawandel bedingte Temperaturanstieg im tropischen Tiefland die Falter zum Ausweichen in höhere Lagen zwingt. Wo Berge allerdings fehlen, drohen zahlreiche Arten auszusterben. Mit LEPY gewonnene Daten zeigen, dass Arten, die höhere Regionen besiedeln, im Durchschnitt größer sind. Das könnte mit den besonderen Bedingungen in höheren Lagen zusammenhängen, etwa dünnerer Luft, die eine größere Flugmuskulatur erfordert, sagt Brehm. Tendenziell nehmen die Farbigkeit und der Kontrast der Falter in Höhenlagen ab. Eine Erklärung dafür ist das Fehlen geeigneter Nahrungspflanzen für die Raupen und fehlende Hautflügler, deren Aussehen die Falter sonst nachahmen, um Fressfeinde zu verwirren.

Universität Jena

Originalpublikation:

Yenny Correa-Carmona, Dennis Böttger, Dimitri Korsch, Kim L. Holzmann, Pedro Alonso-Alonso, Andrea Pinos, Felipe Yon, Alexander Keller, Ingolf Steffan-Dewenter, Paul Bodesheim, Marcell K. Peters, Gunnar Brehm: LEPY: A Python pipeline for automated trait extraction from standardised Lepidoptera images, Ecological Informatics, https://doi.org/10.1016/j.ecoinf.2026.103680

Die innere Uhr lässt sich an einer Haarprobe ablesen

Mon, 30 Mar 2026 11:24:15 +0200

Die Uhrzeit ist umgestellt, der Körper noch nicht: Viele Menschen nehmen ihre innere Uhr nach der Zeitumstellung besonders deutlich wahr, sie empfinden eine Art Jetlag, weil Uhrzeit und Körperrhythmus nicht mehr übereinstimmen. Der Biorhythmus beeinflusst jedoch nicht nur den Schlaf, sondern auch den Stoffwechsel und sogar die Wirkung von Medikamenten. „Zum Beispiel zeigen Studien, dass die Tageszeit, zu der bestimmte Krebsimmuntherapien verabreicht werden, deren Wirksamkeit entscheidend beeinflussen kann“, sagt Prof. Achim Kramer, Leiter des Arbeitsbereichs Chronobiologie an der Klinik für Anästhesiologie und Intensivmedizin der Charité. „Das liegt vermutlich daran, dass – wie die meisten Organe unseres Körpers – auch das Immunsystem einem etwa 24-stündigen Rhythmus folgt. Und der ist individuell unterschiedlich.“

Diesen individuellen Takt der inneren Uhr in Diagnostik und Therapie systematisch zu berücksichtigen, ist Ziel der zirkadianen Medizin. In einem neuen Sonderforschungsbereich unter Leitung von Achim Kramer arbeiten Wissenschaftler:innen der Charité und der Universität zu Lübeck daran, das Forschungsfeld voranzubringen. Voraussetzung für eine zirkadiane Medizin sind Methoden, die es erlauben, den Biorhythmus möglichst unkompliziert feststellen zu können. Das war bisher schwierig: „Die bisherige Standardmethode misst das Dunkelhormon Melatonin im Speichel, und zwar bei schwachem Licht über mehrere Stunden“, erklärt Achim Kramer. „Das lässt sich nur im Labor umsetzen und ist zu aufwändig für die breite Anwendung.“

17 Gene in Haarwurzeln zeigen die Uhrzeit an

Mit seinem Team hat Achim Kramer nun einen Test entwickelt, der den Takt der inneren Uhr anhand von Haaren ermittelt, oder genauer: anhand der Zellen von wenigen Haarwurzeln. „In diesen Zellen bestimmen wir die Aktivität von 17 Genen, die zur molekularen Uhr gehören oder durch sie gesteuert werden“, erklärt der Chronobiologe. „Aus diesem Muster lässt sich mithilfe maschinellen Lernens berechnen, zu welchem Zeitpunkt im Tagesrhythmus sich die Person befindet. Eine einzige Probe reicht dafür aus.“

In der aktuellen Studie zeigten die Forschenden, dass der neue Test den individuellen zirkadianen Rhythmus ähnlich gut ermittelt wie die bisherige Standardmethode. „Die Haaranalyse ist allerdings ungleich einfacher durchzuführen, das macht die Methode so wertvoll“, betont Achim Kramer. Dass sich der Test für die Anwendung in der Breite eignet, konnte das Team schon belegen: Mehr als 4.000 Menschen sendeten von zu Hause ihre Haarproben ein, um ihren Chronotyp bestimmen zu lassen.

Genetische Veranlagung, Alter, Geschlecht und Lebensstil stellen die innere Uhr

Die Analyse dieser Stichprobe bestätigte erstmals in großem Umfang anhand von biologischen Messungen Erkenntnisse, auf die schon Befragungen hingedeutet hatten: Zum Beispiel dass der Biorhythmus vom Alter abhängt, Menschen mit Mitte 20 also im Mittel rund eine Stunde später müde werden als Über-50-Jährige. Und dass die innere Uhr bei den getesteten Frauen im Schnitt etwas früher die Nacht einläutet als bei den Männern. Der Unterschied, den die aktuelle Studie ergeben hat, ist mit sechs Minuten allerdings kleiner als der in Fragebogen-Studien ermittelte. „Wir gehen dennoch davon aus, dass sich das Geschlecht auf die innere Uhr auswirkt, denn Geschlechtshormone haben auch in anderen Studien einen Einfluss auf die biologische Taktung gezeigt“, erläutert Achim Kramer.

Insgesamt entsteht der Chronotyp eines Menschen aus mehreren Faktoren. „Genetische Veranlagung, Alter, Geschlecht und Lebensstil spielen zusammen“, sagt der Chronobiologe. „Und deshalb können sich die inneren Uhren einzelner Menschen deutlich unterscheiden.“ Überrascht hat die Forschenden, wie stark der Lebensstil den Biorhythmus beeinflusst: Wie die Daten zeigen, ist der innere Taktgeber bei erwerbstätigen Menschen rund eine halbe Stunde früher aktiv als bei nicht erwerbstätigen Personen.

