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Abwasser als Lebensraum

Kläranlagen gelten als technische Einrichtungen, doch biologisch sind sie hochkomplex und stellen im Grunde ein eigenes Ökosystem dar.

Milliarden Mikroorganismen arbeiten dort täglich daran, Schadstoffe aus Abwasser zu entfernen, damit wir wieder sauberes Wasser haben. Tatsächlich sind aber längst nicht alle Mikroorganismen und ihre Aufgaben in diesem komplexen Ökosystem bekannt.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie hat nun gezeigt, dass spezialisierte Bakterien, die im Inneren einzelliger Wimperntierchen (Ciliaten) leben, in Kläranlagen weltweit verbreitet sind und dort Aufgaben übernehmen, die bisher wenig Beachtung gefunden haben.

Diese endosymbiotischen Bakterien übernehmen in ihrem Wirt zentrale Stoffwechselaufgaben und agieren ähnlich wie Mitochondrien: Sie liefern Energie. Allerdings auf einen durchaus ungewöhnlichen Weg.

Die Symbionten nutzen dafür Nitrat, das bei der biologischen Abwasserreinigung aus Ammonium entsteht. Bei der sogenannten Denitrifikation reduzieren sie das Nitrat schrittweise zu gasförmigen Stickstoffverbindungen. Viele dieser Bakterien können den Prozess bis zum harmlosen Stickstoffgas (N₂) fortführen und so zur Stickstoffentfernung beitragen.

In etwa der Hälfte der weltweit untersuchten Kläranlagen ließen sich solche Partnerschaften nachweisen. Damit sind sie offenbar ein bislang übersehener, aber funktionell relevanter Teil des Abwasser-Mikrobioms.

Doch die Studie zeigt auch eine problematische Seite. Bei der weltweit verbreiteten Art Candidatus Azoamicus parvus fehlt das Enzym, mit dem das Zwischenprodukt Lachgas zu Stickstoffgas reduziert wird.

Die Forschenden vermuten deshalb, dass diese Bakterien Lachgas freisetzen könnten, ein starkes Treibhausgas. Ausgerechnet eine Symbiose, die am Stickstoffabbau beteiligt ist, könnte somit auch zur Klimabelastung beitragen. Wie groß dieser Beitrag tatsächlich ist, bleibt allerdings noch ungeklärt.

Die Ergebnisse machen deutlich, wie eng Nutzen und Nebenwirkungen mikrobieller Prozesse miteinander verknüpft sein können und gleichzeitig, wie erstaunlich wenig wir über die detaillierten Prozesse bescheid wissen. Hier muss offensichtlich noch einigen an Wissen und Verständnis gewonnen werden, damit diese biochemischen Kreisläufe am Ende auch wirklich nachhaltig genutzt werden können.

Es bleibt also noch so einiges zu erforschen!

📖 Nicolas-Asselineau et al. (2025), ISME Communications

doi.org/10.1093/…

Erben Söhne und Töchter eigentlich gleich (viel)? Die neue WISTA-Ausgabe beantwortet diese und weitere Fragen aus der Steuerforschung mithilfe der amtlichen Steuerstatistik. Direkt reinlesen: destatis.de/DE/…

Alpine Moore

Zwischen steilen Berghängen und in abgelegenen Tälern der Alpen liegen zahlreiche kleine Moore. Viele davon sind nur wenige Hektar groß. Dabei sind sie ökologisch ausgesprochen wertvoll.

In ihren wassergesättigten Böden haben sich über Jahrtausende Torfschichten gebildet, die große Mengen Kohlenstoff speichern. Zudem bieten sie spezialisierten Tier- und Pflanzenarten einen Lebensraum.

Doch wie geht es diesen Mooren heute? Weil sie verstreut und schwer zugänglich sind, fehlen vielerorts aktuelle Informationen über ihren Zustand.

Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat deshalb ein Verfahren entwickelt, um alpine Moore mithilfe von Satellitendaten zu erfassen.

Dafür kombinierten die Forschenden Satellitendaten aus den Jahren 2019 bis 2023 mit Informationen über das Gelände. Neben optischen Aufnahmen, die unter anderem Rückschlüsse auf die Vegetation ermöglichen, nutzten sie auch Radardaten, die Informationen über die Oberflächenstruktur und Feuchtigkeit liefern.

