Artikel zur Kategorie Forschungsergebnis

Weltweit steigen die Temperaturen kontinuierlich – auch in der Nordsee. Doch nicht nur die graduelle Erwärmung, auch immer häufigere und plötzlich auftretende Hitzeereignisse haben Folgen für die Organismen in der Deutschen Bucht. Forschende der Biologischen Anstalt Helgoland des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben die Häufigkeit und Intensität von Hitzewellen und deren Auswirkungen auf das Plankton quantifiziert. Ihr Fazit: Die graduelle Erwärmung sorgt für erhebliche Verschiebungen im Artenspektrum. Kommen dann noch Hitzewellen hinzu, verändern diese das Ergebnis zu Ungunsten der meisten Gruppen. Die Ergebnisse wurden in drei aufeinanderfolgenden Publikationen veröffentlicht. Im dritten, nun im Fachmagazin Limnology and Oceanography erschienenen Forschungsartikel, wirft das Team einen Blick in die Zukunft. „Im Ergebnis zeigte sich, dass der Klimawandel auf vielen Ebenen der Planktongemeinschaft für Verschiebungen sorgt, die durch Hitzewellen noch verstärkt oder modifiziert werden“, erklärt Cédric Meunier, der die Ökologie von Schelfmeersystemen an der Biologischen Anstalt Helgoland (BAH) erforscht. „Bestimmte Bakteriengruppen profitieren von den Umweltveränderungen, unter anderem einige Bakterien der auch für Menschen potenziell gefährlichen Gattung Vibrio“. Beim Phytoplankton bliebe zwar die Gesamtbiomasse konstant, die Artenzusammensetzung verschiebt sich im RCP 8.5 Szenario jedoch zugunsten kleinerer Arten. Bei zusätzlichen Hitzewellen profitierten dann besonders Phytoflagellaten und die mit Kalkplättchen ausgestatteten Coccolithophoriden. Beim Zooplankton käme es zu noch stärkeren Verschiebungen. 

Anhand der meist gerade mal 20 Mikrometer großen Pollen ist es einem Forschungsteam der Leibniz Universität Hannover (LUH) und der Rheinischen Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn gelungen, das früheste Auftreten von Blütenpflanzen, so genannten Angiospermen, zu präzisieren. Ging man bislang davon aus, dass zweikeimblättrige Blütenpflanzen, die Eudikotyledolen, erstmals vor rund 121 Millionen Jahren aufkamen, so konnten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in dem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekt „Palynologische Untersuchungen zur frühesten Phase der Angiospermen Evolution“ mittels neuer Befunde nachweisen, dass Blütenpflanzen schon mindestens zwei Millionen Jahre früher existierten. Die Forscherinnen und Forscher konnten jetzt die bislang ältesten Pollen die von zweikeimblättrigen Blütenpflanzen produziert wurden in Gesteinsabfolgen aus Portugal nachweisen, wie sie im Fachmagazin PNAS darlegen. 

Forschende haben einen Genaktivator-Komplex für den Nährstoffaustausch zwischen Pflanzen und Pilzen identifiziert. Die meisten Landpflanzen gehen eine Symbiose mit Pilzen ein, die für beide Seiten vorteilhaft ist. Dabei tauschen die Pflanzen und Pilze lebenswichtige Nährstoffe aus. Prof. Dr. Caroline Gutjahr und ihr Team am Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) haben nun einen molekularen Mechanismus entdeckt, der den Nährstoffaustausch zwischen Pflanzen und Pilzen überhaupt erst ermöglicht. Ihre im Fachmagazin PNAS veröffentlichten Ergebnisse liefern vielversprechende Erkenntnisse über Proteine, die die Entwicklung von Nutzpflanzen mit verbesserter Nährstoffaufnahme unterstützen könnten und einen Beitrag zur Reduktion von Kunstdünger leisten könnten. 

Roggen trägt erst seit verhältnismäßig kurzer Zeit zur menschlichen Ernährung bei. Während andere Getreidesorten wie Weizen oder Gerste schon seit Beginn der Jungsteinzeit in Mitteleuropa kultiviert werden, fristete Roggen Jahrtausende lang ein Dasein als Unkraut. Das änderte sich erst vor etwa 2000 Jahren. Hauptgrund für diesen Wandel – so die bislang gängige Meinung – war, dass Roggen ohne viel Aufwand auf kargen sandigen Böden gedeiht und sich so langsam als Nutzpflanze durchsetzte. Ein interdisziplinäres Forschungsteam gefördert vom Exzellenzcluster ROOTS an der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) veröffentlicht jetzt in einem Sonderband zu Fragen der frühen Kultivierung und Domestikation in der internationalen Fachzeitschrift Philosophical Transactions of the Royal Society B neue Ergebnisse, die die bisherige Sichtweise infrage stellen. Die verwendeten modernen Analysemethoden zeigen, dass Roggen wohl schon zu Beginn seiner Kultivierung mehr war als eine anspruchslose Alternative für arme Böden. „Zu einer dominierenden Kulturpflanze wurde er nicht langsam als Ersatzpflanze, sondern durch seine frühe Integration in ein damals schon bestehendes arbeitsintensives Düngesystem, das hauptsächlich auf Stallmist basierte“, sagt der Paläoökologe Dr. Frank Schlütz vom Institut für Ur- und Frühgeschichte der CAU, Erstautor der Studie. Für die Studie haben die Beteiligten verkohlte Roggenkörner untersucht, die bei archäologischen Grabungen an der niedersächsischen Nordseeküste sowie in Siedlungen auf den nährstoffarmen Sandböden des heutigen Brandenburg gefunden worden sind. Die Körner stammen aus der Zeit zwischen dem 4. Jahrhundert und dem 15. Jahrhundert. 

