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Vom einzelnen Fisch zum Schwarm

Ein Fischschwarm kann sich beinahe wie ein einziger Organismus bewegen. Hunderte Tiere ändern gemeinsam die Richtung, ohne dass jemand vorgibt, wohin es gehen soll. Doch nach welchen Regeln entscheidet eigentlich der einzelne Fisch, wem er folgt?

Forschende der University of California San Diego haben das an winzigen, nahezu durchsichtigen Fischen der Art Danionella cerebrum untersucht.

Sie zeichneten die Bewegungen der Tiere in unterschiedlich großen Gruppen auf und entwickelten daraus ein mathematisches Modell. Dabei zeigte sich ein erstaunlich einfaches Prinzip.

Ein Fisch orientiert sich offenbar nicht an der mittleren Bewegungsrichtung seiner gesamten Umgebung, sondern kopiert jeweils die Richtung eines einzelnen, zufällig ausgewählten Nachbarn.

Entscheidend ist dabei auch das Timing. Wenn ein Fisch eine Kurve beendet, öffnet sich für seine Nachbarn ein kurzes Zeitfenster, in dem sie seine neue Richtung übernehmen können. Bei ausgewachsenen Tieren geschieht diese Reaktion besonders schnell. Viele solcher einzelnen, zeitlich abgestimmten Entscheidungen reichen dem Modell zufolge aus, damit auf Gruppenebene das typische Schwarmverhalten entsteht.

Ob das Modell tatsächlich beschreibt, was die Tiere wahrnehmen und tun, testeten die Forschenden anschließend mit virtuellen Fischen. Echte Fische schwammen dafür in einer Virtual-Reality-Umgebung und bekamen künstliche Artgenossen präsentiert, deren Richtungswechsel gezielt gesteuert werden konnten. Die realen Fische reagierten dabei exakt so, wie es das Modell vorhergesagt hatte.

Es ist spannend, wie aus einer so einfachen Regel ein komplexes Gruppenverhalten entstehen kann. Solche Prinzipien sind auch über die Biologie hinaus interessant, etwa für die Schwarmrobotik. Statt jeden Roboter zentral zu steuern, könnten dort einfache Regeln für die Interaktion mit den unmittelbaren Nachbarn dafür sorgen, dass sich eine ganze Gruppe koordiniert bewegt.

Ob sich gerade diese gefundene Strategie dafür eignet, ist noch offen. Aber vielleicht können uns ausgerechnet winzige Fische etwas darüber beibringen, wie man große Gruppen ohne zentrale Steuerung organisiert.

Quelle:
Puri et al., 2026, Phys. Rev. Lett.
journals.aps.org/prl/…

Bunt statt Braun

Städte verändern Lebensräume grundlegend. Beton und Asphalt ersetzen natürliche Untergründe und künstliches Licht verändert die Nacht.

Viele Vogelarten kommen in einem solchen Lebensraum nicht gut zurecht, andere aber schon. Eine internationale Studie zeigt, dass dabei sogar die Farbe ihres Gefieders eine Rolle spielen könnte.

Ein internationales Forschungsteam, darunter Wissenschaftler vom Max Planck Institut für Biologische Intelligenz, untersuchte 1.287 Vogelarten aus verschiedenen Regionen der Welt. Dafür berechneten sie zunächst, wie sich die Häufigkeit jeder Art mit zunehmender Urbanisierung verändert. Diesen „urbanen Erfolg“ verglichen sie anschließend mit Daten zur Gefiederfärbung der Arten.

Dabei zeigte sich, dass je erfolgreicher eine Vogelart in urbanen Lebensräumen war, desto weniger Braun trug sie im Gefieder. Auch nachdem weitere ökologische Merkmale berücksichtigt wurden, blieb dieser Zusammenhang bestehen.