Ein Computermodell sollte anhand dieser Daten dann Moorflächen identifizieren. Anschließend verglichen die Forschenden die Ergebnisse für 590 Moore in Österreich, Deutschland und der Schweiz mit amtlichen Moorkarten.

Dabei zeigte sich, dass das Modell viele Moore deutlich kleiner erfasste als sie bislang kartiert waren. Hochauflösende Luftbilder lieferten mögliche Erklärungen.

An 86 Prozent der untersuchten Standorte waren Hinweise auf Störungen erkennbar, darunter Entwässerungsgräben, Straßen und Wege. Aich konnte an vielen Stellen eine Ausbreitung von Bäumen und Sträuchern erkennbar werden.

Besonders diese veränderte Vegetation ist aufschlussreich. Denn sinkt der Wasserstand eines Moores, können typische Moorpflanzen verdrängt werden.

Gleichzeitig gelangt Sauerstoff in den Torf, wodurch dessen Zersetzung beschleunigt wird und gespeicherter Kohlenstoff als CO₂ freigesetzt werden kann. Aus einer Kohlenstoffsenke kann das Moor so zu einer CO₂-Quelle werden.

Die kleineren, vom Modell ermittelten Moorflächen belegen allerdings nicht zwangsläufig einen tatsächlichen Flächenverlust. Auch Unterschiede zwischen den Kartierungsmethoden könnten eine Rolle spielen.

Dass die Abweichungen gerade dort besonders deutlich sind, wo sichtbare Beeinträchtigungen vorliegen, deutet jedoch darauf hin, dass sich der Zustand vieler Moore tatsächlich verändert hat und die bisherigen Karten diese Veränderungen nicht ausreichend abbilden bzw. einfach veraltet sind.

Das neue Verfahren könnte künftig helfen, diese abgelegenen Moore besser im Blick zu halten und Schutz- und Wiederherstellungsmaßnahmen besser zu planen und untereinander zu vernetzen.

Quelle:
Schönauer et al. (2026), communications earth & environment, “Peatlands mapped across the European Alps with a harmonised multi-sensor workflow show widespread degradation”

doi.org/10.1038/…

Mal was anderes:

Ich möchte gerne auf den diesjährigen Biologentag NRW am 14. November aufmerksam machen.

In diesem Jahr dreht sich alles um Viren.

Das Institut für Virologie am Universitätsklinikum Essen stellt dafür dankenswerterweise seine Räumlichkeiten zur Verfügung und beteiligt sich auch fachlich am Programm.

Unter dem Motto „Das geht viral! Herausforderung Viren“ erwarten uns fünf spannende Fachvorträge aus ganz unterschiedlichen Bereichen der Virologie.

Wie schaffen es manche Viren, sich lebenslang in unserem Körper zu halten? Welche Rolle spielen Virusinfektionen bei der Entstehung von Krebs? Und wie lassen sich Viren sogar gezielt für die Gentherapie nutzen? Auch Pflanzenviren sowie Influenza- und Coronaviren stehen auf dem Programm.

Die Vorträge sind so konzipiert, dass sie auch von nicht-Experten des Faches gut verstanden werden können.

Neben den Vorträgen gibt es Gelegenheit zum persönlichen Austausch. In der Mittagspause erwartet uns ein Buffet, außerdem besteht die Möglichkeit, an einer Führung durch das Institut für Virologie teilzunehmen. Gerade solche Einblicke in die Forschung vor Ort finde ich immer besonders interessant.

Der Biologentag wird vom VBIO-Landesverband NRW veranstaltet und richtet sich nicht nur an Biologinnen und Biologen, sondern an alle, die sich für biologische Forschung interessieren.

Meldet euch bei Interesse bitte bis zum 2. November an unter:
vbio.de/nrw

Die Teilnahme ist kostenpflichtig, für Studierende oder Referendare gibt es einen ermäßigten Beitrag. Neben diesem Beitrag entstehen keine weiteren Kosten. Es ist für alles gesorgt.

Vielleicht sehen wir uns ja dort. Ich würde mich freuen!