Nächster Schritt: zirkadiane Medizin

Um den neuen Test weiter zu etablieren, arbeitet das Forschungsteam daran, ihn für Routine-Labore zu standardisieren. Dann kann er künftig noch einfacher medizinisch genutzt werden – beispielsweise als Basis für eine Schlafberatung oder zur Diagnose von Schlafrhythmusstörungen. Auch die zirkadiane Medizin rückt näher. Mit dem Test lässt sich nun überprüfen, ob Therapien, die sich nach dem individuellen Takt der inneren Uhr richten, besser wirken oder weniger Nebenwirkungen haben als ohne zeitliche Anpassung.

Charité – Universitätsmedizin Berlin

Originalpublikation:

Maier B et al. HairTime: A noninvasive assay for estimating circadian phase from a single hair sample. PNAS 2026 Mar 25. doi: 10.1073/pnas.2514928123, https://doi.org/10.1073/pnas.2514928123

Immunsystem des Gehirns funktioniert einfacher als gedacht

Mon, 30 Mar 2026 11:19:52 +0200

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass Immunzellen im Gehirn bei unterschiedlichen Erkrankungen nach ähnlichen Mustern reagieren. Das Immunsystem hat eine überschaubare Menge an Bausteinen und Programmen, die unterschiedlich kombiniert werden“, sagt Studienleiter Prof. Dr. Marco Prinz, Ärztlicher Direktor des Instituts für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg und Mitglied im Exzellenzcluster Centre for Integrative Biological Signalling Studies (CIBSS) der Universität Freiburg. Zu diesen Bausteinen gehören unter anderem der Schutz von Nervenzellen, Entzündungsreaktionen, Zellteilung und die Aktivierung anderer Hirnzellen. „Das hilft uns, krankheitsrelevante Prozesse genauer zu beschreiben und mögliche Ansatzpunkte für künftige Therapien besser zu erkennen.“

Mikroglia übernehmen wichtige Aufgaben im Gehirn

Im Mittelpunkt der Studie standen Mikroglia. Das sind Immunzellen, die dauerhaft im Gehirn vorkommen. Sie überwachen das Nervengewebe, beseitigen Zellreste und reagieren auf Entzündungen, Verletzungen oder den Untergang von Nervenzellen. Für die Studie untersuchte das Forschungsteam Immunzellen aus menschlichem Hirngewebe von Patient*innen mit unterschiedlichen Erkrankungen des zentralen Nervensystems. Ergänzend analysierten die Forschenden Mausmodelle mit denselben experimentellen und computergestützten Verfahren. So konnten sie zeigen, dass sich wichtige Muster der Immunabwehr in menschlichem Gewebe wiederfinden und in Mausmodellen in ähnlicher Form auftreten.

Nicht nur die Art der Reaktion, sondern auch ihr Ort ist wichtig

„Entscheidend war für uns nicht nur zu sehen, welche Programme der Mikroglia es gibt, sondern auch, wo sie im erkrankten Gewebe auftreten“, sagt Dr. Chintan Chhatbar, Erstautor der Studie am Institut für Neuropathologie des Universitätsklinikums Freiburg. „Erst dadurch wird sichtbar, welche Reaktionen wahrscheinlich direkt mit typischen Krankheitsprozessen zusammenhängen.“ So fanden sich bei Morbus Alzheimer bestimmte Mikroglia-Aktivierungen in der Nähe typischer Eiweißablagerungen, bei Multipler Sklerose eher an den Rändern von Läsionen und bei Hirntumoren in unmittelbarer Nähe von Tumorzellen.

Die Arbeit erweitert frühere Studien, bei denen die Verteilung einzelner Zelltypen im Gehirn kartiert wurde, um eine krankheitsübergreifende und räumlich aufgelöste Einordnung.

Wichtige Grundlage für künftige Anwendungen

Die Ergebnisse schaffen eine wichtige Grundlage, um die Immunabwehr im menschlichen Gehirn bei verschiedenen Erkrankungen besser zu vergleichen und mögliche Angriffspunkte für Behandlungen genauer zu bestimmen. In den nächsten Schritten wollen die Forschenden prüfen, welche dieser Programme sich gezielt beeinflussen lassen und welche Rolle sie künftig für Diagnostik, Verlaufskontrolle und Therapie spielen könnten.

Universitätsklinikum Freiburg

Originalpublikation:

Chhatbar, C., Sankowski, R., Schulz, M. et al. A transcriptomic microglia taxonomy across mouse and human pathologies. Nat Immunol (2026). doi.org/10.1038/s41590-026-02472-z

Hotspots von Pflanzeninvasion verlagern sich von subtropischen auf gemäßigte Regionen

Fri, 27 Mar 2026 12:40:00 +0100

Die Einschleppung gebietsfremder Arten in neue Regionen durch den Menschen ist zu einem prägenden Merkmal des Anthropozäns geworden. Immer mehr Arten breiten sich aus und haben schwerwiegende negative Auswirkungen auf einheimische Arten und die Lebensgrundlagen der Menschen. Viele gebietsfremde Pflanzen verringern die landwirtschaftlichen Erträge, während andere, wie beispielsweise das allergieauslösende Ragweed, die menschliche Gesundheit beeinträchtigen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Wien hat nun untersucht, wie sich die globalen Hotspots des Risikos einer Pflanzeninvasion unter künftigen Umweltbedingungen verändern könnten.

Über die Studie

Die Forscher*innen kombinierten globale Daten zur Verbreitung gebietsfremder Pflanzen mit Umweltvariablen, um das Invasionsrisiko von 9.701 Arten zu modellieren. Mithilfe hochauflösender Daten und robuster Modellierungsansätze bewerteten sie aktuelle Muster und prognostizierten zukünftige Veränderungen unter verschiedenen Klima- und Landnutzungsszenarien bis zum Ende des 21. Jahrhunderts.

Hotspots für Pflanzeninvasionen konzentrieren sich auf subtropische Regionen

"Insgesamt haben wir festgestellt, dass ein Drittel der globalen Landfläche derzeit für mindestens 10 % dieser invasiven Arten geeignet ist, was diese Gebiete zu Invasions-Hotspots macht, in denen mit dem Vorkommen vieler gebietsfremder Pflanzen zu rechnen ist", erklärt der Biodiversitätsforscher Ali Omer vom Department für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien und Hauptautor der Studie. "Die meisten dieser aktuellen Hotspots befinden sich in subtropischen und warm-gemäßigten Regionen, darunter bereits große Teile Europas."