Warum nun ausgerechnet Braun?
Eine mögliche Erklärung ist die Tarnung. Braunes Gefieder fügt sich in vielen natürlichen Lebensräumen gut zwischen Erde, Laub und Vegetation ein. In einer Umgebung aus Beton und Gebäuden könnte dieser Vorteil geringer sein. Allerdings betonen die Forschenden, dass ihre Studie Zusammenhänge zeigt und nicht belegen kann, dass die Gefiederfarbe selbst über den Erfolg einer Art in der Stadt entscheidet. Auch Lebensweise, Nahrung oder Nistverhalten spielen eine Rolle.

Spannend wird es auch, wenn man nicht einzelne Arten, sondern ganze Vogelgemeinschaften betrachtet. In stärker urbanisierten Gebieten gibt es insgesamt weniger Arten und damit zunächst natürlich auch weniger unterschiedliche Gefiederfarben. Vergleicht man jedoch Gemeinschaften mit derselben Artenzahl, umfassen Stadtgemeinschaften eine größere Farbvielfalt.

📖 Studie: Ibáñez-Álamo et al. (2025), Ecology Letters
onlinelibrary.wiley.com/doi/…

Ein Protein fürs Timing

Unser Körper besteht aus sehr unterschiedlichen Zellen, die verschiedene Aufgaben erfüllen, obwohl sie grundsätzlich erstmal dieselbe Erbinformation besitzen. Für diese Aufgaben brauchen wir aber Spezialisten, z.B. Herzmuskelzellen oder Nervenzellen.

Damit solche spezialisierten Zellen entstehen können, müssen während der Entwicklung zwei Dinge genau aufeinander abgestimmt sein. Zellen müssen sich teilen und zum richtigen Zeitpunkt bestimmte Entwicklungswege einschlagen. Das bedeutet von den vielen zur Verfügung stehenden Genen müssen bestimmte aktiviert werden, während andere ruhen.

Forschende der Universität Gießen haben nun ein Protein genauer untersucht, das offenbar bei beiden Prozessen eine Rolle spielt.

ZNF512B war bereits dafür bekannt, an der Organisation der DNA beteiligt zu sein und dadurch mitzubestimmen, welche Gene genutzt werden können. Nun zeigte sich, dass das Protein zusätzlich direkt während der Zellteilung aktiv wird.

Es verbindet sich dabei mit den Fasern, die die verdoppelten Chromosomen (DNA) auf die beiden neuen Zellen verteilen.

Wie wichtig die richtige Menge von ZNF512B ist, zeigten Versuche mit Zellen im Labor. War zu viel vorhanden, konnte die Zellteilung stark verzögert werden. Fehlte das Protein dagegen in embryonalen Stammzellen von Mäusen, teilten sich diese schneller. Gleichzeitig hatten sie jedoch Schwierigkeiten, sich anschließend normal zu spezialisieren.

Besonders deutlich war das bei der Entwicklung zu Herzmuskelzellen. Statt wie gewöhnlich schlagende Zellverbände zu bilden, gelang dies den veränderten Stammzellen kaum noch. Auch bei der Entwicklung von Zellen des Nervensystems fanden die Forschenden deutliche Veränderungen.

Mich faszinieren solche Einblicke immer wieder, weil sie zeigen, wie fein abgestimmt und gleichzeitig scheinbar zerbrechlich Leben ist.

Und doch sind wir alle hier, mit unseren 30 Billionen Zellen. Auf Zellebene müssen hierfür unzählige Vorgänge zur richtigen Zeit und im richtigen Maß ablaufen. Da kann man schon ehrfürchtig werden.

Quelle:
Paasche et al., 2026, Nucleic Acids Research
doi.org/10.1093/… #biologie #JLU #wissenschaft #wisskomm #anysci

Winzige Härchen zum Wassersparen

Wer in trockenen Lebensräumen lebt, muss mit Wasser sparsam umgehen. Das gilt auch für Geckos. Über ihre dünne Haut kann ständig Wasser an die Umgebung verloren gehen.