Wandernde Zellen

Unsere Körperzellen können ihre Form verändern und sich aktiv fortbewegen. So wandern beispielsweise bestimmte Immunzellen durch unser Gewebe, um Krankheitserreger aufzuspüren und zu bekämpfen.

Möglich macht das unter anderem ein dynamisches Gerüst aus Proteinen, das sogenannte Zytoskelett. Doch wann ist diese Fähigkeit im Laufe der Evolution entstanden?

Neue Erkenntnisse liefert eine Studie über die sogenannten Asgard-Archaeen. Diese einzelligen Mikroorganismen gehören zu den Archaeen, die neben Bakterien und Eukaryoten eine der drei großen Reiche des Lebens bilden.

Genetisch stehen Asgard-Archaeen den Eukaryoten, zu denen auch wir Menschen zählen, besonders nahe. Deshalb sind sie für die Erforschung der Entstehung komplexer Zellen von großer Bedeutung.

Bereits bekannt war, dass Asgard-Archaeen Gene für Proteine besitzen, die auch am Zytoskelett unserer Zellen beteiligt sind. Ein internationales Forschungsteam aus Österreich, Deutschland und Japan untersuchte nun zwei Vertreter dieser Gruppe mithilfe von Lebendzellmikroskopie, um ihre Beweglichkeit genauer zu erforschen.

Dabei beobachteten die Forschenden, wie die Archaeen lange, dünne Zellfortsätze ausbildeten, die sich innerhalb weniger Minuten verlängerten, verzweigten und wieder zurückzogen.

Mithilfe dieser Fortsätze konnten sie sich aktiv über Glasoberflächen bewegen. Teilweise hefteten sich die Fortsätze am Untergrund fest und zogen anschließend den Zellkörper nach.

Weitere Experimente zeigten, dass dabei ein Aktin-ähnliches Protein namens Lokiactin eine zentrale Rolle spielt. Wurde dessen Funktion durch bestimmte Wirkstoffe gestört, kamen die Zellen zum Stillstand.

Diese Entdeckung ist tatsächlich für das Verständnis der Evolution interessant.

Nach gängigen Modellen entstanden die ersten Eukaryoten aus einer engen Verbindung zwischen einem archaeellen Vorfahren und einem Bakterium, das innerhalb dessen lebte. Aus diesem „einverleibten“Bakterium entwickelten sich dann die Mitochondrien (Endosymbiontentheorie).

Die Fähigkeit, bewegliche Zellfortsätze auszubilden, könnte bereits bei diesem archaeellen Vorfahren vorhanden gewesen sein.

Wie diese Verbindung vor rund zwei Milliarden Jahren tatsächlich entstand, ist bis heute ungeklärt. Die neuen Beobachtungen legen jedoch nahe, dass schon die archaeellen Vorfahren unserer Zellen bewegliche Fortsätze besaßen, mit denen sie möglicherweise auch Kontakt zu anderen Mikroorganismen aufnehmen konnten.

Quelle:
Radler et al. (2026), Nature
“Dynamic protrusions mediate crawling motility in Asgard archaea”

doi.org/10.1038/…

Tip: Videos im supplementary material

heise+ | Analoge Archive als Schutz vor dem digitalen Vergessen

Festplatten fallen aus, SSDs verlieren auf Dauer ihre Daten und Tape hält auch nur ein paar Jahrzehnte. Analoge Archive versprechen Schutz für Jahrhunderte.

heise.de/hintergrund/…

heise+ | Meilenstein der Metrologie: Erstmals stabil laufende Atomkernuhr demonstriert

Uhren auf Basis von Atomkernen könnten die Zeit um Größenordnungen präziser messen als Atomuhren. Nun tickt die erste Atomkernuhr einen ganzen Tag ohne Hilfe.

heise.de/hintergrund/…

Ewiges Leben?

Im Laufe unseres Lebens altern nicht nur wir selbst, sondern auch unsere Zellen. Dabei verändern sich zahlreiche Prozesse im Zellinneren, und manche dieser Veränderungen lassen sich sogar an der DNA ablesen. Doch sind solche Alterungsprozesse unumkehrbar?

Dieser Frage ist ein Forschungsteam der Universität Bonn und des Universitätsklinikums Bonn nachgegangen.

