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Emergenz: Der Ursprung biologischer Komplexität

Von einfachen Molekülen bis zur ersten lebenden Zelle war es kein plötzlicher Sprung, sondern eine Entwicklung über viele Stufen zunehmender Komplexität. Das klingt vielleicht zunächst banal, ist aber, so finde ich jedenfalls, wirklich spannend.

Eine Übersichtsarbeit der Goethe-Universität Frankfurt beleuchtet genau diesen Übergang und beschreibt, wie aus chemischen Wechselwirkungen schrittweise Systeme entstehen konnten, die wir letztlich als Leben bezeichnen.

Im Mittelpunkt steht dabei das Konzept der „Emergenz“. Gemeint ist, dass neue Eigenschaften entstehen, wenn unterschiedliche Bestandteile miteinander wechselwirken. Diese Eigenschaften lassen sich gleichzeitig aber nicht einfach aus den einzelnen Komponenten ableiten. Das Ergebnis ist quasi mehr, als die Summe der einzelnen Teile.

Ein klassisches Beispiel ist Wasser: Einzelne Wasserstoff- oder Sauerstoffatome besitzen noch keine der besonderen Eigenschaften, die Wasser auszeichnen. Erst ihre Verbindung erzeugt ein Molekül mit völlig neuen physikalischen Eigenschaften.

Die Arbeit beschreibt, dass genau solche emergenten Eigenschaften vermutlich entscheidend für die Entstehung des Lebens waren. Wasser spielt dabei eine zentrale Rolle. Durch seine Polarität zwingt es Molekülen bestimmte räumliche Ordnungen auf. So lagern sich beispielsweise fettartige, wasserabweisende Molekülteile bevorzugt nach innen zusammen, während wasserliebende Bereiche nach außen zeigen. Dadurch können sich komplexe Strukturen stabil bilden, wie etwa Membranen, die wir gestern schon näher betrachtet haben (reminder: Lipiddoppelschicht). Das gilt aber natürlich auch für Proteine oder eben Nukleinsäuren wie RNA und DNA.

In einem immer komplexeren System werden so manchmal kritische Zustände erreicht, bei denen sich durch Emergenz fundamentale Eigenschaften ändern oder einfach neu entstehen. Dadurch werden plötzlich neue Funktionen möglich, z. B. Moleküle, die ihre eigene Struktur reproduzierbar „beschreiben“ können. Erst dadurch werden Prozesse wie Replikation, Vererbung und letztlich Evolution überhaupt möglich.

Wichtig ist, dass diese Übergänge nicht als geradliniger Plan verstanden werden sollte, sondern das Ergebnis unzähliger Wechselwirkungen, Zufälle und eben emergenter Prozesse. Da ist nichts ülanbar.

Würde man die Erde vier Milliarden Jahre zurücksetzen und alles noch einmal beginnen lassen, würde vermutlich etwas völlig anderes entstehen als das Leben, das wir heute kennen, weil einfach die zugrundeliegenden Zufälle andere wären.

Quelle:
Schwalbe et al. (2026), Angewandte Chemie International Edition
doi.org/10.1002/…

Die Bedeutung von Nähe

Manche Studien berühren mein Herz, weil sie etwas messbar machen, das wir vielleicht intuitiv längst spüren. Die Studie heute erzählt davon, dass liebevolle Nähe nicht nur emotional erlebt wird, sondern bis in körperliche Heilungsprozesse hineinreichen kann.

Ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität und des Universitätsklinikums Heidelberg untersuchte, wie Oxytocin und Nähe in einer Partnerschaft gemeinsam die Wundheilung beeinflussen. Oxytocin ist ein Botenstoff, der bei sozialen Bindungen und Berührungen eine wichtige Rolle spielt. Daher wird er auch als „Kuschelhormon“ bezeichnet. Er wird bei liebevollern Berührungen jeglicher Art ausgeschüttet und beeinflusst, wie unser Körper soziale Erfahrungen verarbeitet.