Bei vielen Geckoarten sitzen hier unzählige winzige Härchen, sogenannte Setulae. Besonders häufig findet man sie bei Geckos und Chamäleons aus trockenen und halbtrockenen Gebieten.

Welche Funktion diese Strukturen haben, war bislang nicht eindeutig geklärt.
Forschende der Universität Kiel haben nun untersucht, ob die Setulae den Wasserverlust über die Haut verringern könnten.

Dafür entwickelten sie ein vereinfachtes Computermodell der Geckohaut und simulierten, wie sich Luft und Wassermoleküle zwischen und über den winzigen Härchen verhalten.

Denkbar wäre nämlich auch das Gegenteil gewesen. Durch die Härchen wird die Oberfläche größer, was die Verdunstung theoretisch sogar fördern könnte.

Die Simulation zeigte jedoch einen möglichen Schutzmechanismus. Zwischen den dicht stehenden Härchen bleibt Luft gefangen und es bildet sich eine dünne Grenzschicht über der Haut. Wassermoleküle, die von der Haut in diese Schicht gelangen, können sich nicht einfach ungehindert in der Umgebungsluft verteilen. Sie stoßen innerhalb des engen Raums wiederholt auf andere Moleküle und Oberflächen, wobei ein Teil zur Haut zurückkehrt. Im Modell verringerte diese Grenzschicht dadurch den Wasserverlust.

Noch ist allerdings nicht gezeigt, dass Geckohaut tatsächlich auf diese Weise funktioniert. Bislang handelt es sich nur um eine Modellierung. Als Nächstes wollen die Forschenden deshalb künstliche Haut und abgestreifte Geckohaut untersuchen.

Sollte sich der Effekt bestätigen, könnten die Nanohärchen nicht nur eine wichtige Anpassung an trockene Lebensräume erklären. Das zugrunde liegende Prinzip wäre auch für die Materialforschung interessant und könnte als Vorbild für künstliche Oberflächen dienen.

Quelle:
Filippov et al., 2026, Biointerphases (nur Abstract frei verfügbar)

pubs.aip.org/avs/…

Bevor ich hier heute meinen täglichen Science-Beitrag raushaue, möchte ich euch auf eine Veranstaltung morgen aufmerksam machen.

Wolfgang Nellen, emeritierter Prof für Genetik und engagierter Wissenschaftskommunikator, organisiert regelmäßig einen online Bio-Stammtisch. Dort stellt er ein paar spannend Beiträge vor und man kann kurz darüber plaudern und diskutieren.

Es ist meist eine wirklich kleine Runde bunt gemischter Teilnehmer. Die einzige Voraussetzung ist Neugierde! Vielleicht hat ja hier jemand Lust, vorbei zu schauen. Dann meldet euch einfach direkt bei ihm und wir sehen uns dann morgen dort.

Hier sein Text (darf gern geteilt werden):

„Einladung „Online Stammtisch Biologie“ (3.9.2026, 18:30 Uhr, ca. 60 bis 90 Minuten)

Für alle, die mehr über die Biowissenschaften wissen möchte: Schüler, Rentner, Lehrer, Taxifahrer, Studenten, Pfarrer, Schreiner, Bauern und alle anderen …

Zusammen mit dem Biologenverband VBIO bieten wir bei diesem kostenlosen Stammtisch:

Termine und Empfehlungen für weitere (meist kostenlose)
Infos: Vorträge, Veranstaltungen, Videos, Lesestoff …
BioHighlights: kurze Vorstellung von ein paar neuen Entdeckungen und Entwicklungen aus der Biologie.

Fragen, Diskussion, Anregungen: dafür gibt es in kleiner Runde ausreichend Zeit!

Anmeldung: unverbindlich per Mail an info@biowisskomm.de
Schauen Sie mal rein!“

🤘 Härtet Metal ab?