Die Forschenden nutzten sogenannte Transkriptionsfaktoren, also Proteine, die beeinflussen, welche Gene in einer Zelle abgelesen werden. Damit programmierten sie Vorläufer roter Blutkörperchen aus dem Blut von Spendern direkt in neurale Stammzellen um, aus denen später unter anderem Nervenzellen entstehen können.

Dabei beobachteten sie einen bemerkenswerten Effekt. Während der Umwandlung wurden auch die epigenetischen Uhren der Zellen zurückgestellt. Diese umfassen z.B. bestimmte chemische Markierungen an der DNA, die sich mit zunehmendem Alter verändern.

Aus den Blutzellen eines 80-jährigen Menschen entstanden so Stammzellen mit einem errechneten epigenetischen Alter von unter 20 Jahren. Auch verschiedene typische Merkmale der Zellalterung waren anschließend kaum noch nachweisbar.

Anders als bei anderen Umprogrammierungsverfahren erfolgte die Verjüngung hier schrittweise über mehrere Wochen. Nach etwa 50 Tagen waren die meisten untersuchten altersabhängigen epigenetischen Veränderungen verschwunden.

Dadurch lässt sich im nächsten Schritt der Prozess genauer untersuchen und möglicherweise herausfinden, welche Mechanismen ihn steuern.

Noch ist das Ganze reine Grundlagenforschung an Zellkulturen, doch langfristig könnten solche Erkenntnisse helfen, altersbedingte Erkrankungen besser zu verstehen und womöglich sogar irgendwann von der Ursache her zu behandeln.

Ich finde diese Forschung gleichermaßen faszinierend und unheimlich. Die Aussicht, eines Tages gesundheitsbedingte Einschränkungen des Alters immer weiter und weiter hinauszuzögern, ist natürlich verlockend. Aber wenn wir immer besser verstehen, wie sich biologische Alterungsprozesse beeinflussen lassen, stellen sich irgendwann auch grundsätzliche Fragen. Wollen wir eigentlich ewig leben? Und wer bestimmt darüber, wer ewig leben kann?

Quelle:
Berg et al. (2026), Aging Cell
„Protracted Fate Acquisition and Epigenetic De-Aging
During Induced Neural Stem Cell Conversion of Human
Blood Cells“

doi.org/10.1111/…

Nie mehr Schaltsekunden

27 mal gab es Schaltsekunden. Damit ist Schluss. Vorgesehen sind stattdessen Schaltstunden.

heise.de/news/…

Erster grüner und bislang rötester Stern: Weiße Zwerge teils überraschend farbig

Bei keinem Weißen Zwerg können Teleskope ermitteln, welche Farbe er für uns hätte. Das ist nun anders gelungen. Und die Ergebnisse sind unerwartet vielfältig.

heise.de/news/…

Kopfüber in die Fluten

Basstölpel sind beeindruckende Jäger. Auf der Suche nach Fischen stürzen sie sich aus der Luft kopfüber ins Meer und erreichen dabei Geschwindigkeiten von bis zu 110 km/h. Zum Vergleich: Ein Turmspringer erreicht beim Sprung von der Zehn-Meter-Plattform etwa 50 km/h (das sagt jedenfalls Google).

Beim Auftreffen auf die Wasseroberfläche wirken enorme Kräfte auf Kopf und Hals. Wie überstehen die Vögel diese Belastung, ohne sich dabei schwer zu verletzen?

Ein Forschungsteam der University of Washington hat untersucht, welche Rolle die Halswirbelsäule dabei spielt. Dafür analysierten die Forschenden die Skelette von 15 Vögeln aus sieben Arten, darunter Basstölpel, Tölpel, Eisvögel und Kormorane. Mithilfe hochauflösender Computertomografie erstellten sie dreidimensionale Modelle der Halswirbel und verglichen deren Form und Aufbau.

Die untersuchten Arten nutzen unterschiedliche Jagdstrategien. Während Tölpel und Eisvögel ihre Beute durch einen kopfüber ausgeführten Sturzflug ins Wasser verfolgen, tauchen Kormorane von der Wasseroberfläche aus ab und schwimmen unter Wasser ihrer Beute hinterher. Dabei erreichen die Vögel ganz unterschiedliche Geschwindigkeiten und ihre Halswirbelsäulen sind entsprechend verschiedenen Belastungen ausgesetzt.