An der Studie nahmen 80 Paare teil. Allen Personen wurden vier kleine standardisierte Saugblasenwunden am Unterarm zugefügt. Anschließend erhielten sie über mehrere Tage entweder Oxytocin oder ein Placebo als Nasenspray. Ein Teil der Paare führte zusätzlich wertschätzende Gespräche über die eigene Beziehung. Zugleich hielten die Teilnehmenden im Alltag fest, wie häufig sie liebevolle Berührungen austauschten.

Am Ende zeigte sich vor allem das Zusammenspiel von Oxytocin und gelebter Nähe. Bei den Personen, die Oxytocin erhalten hatten, heilten die Wunden umso schneller, je häufiger sie liebevolle Berührungen oder achtsame Zuwendung mit ihrem Partner erlebt hatten. Die Forschenden beschreiben den Botenstoff deshalb als sozialen Verstärker.

Für mich liegt darin eine schöne Erkenntnis. Nähe ist kein emotionaler Luxus, sondern gehört zu den Bedingungen, unter denen unser Körper Stress verarbeitet und gesund bleiben kann. Gerade in einem oft hektischen Alltag, in dem der Umgang schnell rau wird und wenig Zeit für bewusste Zuwendung bleibt, sollten wir solche kleinen Momente nicht unterschätzen. Sie tun nicht nur der Seele gut. Und das gilt natürlich nicht nur für Partnerschaften.

Schneider et al. (2025), JAMA Psychiatry
doi.org/10.1001/…

Wenn ein Irrtum fast 50 Jahre überlebt

Manche wissenschaftlichen Erkenntnisse entstehen aus der genauen Nachprüfung alter Annahmen. Diese stellen sich dann mitunter als falsch heraus. Genau das ist Forschenden der Universität Jena und des Leibniz-HKI nun bei einem bekannten Pilzgift gelungen.

Im Mittelpunkt steht Muscarin, ein Nervengift, das in verschiedenen Pilzarten vorkommt und schwere Vergiftungen auslösen kann. Seit 1977 galt ein Modell als etabliert, das beschreiben sollte, wie Pilze diesen Stoff herstellen. Doch als die Forschenden die damaligen Ergebnisse mit modernen Methoden überprüften, stießen sie auf Widersprüche.

Eigentlich wollten sie das bestehende Modell bestätigen und weiter ausbauen. Stattdessen zeigte sich, dass der angenommene Ausgangsstoff der Biosynthese gar nicht beteiligt ist.

Die Forschenden mussten ihre ursprüngliche Hypothese verwerfen und ein neues Modell entwickeln. Ihren Ergebnissen zufolge beginnt die Herstellung von Muscarin mit der Aminosäure L-Lysin und nicht mit Glutamin, wie fast fünf Jahrzehnte lang angenommen wurde.

Die Arbeit liefert damit nicht nur neue Einblicke in die Entstehung eines wichtigen Pilzgifts. Sie könnte langfristig auch helfen, weitere Zwischenprodukte des Stoffwechsels aufzuspüren und besser zu verstehen, welche Substanzen bei Pilzvergiftungen eine Rolle spielen.

Fast fünfzig Jahre lang galt ein Modell als richtig, bis moderne Analysemethoden Zweifel daran aufkommen ließen.

Wissenschaft ist kein Stillstand, sondern ein fortlaufender Prozess von Hypothesen, Überprüfung und Korrektur.

Alles, was wir wissen, entspricht dem Erkenntnisstand seiner Zeit.

Quelle:
Dörner et al. (2026), Angewandte Chemie International Edition
onlinelibrary.wiley.com/doi/…

Farbvielfalt beim Mäusebussard

Ich wohne ländlich genug, dass ich Bussarde regelmäßig selbst vom Garten aus beobachten kann, aber ehrlich gesagt habe ich dabei bisher kaum auf feine Unterschiede in der Färbung geachtet. Nach dieser Studie werde ich wohl genauer hinschauen.

Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für biologische Intelligenz hat mithilfe von fast 100.000 Beobachtungen von Menschen aus ganz Europa erstmals die Gefiederfärbung des Mäusebussards systematisch kartiert.

Die Daten reichen über zwei Jahrzehnte zurück und basieren auf einer standardisierten Einordnung von sehr hell bis sehr dunkel sowie auf der Auswertung tausender Fotos von online-Plattformen.

Was dabei auffällt, ist zunächst die große Variabilität. Innerhalb einer einzigen Art reicht das Spektrum von sehr hellen bis zu fast einheitlich dunklen Individuen.

Solche Farbpolymorphismen sind biologisch nicht ungewöhnlich und können unterschiedliche Funktionen erfüllen, etwa im Zusammenhang mit Tarnung, Thermoregulation oder Verhalten.

Beim Mäusebussard lassen sich die beobachteten Muster jedoch nur sehr begrenzt durch Umweltfaktoren wie Klima oder Vegetation erklären. Die Verteilung wirkt eher wie ein historisch gewachsenes Mosaik, möglicherweise geprägt durch Ausbreitungsprozesse nach der letzten Eiszeit.

Deutlich klarer ist der Trend über die Zeit. Die mittlere Färbungsform nimmt nämlich zu, während sowohl sehr helle als auch sehr dunkle Tiere immer seltener werden. Innerhalb von gut 20 Jahren ist der Anteil dunkler Individuen um etwa 22 Prozent zurückgegangen, der der hellen um rund 14 Prozent. Das spricht für eine Verschiebung innerhalb der Population, aber auch für einen Verlust an Variabilität.

Genau hier wird es biologisch interessant. Farbpolymorphismen sind oft genetisch verankert und können mit Unterschieden in Physiologie oder Verhalten einhegehen. Das hat mit der Farbe natürlich nicht direkt zu tun, sie diesnt vielmehr als Indikator.

Wenn sich nun diese Bandbreite verengt, betrifft das nicht nur das äußere Erscheinungsbild, sondern potenziell auch das Spektrum an Reaktionsmöglichkeiten gegenüber sich verändernden Umweltbedingungen.

Quelle:
Delhey et al. (2026), IBIS - International journal of avian science
doi.org/10.1111/…

Wenn Väter schwanger werden

In der Tierwelt gibt es viele außergewöhnliche Strategien, eine davon ist sicherlich die männliche Schwangerschaft der Seepferdchen.

Ein Forschungsteam um den Evolutionsbiologen Axel Meyer von der Universität Konstanz hat untersucht, wie dieser Rollentausch auf zellulärer Ebene überhaupt möglich ist.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass hinter der “einfachen” Bruttasche der Männchen ein komplexes Zusammenspiel aus Hormonen und Immunregulation steckt.

Die Bruttasche übernimmt bei männlichen Seepferdchen ähnliche Aufgaben wie der Uterus und die Plazenta bei Säugetieren. Das Weibchen legt seine Eier hinein und im Inneren werden sie befruchtet, geschützt und über fein verzweigte Gefäße mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt.

Um die Mechanismen genauer zu verstehen, verglichen die Forschenden nun Zelltypen und Signalwege der Bruttasche mit denen der Plazenta von Säugetieren.

Dabei zeigte sich, dass obwohl die Funktion ähnlich ist, der Prozess über völlig andere hormonelle Wege abläuft. Statt Östrogenen übernehmen männliche Sexualhormone (Androgene) die entscheidende Steuerung und lösen die Verdickung und Gefäßbildung der Bruttasche aus.

Mindestens ebenso erstaunlich ist der Blick auf das Immunsystem.

Während einer Schwangerschaft muss sichergestellt werden, dass die Embryos nicht als „fremd“ erkannt und abgestoßen werden. Säugetiere nutzen hierfür zentrale Gene wie foxp3, doch dieses Gen fehlt beim Seepferdchen.