Aktuelle Hotspots der Pflanzeninvasion werden sich in Richtung der Pole verlagern

"Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Verteilung der Hotspots erheblich verändern wird, während sich ihre Gesamtfläche nur moderat vergrößern dürfte", erklärt der Biodiversitätsexperte und Senior Autor der Studie Franz Essl von der Universität Wien. Es wird erwartet, dass sich die Hotspots in Richtung der Pole in kältere Regionen wie Mitteleuropa verlagern und in den zunehmend heißen und trockenen subtropischen und semiariden Regionen zurückgehen. Die Studienergebnisse zeigen, dass Europa zu den Regionen gehört, die weltweit einem der höchsten Invasionsrisiken ausgesetzt sind.

In Europa dürften sich Arten wie das Ragweed mit seinem hochallergenen Pollen und die Robinie, die in Wälder und Grasland vordringt, unter den Bedingungen eines sich erwärmenden Klimas weiter ausbreiten. Gleichzeitig werden abgelegene Gebiete in borealen und polaren Regionen voraussichtlich anfälliger für Pflanzeninvasionen, was zunehmende negative Auswirkungen auf diese derzeit oft unberührten Ökosysteme haben wird.

Neue Gruppe invasiver Arten ersetzt bisherige invasive Arten

"Unsere Auswertung zeigt, dass sich nicht nur die Lage der Invasions-Hotspots, sondern auch die Zusammensetzung der invasiven Arten ändern wird", hebt Ali Omer hervor. Unter den Bedingungen eines starken Klimawandels könnte es in einigen Regionen kaum Überschneidungen zwischen den aktuellen und zukünftigen Gemeinschaften nicht heimischer Pflanzenarten geben, was auf einen erheblichen Artenwechsel bedeuten würde. "Eine neue Gruppe von gebietsfremden Pflanzenarten, die an wärmere Bedingungen angepasst sind, wird in viele Regionen eindringen", erklärt Essl.

Viele dicht besiedelte Gebiete werden betroffen sein

Die Studie unterstreicht die Dynamik pflanzlicher Invasionen im Kontext des globalen Wandels. Die Verlagerung der Invasions-Hotspots in Richtung dicht besiedelter gemäßigter Regionen dürfte die Auswirkungen auf die einheimische Biota und das Wohlergehen der Menschen verstärken. Diese erste hochauflösende globale Bewertung des Invasionsrisikos für Tausende gebietsfremder Pflanzenarten liefert eine wichtige Grundlage für die Entwicklung proaktiver und regionsspezifischer Managementstrategien zur Verringerung der Auswirkungen biologischer Invasionen unter sich verändernden Umweltbedingungen.

Universität Wien

Originalpublikation:

Omer, A., Dullinger, S., Wessely, J. et al. The global geography of plant invasion risk under future climate and land-use changes. Nat Ecol Evol (2026). doi.org/10.1038/s41559-026-03040-2

Überraschung im Bernstein: Exotische Weberknechte lebten einst in Europa

Fri, 27 Mar 2026 12:34:21 +0100

Das Spinnentier wurde perfekt konserviert vor 35 Millionen Jahren in einem Tropfen Baumharz - Bernsteinfossilien sind ein Glücksfall für die Wissenschaft. Der jetzt entdeckte Weberknecht stammt aus eozänen Bernsteinvorkommen der Ukraine und dem Baltikum. Paläontologen identifizierten das Tier als eine bisher unbekannte Art aus der Unterfamilie der Ortholasmatinen. Weberknechte dieser Gruppe zeichnen sich oft durch ein auffälliges Erscheinungsbild aus: Ihr Körper ist stark ornamentiert, mit zahlreichen, teils gitterartigen Fortsätzen im Kopfbereich. Fossile Ortholasmatinen kannte man bisher nicht.

Balticolasma wunderlichi heißt nun der erste fossile Vertreter dieser Weberknechte, entdeckt und beschrieben durch ein Forschungsteam um Dr. Christian Bartel von den Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB) und Prof. Plamen Mitov von der Sofia Universität, Bulgarien. Wie ihre heutigen Verwandten besitzen auch die Fossilien eine stark strukturierte Körperoberfläche und einen besonders auffälligen Augenhügel. Um alle Details ihrer dreidimensionalen Anatomie sichtbar zu machen, nutzten die Forschenden spezielle Röntgenstrahlung: Scans der Weberknechtfossilien an einer Computer-Tomografie Station des Helmholtz-Zentrum Heron am Deutschen Elektronen-Synchrotron (DESY) in Hamburg zeigten unter anderem ein netzartiges Muster feiner Leisten, das die gesamte Oberseite des Körpers bedeckt, sowie komplexe Mundwerkzeuge mit mehreren Fortsätzen.

„Der Nachweis eines ortholasmatinen Weberknechts in europäischen Bernsteinvorkommen hat uns überrascht. Weberknechte dieser Gruppe gibt es heute in Europa nicht mehr. Verwandte dieser Tiere findet man aktuell nur in Ostasien sowie in Nord- und Mittelamerika. Offensichtlich waren diese Weberknechte vor 35 Millionen Jahren, zur Zeit des Eozän, deutlich weiter über die Nordhalbkugel der Erde verbreitet als heute“, sagt SNSB Paläontologe Dr. Christian Bartel und Erstautor der Studie. Bartel forscht am Naturkundemuseum Bamberg, eines von insgesamt zehn Museen der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns (SNSB).

„Der baltische Bernstein ist bekannt für seine große Vielfalt an Fossilien. Er bringt immer wieder Arten zutage, die heute in Europa nicht mehr vorkommen. Dass die neue Weberknecht-Art auch in der Ukraine gefunden wurde, zeigt einmal mehr, dass die Weberknecht-Faunen beider Regionen wohl ähnlich waren. Mit dem Neuzugang steigt die Zahl der bekannten Weberknecht-Arten aus dem baltischen Bernstein auf 19, die aus dem ukrainischen Rovno-Bernstein auf sieben. Sechs Arten finden wir in beiden Regionen“, sagt Co-Autor Dr. Jason Dunlop vom Museum für Naturkunde, Berlin.

Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns (SNSB)

Originalpublikation:

Bartel, C., Mitov, P. G., Dunlop, J. A. & Hammel, J. U. 2026. 3D analyses of the first ortholasmatine harvestmen from European Eocene ambers. Acta Palaeontologica Polonica, 71, 95-107. doi:10.4202/app.01283.2025 https://www.app.pan.pl/article/item/app012832025.html

Evolution im Zeitraffer: Wie sich die Ackerschmalwand anpasst – oder ausstirbt

Fri, 27 Mar 2026 11:17:51 +0100

Das große Experiment startete im Herbst 2017 mit 360 kleinen Plastikröhrchen, in denen sich eine Mischung aus Samen der Ackerschmalwand Arabidopsis thaliana befand, einer unscheinbaren, einjährigen Pflanze mit kleinen, weißen Blüten. Die Röhrchen wurden an 30 verschiedene Orte in West- und Nordeuropa, dem Mittelmeerraum und den USA verschickt, wo sie von den Biologinnen und Biologen eines weltweiten Netzwerks in je zwölf jeweils rund ein Viertel Quadratmeter große Beete eingesät wurden und dort zwölf Arabidopsis-Populationen bildeten, die mit ihren Samen das Fortbestehen im jeweils kommenden Jahr sicherten. Bis zu fünf Jahre lang dokumentierten die Forscherinnen und Forscher das Wachsen und Gedeihen der Pflanzen und nahmen jährlich Gewebeproben für genetische Analysen. Ihr gemeinsames Ziel: die Evolution der Pflanzen nachzuvollziehen, die sich an so unterschiedliche Standorte anpassen mussten.

Mit dem Aufbau des Netzwerks „Genomics of Rapid Evolution in Novel Environment“ – kurz GrENE-net – hatte 2016 Niek Scheepens, Professor für evolutionäre Pflanzenökologie an der Goethe-Universität Frankfurt, gemeinsam mit Dr. François Vasseur vom französischen Centre d’Écologie Fonctionelle et Évolutive in Montpellier und Prof. Moisés Expósito-Alonso von der University of California in Berkeley begonnen.

Die Pflanzenproben aus den ersten drei Jahren wurden nun vom US-amerikanischen Team genetisch analysiert. Das Ergebnis: In den meisten Klimazonen überlebten die Populationen und passten sich an die Umweltbedingungen an. Sichtbar wurde das durch Millionen Änderungen in der Gesamtheit ihrer Gene, dem Genom. Dabei waren die genomischen Veränderungen häufig in allen zwölf Populationen eines Standorts statistisch ähnlich, und Standorte mit ähnlichem Klima wiesen ähnliche genetische Veränderungen auf und betrafen etwa Gene, die die Trockentoleranz oder die Blütezeit beeinflussen.

Scheepens kommentiert: „Beide Ergebnisse zeigen, wie das Klima offenbar einen evolutionären Selektionsdruck ausübt und die Auswahl solcher Gene und Genvarianten begünstigt, die die Pflanze besser an das Klima anpassen.“

Einige Ackerschmalwand-Populationen, meist an besonders heißen und trockenen Standorten, waren jedoch nach den drei Jahren ausgestorben, und ihre Beete blieben kahl. Dem gingen, wie die Genomanalysen jetzt zeigten, starke genetische Schwankungen voraus, und die 12 Populationen entwickelten sich nicht alle in dieselbe Richtung. Scheepens: „In diesen Populationen gab es offenbar zufällige Veränderungen als Folge einer am Ende doch recht kleinen Population in einem Beet. Statt einer erfolgreichen Anpassung hat hier also die sogenannte ‚genetische Drift‘ überwogen.“

Evolutionsökologe Niek Scheepens fasst zusammen: „Mit diesem Experiment können wir der Evolution sozusagen live über die Schulter schauen. Es zeigt uns: Evolutionäre Anpassung kann sehr rasch verlaufen, sofern ausreichende genetische Vielfalt vorhanden ist. Daher können seltene Pflanzen mit kleinen Populationen und entsprechend geringer genetische Vielfalt nur schlecht mit Veränderungen wie dem Klimawandel umgehen. Insgesamt ist unser Experiment ein eindringlicher Appell für den Erhalt der Biodiversität ganz allgemein: Vielfalt sichert Überleben!“

Goethe-Universität Frankfurt

Originalpublikation:

Xing Wu et al.: Rapid adaptation and extinction in synchronized outdoor evolution experiments of Arabidopsis. Science (2026) https://doi.org/10.1126/science.adz0777

Veränderte Vegetation auf aufgetautem Permafrostboden verstärkt die Emission von Treibhausgasen

Fri, 27 Mar 2026 11:08:14 +0100

„Die typischen Torfhügel des Moors von Stordalen sind vergleichsweise trocken. Sie liegen auf dem Permafrost auf, sodass das Wasser über der unterliegenden Eisschicht abfließen kann. Beim Auftauen der Bodeneisschicht wird dieser Abfluss gestört. Aus den Torfhügeln werden feuchte Moore und schließlich nasse Marschen“, beschreibt Muehe die längerfristige Entwicklung. Wenn es nasser wird, gedeihen die an die Dauerfrostbedingungen angepassten langsam wachsenden Sträucher wie Rosmarinheide oder Zwerg-Birke nicht mehr. Es siedeln sich Torfmoose an, die schließlich beim weiteren Auftauen des Bodeneises und entstehender Staunässe von deutlich schneller und höher wachsenden Gräsern wie Wollgräsern und Seggen abgelöst werden.

Grüne Pflanzen binden bei der Fotosynthese das Treibhausgas Kohlendioxid und wandeln es in Stoffe um, die dem eigenen Wachstum dienen. „Einen Teil der Stoffe wie zum Beispiel Zucker und Aminosäuren geben die Pflanzen natürlicherweise über ihre Wurzeln in den Boden ab, um für ihr Wachstum günstige Mikroorganismen anzusiedeln“, erklärt Marie Mollenkopf, Doktorandin in Muehes und Kapplers Arbeitsgruppe und Erstautorin der Studie. Welche Mikroben sich im Wurzelbereich der Pflanzen vermehren, hänge von zahlreichen Bedingungen wie den verfügbaren Nährstoffen oder auch der Anwesenheit von Sauerstoff ab. „Dabei entstehen auch Nahrungsketten, bei denen die einen Mikroben direkt die ausgeschiedenen Stoffe der Pflanze nutzen, andere verwerten deren Ausscheidungsprodukte weiter. In unterschiedlichem Ausmaß werden schließlich auch die Treibhausgase Kohlendioxid und Methan freigesetzt“, sagt Mollenkopf.