Die Analyse zeigte deutliche Unterschiede im Knochenbau zwischen den verschiedenen Tauchstrategien.

Vögel, die sich kopfüber ins Wasser stürzen, besitzen vergleichsweise kurze, breite und kräftige Halswirbel mit vergrößerten Gelenkflächen. Diese Bauweise kann helfen, die beim Aufprall entstehenden Kräfte auf eine größere Fläche zu verteilen und ein gefährliches Abknicken der Halswirbelsäule zu verhindern.

Besonders ausgeprägt ist diese Anpassung bei den schnell tauchenden Tölpeln. An den vorderen Halswirbeln entdeckten die Forschenden sogar zusätzliche Gelenkflächen, die bei den untersuchten Kormoranen und Eisvögeln komplett fehlen. Sie könnten die Beweglichkeit des Halses beim Aufprall gezielt begrenzen und dadurch für zusätzliche Stabilität sorgen.

Interessant ist dabei, dass die Halswirbelsäule nicht einfach möglichst starr sein darf. Ihre natürliche Krümmung ermöglicht es, einen Teil der Belastung wie eine Feder abzufangen. Ein bischen wie bei der S-Form unserer Wirbelsäule.

Gleichzeitig müssen die einzelnen Wirbel stabil genug sein, um den enormen Kräften standzuhalten. Entscheidend ist also das Zusammenspiel von Beweglichkeit und Stabilität.

Insgesamt zeigt sich hier ein tolles Beispiel für den engen Zusammenhang zwischen Anatomie und Lebensweise. Und falls mal die Frage aufkommt, wie man denn an Dinoknochen Rückschlüsse auf deren Lebensweise ziehen kann, konnte hier vielleicht eine Idee vermittelt werden, wie das grundsätzlich funktionieren kann.

Quelle:
Vandenberg et al. (2026), The Anatomical Record
“Morphological adaptations of cervical vertebrae in plunge-diving sulids”

doi.org/10.1002/…

Muse erstellt anscheinend Berichte über die Freunde und Bekannten seiner Nutzer

Metas KI-Agent Muse legt Berichten zufolge detaillierte Profile über Freunde und Bekannte seiner Nutzer an. Hinzu kommen weitere datenkritische Praktiken.

heise.de/news/…

Smart Glasses produzieren Energie über Gesichtsmimik und dienen als Sensorsystem

Mit triboelektrischen Nanogeneratoren in Smart Glasses erzeugen Forscher mittels Gesichtsbewegungen elektrische Spannungen, die Körperdaten repräsentieren.

heise.de/news/…

Ein entscheidender Minivorrat

Damit unser Gehirn lernen und sich an neue Erfahrungen anpassen kann, müssen sich die Verbindungen zwischen Nervenzellen, die Synapsen, verändern können. Wissenschaftler sprechen von synaptischer Plastizität.

Dafür benötigen sie bestimmte Proteine und das innerhalb kürzester Zeit. Wie aber wird diese Ressource gewährleistet, wenn doch die Synapse meist sehr weit weg vom Zellkörper liegt, dem Ort, wo die Proteine hergestellt werden?

Eine bekannte Lösung besteht darin, nicht die fertigen Proteine, sondern ihre Bauanleitungen in Form von Boten-RNAs (mRNAs) in die Fortsätze der Nervenzellen zu transportieren. Dort können die Proteine bei Bedarf direkt vor Ort hergestellt werden.

Welche Rolle dieser Mechanismus in der äußersten Schicht der Großhirnrinde spielt, hat nun ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung in Frankfurt untersucht.

Diese Hirnschicht enthält zahlreiche weit verzweigte Fortsätze von Nervenzellen und entsprechend viele Synapsen, aber nur sehr wenige Zellkörper (grün im Bild).

Mithilfe verschiedener molekularbiologischer Methoden konnten die Forschenden nachweisen, dass dort tatsächlich neue Proteine hergestellt werden. Allein an den erregenden Synapsen identifizierten sie mehr als 1.000 (!) unterschiedliche mRNAs. Deren Zusammensetzung unterschied sich deutlich von der in tieferen Schichten der Großhirnrinde, wo eben die Zellkörper liegen.