Stattdessen scheint das Männchen über eine ungewöhnliche Form der Immuntoleranz zu verfügen, bei der Androgene die Immunantwort gezielt dämpfen. So entsteht ein geschützer Raum für den Nachwuchs.

Innerhalb der Seepferdchenfamilie lassen sich verschiedene Stadien der Entwicklung der Strategie der männlichen Schangerschaft nachvollziehen. So gibt es Arten, deren klebrigen Eier nur am Körper der Männchen haften und von dort einige Übergangsstufen bis hin zur hochspezialisierten Bruttasche, die eine vollständige, hormonell gesteuerte Versorgung der Embryos ermöglicht.

Seepferdchen und Säugetiere lösen somit auf gleichermaßen ähnliche und unterschiedliche Weise dasselbe biologische Problem.

📖 Liu et al. (2025), Nature Ecology & Evolution

nature.com/articles/… (leider ist nur das Abstract frei verfügbar)

Das geheime Energienetz im Waldboden

Der größte Teil der Energie in einem Wald fließt nicht über der Erde, sondern im Boden. Gemeint ist die chemische Energie, die Pflanzen mithilfe von Sonnenlicht aufbauen. Wenn Blätter, Wurzeln oder Holz absterben, wird diese Energie von unzählogen Organismen im Boden aufgenommen und über viele Fressbeziehungen im Bodennahrungsnetz weitergegeben.

Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Senckenberg Museums für Naturkunde untersuchte solche Netzwerke an 32 Waldstandorten zwischen Deutschland und Vietnam.

Dafür erfassten die Forschenden zahlreiche Gruppen von Bodentieren, darunter kleine Fadenwürmer, Springschwänze (wie im Bild) und Milben, aber auch größere Tiere, und berechneten aus Körpergröße, Häufigkeit und Stoffwechsel, wie Energie durch diese Lebensgemeinschaften im Boden verteilt wird.

Dabei zeigte sich, dass in tropischen Wäldern insgesamt mehr Energie durch die Bodennahrungsnetze weitergegeben werden als in gemäßigten Wäldern. Gleichzeitig verändert sich die Zusammensetzung der Akteure. In den Tropen sind größere Bodentiere stärker beteiligt und Räuber-Beziehungen kommen häufiger vor.

In gemäßigten Wäldern spielt dagegen der Abbau angesammelten Laubs eine größere Rolle. Dort gelangt die Energie zunächst über Pilze und Bakterien in das Nahrungsnetz und wird erst danach von Bodentieren weitergereicht.

Gemeinsam bilden diese vielen Organismen das „Bodenpersonal“ des Waldes. Jede Gruppe übernimmt dabei eigene Aufgaben im Kreislauf von Zersetzung, Nahrung und Verbreitung.

Oft wird gesagt, dass insbesondere Regenwürmer wichtig für den Boden sind. Das stimt natürlich, aber sie machen den Job nicht allein. Erst das Zusammenspiel vieler kleiner und größerer Bodenbewohner hält dieses verborgene Netzwerk unter unseren Füßen am Laufen.

Quelle:
Potapov et al. (2026), nature communications
doi.org/10.1038/…

Feinfühlige Dickhäuter

Ein Elefantenrüssel ist kraftvoll, doch er ist zugleich ein hochpräzises Tastorgan. Rund 1.000 Tasthaare bedecken seine Oberfläche.

Eine in Science veröffentlichte Studie eines interdisziplinären Forschungsteams unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme zeigt nun, dass das Geheimnis dieser Feinfühligkeit in den besonderen Materialeigenschaften ebendieser Haare liegt.

Die Forschenden analysierten bis zu fünf Zentimeter lange Rüsselhaare mithilfe von Mikrocomputertomographie, Nanohärteprüfung und computergestützten Simulationen.

Anders als die gleichmäßig steifen Tasthaare von Ratten oder Mäusen zeigten die Elefantenhaare einen sogenannten funktionellen Gradienten.