Vom Torfhügel zu den Marschen

In der Studie erfasste das Forschungsteam den Stoffumsatz im Wurzelbereich der verschiedenen Pflanzengemeinschaften systematisch und quantitativ im Freiland des Stordalen-Moors. Über eine Wachstumssaison hinweg maßen die Forscherinnen und Forscher zu definierten Zeitpunkten die natürlichen Wurzelausscheidungen der Pflanzen und die entstehenden Treibhausgase. Zahlreiche Umgebungsbedingungen zur Bodenchemie gingen in die Messungen ein. Sie verglichen dabei die Daten aus den drei Auftauzuständen in den ursprünglichen Torfhügeln, im Moor und in den Marschen.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass hauptsächlich die Gräser in den aufgetauten Mooren und Marschen die saisonale Dynamik der Stoffumsätze und Treibhausgasemissionen antreiben. Mit dem weiteren Auftauen können sie mehr Kohlenstoff freisetzen und fördern zudem aktiv die Methanemission“, sagt Mollenkopf. Früh im Sommer und auch noch im Hochsommer, von Juni bis August, speicherten die Gräser über ihre Fotosyntheseaktivität zwar umfangreiche Mengen an Kohlendioxid, sehr viel mehr als Torfmoose oder Sträucher. „Doch mit dem Fortschreiten der Wachstumssaison nahmen die Methanemissionen bei den Gräsern zu, am höchsten waren die Werte in der Regel im Spätsommer. Insgesamt übertrafen sie die positiven Effekte der Kohlendioxidspeicherung bei Weitem. Zudem gaben sie im Herbst durch reduzierte Fotosyntheseaktivität und absterbendes Pflanzenmaterial auch CO₂ ab und erhöhten die Treibhausgasemissionen dann neunfach“, sagt Muehe. „Permafrostböden werden typischerweise beim Auftauen zur Kohlenstoffquelle, wobei Gräser diesen Kohlenstoffausstoß zum Ende der Wachstumsperiode zusätzlich erhöhen können.“

„Permafrostböden speichern fast die Hälfte des weltweit im Boden gebundenen Kohlenstoffs. Der Einfluss pflanzenbedingter Prozesse im Jahresverlauf kann dazu beitragen, dass sich auftauende Permafrostgebiete noch stärker und schneller als bisher angenommen von einer Kohlenstoffsenke zu einer Kohlenstoffquelle verwandeln. Globale Klimamodelle müssen den Permafrost selbst, aber besonders auch die pflanzliche Aktivität auf ihm berücksichtigen“, sagt Marie Mollenkopf.

„Die Ergebnisse aus Stordalen machen deutlich, dass wir den Klimawandel nur verstehen und wirksam begrenzen können, wenn wir die Prozesse in empfindlichen Ökosystemen wie den Permafrostgebieten genau kennen. Forschende der Universität Tübingen leisten hier einen wichtigen Beitrag, um die Rolle der Böden im globalen Kohlenstoffkreislauf besser abzuschätzen. Dieses Wissen ist eine wesentliche Grundlage für verantwortungsvolle Klima- und Umweltpolitik“, sagt Professorin Dr. Karla Pollman, Rektorin der Universität Tübingen.

Universität Tübingen

Originalpublikation:

Marie Mollenkopf, Katja Lenge, Sören Drabesch, Sylvain Monteux, Sigrid van Grinsven, Prachi Joshi, Ellen Dorrepaal, Birgit Wild, Andreas Kappler, E. Marie Muehe: Graminoids increase greenhouse gas emissions from thawed permafrost at the end of the growing season. Global Change Biol-ogy, https://doi.org/10.1111/gcb.70783

Weltweit älteste Hunde-DNA entdeckt – Domestizierung möglicherweise früher als gedacht

Fri, 27 Mar 2026 11:04:27 +0100

Die Vorfahren der heutigen Haushunde begleiteten den Menschen schon lange – vermutlich bereits, bevor die ersten Nomaden sesshaft wurden. Wann genau die Domestizierung vom Wolf zum Hund begann, blieb jedoch bislang im Dunkeln. Ein internationales Team unter der Leitung der LMU München, des Natural History Museum in London und der University of Oxford hat nun einen entscheidenden Durchbruch erzielt: Durch Analysen alter DNA entdeckten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die ältesten genetischen Belege von Hunden. Ihre im Fachjournal Nature veröffentlichten Ergebnisse legen nahe, dass Hunde bereits Jahrtausende früher domestiziert wurden als bisher geglaubt.

Ältester direkter Nachweis von Hunden

Den Beginn der Hundedomestizierung mit traditionellen archäologischen Techniken genau zu bestimmen, hat sich als schwierig erwiesen. Frühe Hunde sind im archäologischen Befund nicht nur selten, sondern ihre Skelette sind morphologisch fast nicht von Wölfen zu unterscheiden. Zudem hinterlassen Verhaltensunterschiede – wahrscheinlich die ersten hundeähnlichen Merkmale, die nach der Domestizierung auftraten – keine Spuren.

Um dieses Problem zu umgehen, analysierten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus 17 Forschungsinstituten alte Kern-DNA aus Knochen, die als potenzielle Hunde identifiziert wurden. Diese stammen aus den spät-jungpaläolithischen Fundstätten Gough’s Cave im Vereinigten Königreich (etwa 14.300 Jahre alt) und Pınarbaşı in der Türkei (etwa 15.800 Jahre alt). Diese Daten wurden mit den Genomen von über 1.000 modernen und alten Hunden und Wölfen aus der ganzen Welt verglichen. Ihre Ergebnisse belegen, dass die Überreste aus der Gough’s Cave und Pınarbaşı tatsächlich von Hunden stammten – diese Entdeckung verschiebt den ältesten direkten Nachweis für Hunde um mehr als 5.000 Jahre nach hinten.