Das sind mal wieder so Ergebnisse, die mich beinahe ehrfürchtig werden lassen. Wie „durchdacht“ kleinste Anpassungen auf molekularer Ebene sind, damit das Große Ganze, also am Ende wir, bestmöglich funktioniert.

Erst die schnelle Anpassung der Synapsen ermöglicht, dass wir lernen oder Erinnerungen bilden. Ohne diesen mRNA-Vorrat an den Synapsen wäre das mutmaßlich nicht in dieser Qualität möglich. Und wir reden hier über Moleküle im Nanometerbereich. Wahnsinn!

Quelle
Spanò et al. (2026), Cell Reports „ Localized mRNAs and protein synthesis in cortical
layer 1 “

doi.org/10.1016/…

NASA-Rover Perseverance erreicht neuen Distanzrekord auf anderem Himmelskörper

Seit Sonntag ist der NASA-Rover Perseverance auf dem Mars weiter gefahren als je ein Rover auf einem anderen Himmelskörper. Übertroffen hat er Opportunity.

heise.de/news/…

Bestäuber für Saatgut

Der Rückgang bestäubender Insekten ist ein enormes Problem für die Landwirtschaft. Denn zahlreiche Kulturpflanzen sind für ihre Fortpflanzung auf Bienen, Hummeln und andere Bestäuber angewiesen.

Das betrifft nicht nur die aktuelle Ernte, sondern auch die Produktion von Saatgut für die folgenden Anbaujahre. Bei Karotten beispielsweise entwickelt sich die essbare Wurzel unabhängig von der Bestäubung, für die Gewinnung neuer Samen werden jedoch Bestäuber benötigt.

Wie groß diese Abhängigkeit ist, hat ein Forschungsteam der Universität Hohenheim genauer untersucht. Dafür werteten sie 116 Studien zu insgesamt 74 landwirtschaftlich wichtigen Kulturpflanzen aus.

Bei 54 Kulturen ließ sich die Abhängigkeit der Saatgutproduktion von tierischen Bestäubern bewerten. Für 17 war sie besonders hoch, für weitere 22 hoch. Dazu gehören neben zahlreichen Gemüsearten auch wichtige Futterpflanzen.

Welche wirtschaftliche Bedeutung das hat, zeigt eine weitere Untersuchung der Forschungsgruppe.

In einer Modellrechnung für Deutschland wurde der jährliche wirtschaftliche Wert der Bestäubungsleistungen auf rund 2,3 Milliarden Euro geschätzt. Wurde die Saatgutproduktion aber mit einbezogen, stieg dieser Wert auf 3,1 Milliarden Euro.

Damit lag er rund ein Drittel höher als bei Berechnungen, die diesen wichtigen Bereich der Landwirtschaft nicht berücksichtigen.

Ein Rückgang der Bestäuber könnte damit weitreichendere Folgen für die Landwirtschaft haben, als sich allein an den Ernteerträgen ablesen lässt.

Ich finde, die Ergebnisse zeigen einmal mehr, wie eng unsere Lebensmittelproduktion mit funktionierenden Ökosystemen verbunden ist. Der Rückgang der Bestäuber betrifft eben nicht nur einzelne Tier- und Pflanzenarten, sondern möglicherweise auch die langfristige Stabilität unserer Landwirtschaft.

Manchmal wird der Wert der Natur erst dann sichtbar, wenn sie fehlt. Aber muss denn immer erst das Kind in den Brunnen fallen?

Quellen
Krumbe et al. (2025), Agriculture, Ecosystems & Environment

doi.org/10.1016/…

Feuerbacher et al. (2024), Environmental and Resource Economics

doi.org/10.1007/…

OpenAI-Modell zerstört absichtlich eigene Testumgebung

Ein OpenAI-Modell zerstörte seine Testumgebung, um fehlende Input-Dateien zu erhalten. Es versuchte zuvor, Ergebnisse zu fälschen.

heise.de/news/…

heise+ | Wie intelligente Exosuits müde Körper wieder auf die Beine bringen

Exosuits aus leichten Materialien lassen sich zukünftig in Kleidung einnähen. Der Entwickler verspricht Hilfe, um vom Stuhl aufzustehen oder Treppen zu steigen.

heise.de/hintergrund/…