Eine eher steife Basis geht fließend in eine weiche und elastische Spitze über. Zusätzlich weisen die Haare eine gebogene Struktur mit hohler Basis und kleinen inneren Kanälen auf.

Diese Architektur erhöht die Stoßfestigkeit und sorgt dafür, dass das Haar nicht bricht. Diese Stabilität ist besonders wichtig, da Tasthaare der Elefanten, die ja hoch spezialisierte Bestandteile des Tastsinns und keine gewöhnlichen Körperhaare sind, nicht nachwachsen können. Wenn ein Haar bricht oder verloren geht, entsteht quai ein taktiler “blinder Fleck”.

Simulationen und ein vergrößerter 3D-gedruckter Nachbau eines solchen Tasthaares zeigten, dass dieser Steifigkeitsverlauf es erleichtert, genau zu spüren, wo entlang eines Haares ein Kontakt entsteht.

So kann ein Elefant selbst empfindliche Gegenstände wie einen Tortilla-Chip aufnehmen, ohne ihn zu zerbrechen, oder eine kleine Erdnuss gezielt greifen. Die Materialstruktur selbst liefert dabei bereits eine Art eingebaute Information über Ort und Intensität der Berührung – ein Prinzip, das die Forschenden als „verkörperte Intelligenz“ bezeichnen. (Hatten wir hier auch schon mal im Zusammenhang mit “Mikroschwimmern”)

Die Ergebnisse erweitern nicht nur das Verständnis der taktilen Wahrnehmung dieser beeindruckenden Tiere, sondern könnten auch neue, bioinspirierte Sensortechnologien in der Robotik anregen, bei denen intelligente Materialeigenschaften bereits einen Teil der Informationsverarbeitung übernehmen.

Quelle:
Schulz et al. (2026), Science
doi.org/10.1126/…

Ameisen nutzen Antibiotika

Ameisensäure kennt vermutlich jeder. Sie ist der Stoff, den Waldameisen zur Verteidigung versprühen und der dem Ameisengift seinen Namen gegeben hat.

Seit dem 17. Jahrhundert galt diese Säure als der zentrale und nahezu einzige Wirkstoff im Gift der sogenannten Schuppenameisen. Doch offenbar war das nur ein Teil der Geschichte.

Ein Forschungsteam der Freien Universität Berlin und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg hat nun gezeigt, dass das Gift dieser Ameisen deutlich komplexer aufgebaut ist als bisher angenommen.

Mithilfe moderner molekularbiologischer und chemischer Methoden entdeckten die Forschenden zwei bislang unbekannte Familien kleiner Peptide, die im Ameisengift enthalten sind.

Die Faszination offenbart sich bei der Nutzung, denn Ameisen nutzen ihr Gift nicht nur zur Verteidigung gegen Feinde. Sie tragen es auch auf ihre Brut auf.

Während die Ameisensäure verdunstet, bleiben die kleinen Peptide auf den Puppen zurück und schützen sie offenbar vor Krankheitserregern. So wirken einige dieser neu entdeckten Moleküle z.B. gegen Pilze, die für soziale Insektengemeinschaften eine erhebliche Gefahr darstellen können.

Damit zeigt sich einmal mehr, wie ausgeklügelt die Hygienestrategien sozialer Insekten sind. Ameisen leben in großen Gemeinschaften mit tausenden Individuen auf engstem Raum, wo sich Krankheitserreger eigentlich besonders leicht ausbreiten müssten. Wirksame Abwehrmechanismen sind überlebenswichtig.

Spannend ist die Entdeckung aber auch für die Medizin. Antimikrobielle Peptide gelten seit Jahren als mögliche Kandidaten für neue Wirkstoffe gegen resistente Krankheitserreger. Allein die Unterfamilie der Schuppenameisen umfasst mehr als 3.700 Arten. Möglicherweise verbirgt sich in ihren Giften noch ein ganzes Arsenal bislang unbekannter bioaktiver Substanzen.

Quelle:
Koch et al. (2026), Science Advances
science.org/doi/…