„Die genetische Identifizierung von zwei paläolithischen Hunden aus der Gough’s Cave und Pınarbaşı stellt einen Wendepunkt in unserem Verständnis der frühesten Hunde dar. Diese Exemplare ermöglichten es uns, weitere alte Hunde an Fundorten in Deutschland, Italien und der Schweiz zu identifizieren, was deutlich zeigt, dass Hunde bereits vor mindestens 14.000 Jahren weit über Europa und die Türkei verbreitet waren“, sagt Dr. William Marsh, Postdoktorand am Natural History Museum in London und Co-Erstautor der Studie.

Unterschiedliche Abstammungslinien bereits vor mindestens 15.000 Jahren etabliert

Die Forschenden fanden zudem heraus, dass die neu identifizierten Hunde enger mit den Vorfahren heutiger europäischer und nahöstlicher Rassen wie dem Boxer und dem Saluki verwandt waren als mit arktischen Rassen wie dem Siberian Husky. Daraus schloss das Team, dass die wichtigsten heutigen Abstammungslinien der Hunde bereits im späten Jungpaläolithikum etabliert waren.

„Das bedeutet, dass bereits vor 15.000 Jahren Hunde mit sehr unterschiedlichen Abstammungslinien in ganz Eurasien existierten, von Somerset bis Sibirien. Dies wirft die Möglichkeit auf, dass die Domestizierung bereits während der letzten Eiszeit stattfand – mehr als 10.000 Jahre vor dem Erscheinen anderer domestizierter Pflanzen oder Tiere“, sagt Dr. Lachie Scarsbrook, Postdoktorand an der LMU und Co-Erstautor der Studie.

Welche Rolle diese Hunde in paläolithischen Gemeinschaften spielten, bleibt unklar. Die Forschenden vermuten jedoch, dass genetisch und kulturell unterschiedliche Jäger-Sammler-Gruppen in Europa und Anatolien Hunde aktiv ausgetauscht haben könnten.

„Die Tatsache, dass Menschen Hunde so früh austauschten, bedeutet, dass diese Tiere wichtig gewesen sein müssen. Angesichts begrenzter Ressourcen impliziert ihre Haltung, dass sie einen Zweck erfüllten. Eine Möglichkeit ist, dass sie als hocheffizientes Alarmsystem dienten“, erklärt der LMU-Paläogenetiker Professor Laurent Frantz, der die Studie gemeinsam mit Professor Ian Barnes (Natural History Museum, London) und Professor Greger Larson (University of Oxford) leitete.

Enge Interaktion zwischen Mensch und Hund

Isotopenanalysen von Überresten aus dem späten Jungpaläolithikum deuten darauf hin, dass die Menschen in Pınarbaşı ihre Hunde wahrscheinlich mit Fisch versorgten. Zusammen mit Belegen dafür, dass die Tiere absichtlich bestattet wurden, deutet dies laut den Forschenden auf eine enge Interaktion zwischen den Menschen und ihren Hunden hin.

Da ähnliche enge Interaktionen auch in der Gough’s Cave gefunden wurden – wo sich menschliche Bestattungspraktiken auch auf Hunde erstreckten –, vermuten die Forschenden, dass Hunde in paläolithischen Jäger-Sammler-Gemeinschaften eine kulturelle Bedeutung hatten.

Ian Barnes sagt dazu: „Obwohl die Menschen in ganz Europa und der Türkei in dieser Zeit kulturell und genetisch verschieden waren, scheinen Hunde in diese Gesellschaften integriert gewesen zu sein. Es ist erstaunlich zu bedenken, wie diese sehr unterschiedlichen Menschengruppen in völlig verschiedenen Umgebungen mit Hunden als Teil ihrer täglichen Jagd- und Fischereiaktivitäten zusammengearbeitet haben könnten“.

Greger Larson fügt hinzu: „Beim Vergleich der DNA dieser alten Hunde mit anderen antiken und modernen Populationen waren wir überrascht, wie eng verwandt die frühesten Hunde waren, obwohl sie mehr als 4.000 km voneinander entfernt lebten. Dies deutet darauf hin, dass die ersten Hunde ein echter Wendepunkt (Gamechanger) waren und sich schnell über Europa verbreiteten“.

LMU München

Originalpublikation:

Marsh, W.A., Scarsbrook, L., Yüncü, E. et al. Dogs were widely distributed across western Eurasia during the Palaeolithic. Nature 651, 995–1003 (2026). doi.org/10.1038/s41586-026-10170-x

Sukkulenten als Vorbild: Neue Chance für Pflanzen bei Dürre?

Thu, 26 Mar 2026 12:34:06 +0100

Pflanzen betreiben Photosynthese, um aus Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid (CO₂) energiereiche Stoffe wie Zucker aufzubauen, die sie für Wachstum und Stoffwechsel benötigen. Während die Pflanze Wasser über ihre Wurzeln bezieht, muss sie CO₂ aus der Luft aufnehmen. Dafür öffnet sie ihre winzigen Spaltöffnungen auf der Blattoberfläche, die das CO₂ reinlassen, was aber gleichzeitig auch zu einem Verlust von Wasser nach draußen führt – analog zum Schwitzen beim Menschen. Pflanzen müssen ihre Spaltöffnungen also so regulieren, dass sie genug CO₂ für Photosynthese bekommen, ohne zu viel Wasser zu verlieren – was bei Hitze und Trockenheit eine besondere Herausforderung ist. Gewisse Pflanzentypen, wie z.B. die Sukkulenten, haben Strategien entwickelt, um sich an solche extremen trockenen Umweltbedingungen anzupassen: Sie speichern Wasser in großen Zellen ihrer dicken, fleischigen Blätter, Stiele oder Wurzeln und öffnen ihre spezialisierten Spaltöffnungen für den Gasaustausch im Gegensatz zu den meisten Pflanzen hauptsächlich nachts, wenn der Wasserverlust dank der kühleren Temperaturen minimal ist.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung von Forschenden des Instituts für Pflanzenwissenschaften und dem Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern hat in Zusammenarbeit mit der Universität Liverpool an der Blattsukkulente Kalanchoë laxiflora aufgezeigt, wie sich bei diesen wassersparenden Pflanzen spezialisierte Spaltöffnungen bilden. Die Forschungsgruppe liefert damit eine Grundlage, um solche wassersparenden Mechanismen künftig gezielt auf Kulturpflanzen zu übertragen. Die Studie wurde kürzlich in Science Advances veröffentlicht.