Musik kann die Wahrnehmung von Schmerzen beeinflussen. Untersucht wurde das bisher vor allem mit angenehmer oder entspannender Musik. Gleichzeitig weiß man, dass auch der Umgang mit unangenehmen Gefühlen eine Rolle spielt. Unterdrückter Ärger kann etwa bei chronischen Schmerzen problematisch sein.

Wenn wir uns in der Musik umschauen, dann gibt Heavy Metal gibt Ärger und anderen schwierigen Emotionen ziemlich viel Raum. Forschende des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften wollten deshalb wissen, ob ein intensives Metal-Erlebnis auch sie Schmerzempfindun beeinflusst. Wo könnte man das besser untersuchen als in Wacken?

122 Metalheads machten mit. Ein Teil wurde vor Beginn der Konzerte getestet, der andere am dritten und vierten Festivaltag. Neben Fragebögen und einer Messung der Herzaktivität absolvierten sie einen Kältetest: Hand und Unterarm kamen in zwei Grad kaltes Wasser. Erfasst wurde, wann der Schmerz einsetzte, wie unangenehm er empfunden wurde und wie lange die Teilnehmenden ihn aushielten.

Da Alkohol die Schmerzwahrnehmung beeinflussen kann, wurden Teilnehmende mit starkem Alkoholkonsum bei der Auswertung ausgeschlossen. Dabei zeigte sich, dass wer am dritten oder vierten Festivaltag getestet wurde, den Schmerz länger aushielt als die Teilnehmenden vor Beginn der Konzerte. Der Schmerz setzte jedoch nicht später ein und wurde auch nicht als weniger unangenehm empfunden. Die Metalheads hielten schlicht länger durch.

Quelle:
Schneider & Fritz et al., 2026, Scientific Reports
nature.com/articles/…

Modelle für die Alzheimerforschung

Alzheimer spielt sich nicht nur in einzelnen Nervenzellen ab. Im Gehirn stehen Nervenzellen, versorgende Astrozyten und die als Immunzellen wirkenden Mikroglia in ständigem Austausch. Genau dieses Zusammenspiel lässt sich im Labor bislang nur schwer realistisch nachbilden.

Ein Team des LMU Klinikums München hat deshalb über Jahre an einem dreidimensionalen Gewebemodell gearbeitet.

Aus menschlichen Stammzellen erzeugten die Forschenden zunächst die drei verschiedenen Zelltypen. In einer speziellen Nährlösung verbinden sie sich innerhalb etwa einer Woche zu winzigen Gewebekügelchen von ungefähr einem halben Stecknadelkopf Größe und bilden ein komplexes Geflecht aus interagierenden Zellen.

In diesen Kügelchen lassen sich Vorgänge der Alzheimer-Erkrankung nachbilden. Die Forschenden lösten z.B. gezielt die Bildung typischer Amyloid-Ablagerungen aus und behandelten das Gewebe anschließend mit bereits verfügbaren Alzheimer-Medikamenten.

Die Ablagerungen konnten so wieder aufgelöst werden, wobei sich auch die Beteiligung der Mikroglia beobachten ließ.

Das Modell soll nun vor allem die Suche nach neuen Wirkstoffen erleichtern. Dafür arbeitet das Team daran, die Herstellung zu automatisieren und künftig Hunderte oder Tausende möglichst gleichartiger Gewebekügelchen zu produzieren.

So könnten viele Wirkstoffe parallel in einem menschlichen 3D-Gewebemodell getestet werden, bevor erfolgversprechende Kandidaten weiter untersucht werden.

Die Kügelchen sind natürlich keine kleinen Gehirne. Aber sie können die Lücke zwischen einfachen Zellkulturen und einem komplexen Nervensystem beim ganzen Menschen schließen.

Solche menschlichen Gewebemodelle könnten außerdem dazu beitragen, bestimmte Fragestellungen gezielter im Labor zu untersuchen und damit auch die Zahl notwendiger Tierversuche zu reduzieren.

Quelle:
Klimmt et al., 2026, Nature Neuroscience
doi.org/10.1038/…