Die Tricks der Sukkulenten: Warum Kalanchoë laxiflora als Modellpflanze dient

«Unter einem Modellsystem versteht man einen besonders gut untersuchbaren Beispielorganismus – in unserem Fall eine sukkulente Pflanze –, mit dem grundlegende Mechanismen entschlüsselt werden können, die sich auf andere Pflanzen, etwa landwirtschaftliche Pflanzen, übertragen lassen», erklärt Xin Cheng, Ko-Erstautorin der Studie und ehemalige Doktorandin am Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern. Heike Lindner, Ko-Erstautorin der Studie vom Institut für Pflanzenwissenschaften und Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern fügt an: «Ein wichtiger Aspekt von Kalanchoë laxiflora ist, dass sie in relativ kurzer Zeit Samen bildet. Außerdem haben wir ihre Erbgutinformation entschlüsselt und Methoden entwickelt, um die Pflanze genetisch zu manipulieren. Dies macht sie zu einem idealen Werkzeug, um die Entwicklung von wassersparenden Mechanismen in Sukkulenten im Detail zu analysieren.» Lindner wurde kürzlich mit einem SNSF Starting Grant für die Erforschung der Entwicklung von Blattsukkulenz und der Etablierung der wassersparenden Photosynthese am Modellsystem Kalanchoë laxiflora ausgezeichnet.

Ein Gen-Schalter mit einer Schlüsselrolle für klimaresiliente Pflanzen

Im Zentrum der aktuellen Studie steht das sogenannte MUTE-Protein, eine Art Gen-Schalter, der steuert, wie sich die Zellen der Spaltöffnungen formen. Bislang wurde primär die Acker-Schmalwand als klassische Modellpflanze in der Forschung verwendet. «Bei ihr sorgt das MUTE-Protein einerseits dafür, dass sich sogenannte Schließzellen ausbilden. Zudem begrenzt MUTE bei der Acker-Schmalwand weitere Zellteilungen, aus denen sich spezialisierte Helferzellen bilden könnten», erklärt Lindner. «In unserem Sukkulentenmodel Kalanchoë laxiflora treibt das MUTE-Protein jedoch zusätzliche Zellteilungen an, aus denen die charakteristischen Hilfszellen hervorgehen», erklärt Lindner. «Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass diese Hilfszellen am Ionentransport beteiligt sind und so die Bewegung der Schließzellen und die Regulation des Gasaustauschs unterstützen», so Lindner.

Die Funktion von MUTE bei Kalanchoë laxiflora ähnelt damit derjenigen bei Gräsern, wo das Protein ebenfalls an der Bildung spezialisierter Hilfszellen beteiligt ist. Im Gegensatz zu Sukkulenten schließen Gräser ihre Spaltöffnungen tagsüber nicht, jedoch sind diese auch gut an Wasserstress angepasst. «Unsere Resultate zeigen, dass derselbe Gen-Schalter MUTE sowohl bei Sukkulenten als auch bei Gräsern – Pflanzen, die evolutionär weit auseinanderliegen und unterschiedliche Formen der Photosynthese haben – dazu beiträgt, Helferzellen zu formen, die den Spaltöffnungen helfen, den Gasaustausch in einer wasserverbrauchseffizienten Weise zu regulieren», erklärt Michael Raissig, Letztautor der Studie und Professor am Institut für Pflanzenwissenschaften und Oeschger-Zentrum für Klimaforschung der Universität Bern. Dass MUTE bei Sukkulenten und Gräsern – im Gegensatz zur Acker-Schmalwand – diese neue Funktion übernommen hat, interpretieren die Forschenden als starkes Indiz dafür, dass dieser Gen-Schalter die Vielfalt der Formen von Spaltöffnungen ermöglicht und so zur direkten Anpassung an Lebensräume und Wasserverfügbarkeit beiträgt. Raissig fügt an: «Die zentrale und unabhängig entwickelte Funktion des MUTE‑Proteins macht es zu einem besonders vielversprechenden Ansatzpunkt, um die Spaltöffnungen von Nutzpflanzen so zu verändern, dass sie Trockenheit deutlich besser aushalten.»

Von der Sukkulente aufs Feld: Perspektiven für die Landwirtschaft

«Die Erkenntnisse aus Kalanchoë laxiflora haben weit über die Grundlagenforschung hinaus großes Potenzial für die landwirtschaftliche Praxis», erklärt Raissig. Wenn klar sei, welche Gene und Zelltypen sukkulentes und somit wassersparendes Pflanzenleben ermöglichen, könnten Züchtung und Biotechnologie gezielt darauf hinarbeiten, ähnliche Eigenschaften in Kulturpflanzen einzuführen oder zu verstärken – etwa in Getreide, Gemüse oder Futterpflanzen. «Wenn wir diese Prozesse verstehen, könnten sukkulente Systeme in Nutzpflanzen etabliert werden. Langfristig könnten so die Lektionen, die wir von Sukkulenten lernen, zu robusteren, an Trockenheit angepasste Sorten führen, die in der Zeit der Klimakrise einen wichtigen Beitrag zur globalen Ernährungssicherheit leisten und gleichzeitig helfen, Wasserressourcen zu schonen», so Lindner abschließend.

Universität Bern

Originalpublikation:

Cheng, X., Lindner, H. et al. (2026). MUTE drives asymmetric divisions to form stomatal subsidiary cells in Crassulaceae succulents. Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.aeb8145

Warum Zellen im Alter «falsch» reagieren

Thu, 26 Mar 2026 11:32:06 +0100

Wenn wir altern, altern auch unsere Zellen. Sie bleiben zwar aktiv, werden jedoch weniger flexibel, hören auf sich zu teilen und reagieren mitunter falsch auf Signale. Die Ursache dafür liegt in den Zellkernen, genauer gesagt im Chromatin: der gepackten Form unseres Erbguts, der DNA. Dies haben Forschende des Paul Scherrer Instituts PSI festgestellt. Sie analysierten dafür im Labor Hautzellen-Proben von Menschen verschiedenen Alters. Ihre Forschungsergebnisse haben sie nun im Fachmagazin PNAS veröffentlicht.

Die Forschenden um G.V. Shivashankar untersuchten unter dem Mikroskop und mit molekularbiologischen Verfahren, wie die verschiedenen Hautzellen unter mechanischer Spannung auf einen bestimmten Botenstoff reagierten. Dabei verglichen sie die Hautzellen, die von zehnjährigen Kindern stammten, mit denjenigen von 75-jährigen Menschen. Erwartungsgemäss reagierten die Zellen der älteren Menschen deutlich schwächer und anders auf dieselben Reize. Die Forschenden konnten dies auf eine konkrete Ursache zurückführen: Mit dem Alter verändert sich das Chromatin im Zellkern. Dadurch können bestimmte Gene – also zusammengehörige Abschnitte auf der DNA – nicht mehr so präzise abgelesen werden. Diese sogenannte Genexpression ist jedoch wichtig, um die vom Organismus benötigten Proteine herzustellen, deren Bauanleitung in den Genen gespeichert ist. Verändert sich mit dem Alter jedoch die Form des Chromatins, so werden stattdessen mitunter andere Prozesse ausgelöst, die dem Organismus schaden können.

«Das Chromatin stellt eine Art Filter für mögliche Genexpressionen dar», erklärt Studienleiter G.V. Shivashankar vom Zentrum für Life Sciences am PSI. «Wenn die Aktivierung der passenden Gene nicht mehr richtig funktioniert, beeinträchtigt dies Prozesse wie etwa die Wundheilung oder Reparaturvorgänge im Gehirn.»

Junge versus alte Zellen

Shivashankars Team, zu dem auch die Erstautorin der Studie und Doktorandin Yawen Liao gehört, verwendete für die Untersuchung Bindegewebezellen, sogenannte Fibroblasten. «Wir hätten genauso gut Hirn- oder Muskelzellen nehmen können», betont Shivashankar. «Diese Mechanismen sind grundsätzlich bei allen Zellen vergleichbar.» Die Forschenden betteten die Zellen in eine dreidimensionale Matrix aus Kollagen-Gel ein, wie es bei Gewebeproben üblich ist. Anschliessend setzten sie das Gel mechanischer Spannung aus: Normalerweise würde sich das Gel wie ein Wassertropfen zusammenziehen, doch ein umgebender Ring aus Glas hielt es über die Fläche gespannt. Zusätzlich gaben sie den Wachstumsfaktor TGF-β als Botenstoff hinzu, der Reifung, Teilung und Immunantwort von Zellen reguliert. Er sollte zeigen, wie die Zellen auf ein biochemisches Signal reagieren.

«Wir konnten beobachten, dass die alten Zellen deutlich schwächer und anders auf das Signal reagierten, obwohl es in beiden Fällen exakt gleich war», berichtet Yawen Liao. Die jungen Zellen zogen sich entgegen der Zugkraft des Rings zusammen und steigerten ihre Teilungsrate. Die älteren Zellen taten dasselbe nur in deutlich abgeschwächter Form. Und nach Entfernen des Rings behielten die alten Zellen ihre Kontraktion bei, während sich die jungen Zellen anpassten und wieder lockerten.

Anschliessend untersuchten die Forschenden, welche Veränderungen in den alten Zellen im Vergleich zu den jungen derart unterschiedliches Verhalten erklären könnten. Mithilfe spezieller Bildgebungsverfahren und molekularbiologischer Methoden analysierten sie in molekularer Auflösung die dreidimensionale Struktur des Chromatins. «Darin lag der entscheidende Unterschied», sagt Liao. «Das Chromatin scheint sich mit dem Alter gewissermassen zu öffnen.» Bereiche des Genoms, die zuvor stark verdichtet und damit unzugänglich waren, weil sie für den jeweiligen Zelltyp irrelevante Gene enthalten, werden dadurch leichter zugänglich. «In der Folge kommt es vermehrt zu Fehlaktivierungen: Anstelle der für den jeweiligen Prozess passenden Gene werden immer häufiger ungeeignete Gene abgelesen, was etwa zur Produktion unerwünschter Proteine führt», so Liao weiter. «Nimmt dies überhand, können daraus Erkrankungen entstehen; unter anderem auch Krebs.»

Lassen sich alte Zellen wieder fit machen?

In weiteren Studien möchte Shivashankars Team erforschen, ob und wie sich diese Erkenntnisse womöglich für neue Therapieansätze nutzen lassen: «Vielleicht können wir die Form des Chromatins gezielt beeinflussen und verhindern, dass sie sich in dieser Weise verändert», sagt Shivashankar. «Oder es gelingt, sie wieder in einen jugendähnlichen Zustand zurückzuführen.» Das Altern selbst lasse sich damit zwar sicherlich nicht aufhalten. Für einzelne Gewebearten könnte es jedoch möglich sein, altersbedingte Degeneration zu bremsen oder hinauszuzögern.

In einem weiteren Projekt hat Shivashankar gemeinsam mit anderen Forschenden ein neues Bildgebungsverfahren entwickelt, das mithilfe von künstlicher Intelligenz krankhaft veränderte Chromatinstrukturen auf hochauflösenden Aufnahmen identifizieren kann. Die KI vergleicht dabei das Chromatin von Blutzellen – die eine zentrale Rolle in der Immunantwort des Körpers gegen verschiedenste Erkrankungen spielen – anhand von Hunderten Merkmalen wie Form, Textur und Lichtspektrum mit dem Chromatin gesunder Blutzellen. Deren Muster werden derzeit in einer umfassenden Referenz-Datenbank erfasst. In Kombination mit einer solchen Früherkennung könnte eine gezielte Beeinflussung der Chromatinstruktur langfristig neue Möglichkeiten eröffnen, um gesünder zu altern.

Paul Scherrer Instituts PSI

Originalpublikation:

Yawen Liao, Luezhen Yuan, Trinadha Rao Sornapudi, Max Land, Rajshikhar Gupta, G. V. Shivashankar: Chromatin Accessibility Regulates Age-Dependent Nuclear Mechanotransduction, PNAS, 2026, DOI: 10.1073/pnas.2522217123