Der Klimawandel verändert die Alpen: In den Bergen beginnen Pflanzen heute im Schnitt sechs Tage früher zu wachsen als vor 25 Jahren – ausgelöst durch höhere Temperaturen nach der Schneeschmelze. Der frühere Austrieb verändert Alpenökosysteme und könnte sich auf Biodiversität, Alpwirtschaft und Tourismus auswirken. Der Biologe Michael Zehn des  WSL-Institut für Schnee- und Lawinenforschung (SLF) hat diesen Trend mit Daten aus 25 Jahren wissenschaftlich belegt und die Ergebnisse im Fachmagazin Golbal Change Biology publiziert.

Ein zunehmender Fokus vieler Länder auf Selbstversorgung und Handelsbarrieren könnten weltweit die Fähigkeit der Menschen beeinträchtigen, sich gesund und nachhaltig zu ernähren. Forschungsteams der Universitäten Göttingen und Edinburgh haben untersucht, inwieweit 186 Länder ihre jeweilige Bevölkerung allein durch die einheimische Produktion ernähren können. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Food veröffentlicht. 

Wurzeln „spüren“ nicht nur die Schwerkraft, um sich im Boden auszubreiten und sich zu verankern. Bei Bedarf können sie auch die eingeschlagene Wachstumsrichtung verändern und Wasserquellen erreichen. Eine neue Studie von Wissenschaftler*innen des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) und der Northwest A&F University in China zeigt nun, dass Trockenheit diese Richtungsänderung erleichtert, indem sie die Wahrnehmung der Schwerkraft unterdrückt, die Suche nach Wasser dabei die Hemmung des Gravitropismus durch den Hydrotropismus-Hauptregulator „MIZ1“ erfordert. Diese Erkenntnisse könnten dazu beitragen, Pflanzen zu entwickeln, die extremen Wetterbedingungen besser standhalten. Die Ergebnisse wurden diese Woche in PNAS veröffentlicht.

Eine Szenarien-Studie im Journal Nature richtet jetzt den Blick weit nach vorn – und zeichnet für unterschiedliche Politikpfade ein Bild von Klima und Umwelt bis Ende des Jahrhunderts. Bezugspunkt sind die „planetaren Grenzen“, die den sicheren Handlungsraum für die Menschheit definieren. Demnach bleibt das Thema Nachhaltigkeit noch auf Jahrzehnte kritisch, doch mit ambitionierten Maßnahmen lässt sich für 2050 zumindest ein Zustand wie 2015 erreichen und bis 2100 deutlich verbessern. Die Studie wurde mitverfasst vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK). „Die menschliche Zivilisation steht an einem kritischen Punkt – und wir zeigen mit einer neuartigen Methodik, wie sie sich weiterentwickeln kann, ohne ihre natürlichen Lebensgrundlagen zu ruinieren“, sagt PIK-Direktor Johan Rockström, Co-Autor der Studie. „Dies ist die bislang umfassendste Verknüpfung des Konzept der planetaren Grenzen, das ursprünglich auf die aktuelle Bestandsaufnahme ausgerichtet war, mit Daten aus modellgestützten Zukunftsszenarien. Das Ergebnis ist ein wertvolles Navigationssystem für die Politik. Wir können klar beziffern, wie gefährlich ein Weiter-so ist, und zeigen, dass sich ambitioniertes Umsteuern auszahlt.“

Gebüsch-Säume an Wald- und Feldrändern schützen Tierarten und wirken sich positiv auf die Biodiversität aus: Dazu hat ein Forschungsteam unter Federführung von Professor Jochen Krauss, Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie an der Julius-Maximilians-Universität Würzburg, in der ersten umfassenden Studie ihrer Art die betroffenen Tier- und Pflanzenarten in 45 Gebüsch-Säumen in Bayern auf ihre Artenvielfalt untersucht. Die Forschenden zeigen im Fachmagazin Journal of Applied Ecology, dass es ein Mosaik aus offenen und halboffenen Gebüsch-Säumen braucht, um die Biodiversität zu maximieren. Unterscheiden lassen sich diese Saumarten daran, wie deckend und dicht das Strauchwerk bewachsen ist.

Große Datenmengen (Big Data) bieten ein enormes Potenzial, um die Genauigkeit genomweiter Vorhersagen in der Pflanzenzüchtung zu verbessern. Ermutigt durch erfolgreiche Ergebnisse bei Weizenhybriden haben Forschende am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) diesen Ansatz nun auch auf sogenannte Inzuchtlinien ausgeweitet. Dazu kombinierten sie erstmals phänotypische und genotypische Daten aus insgesamt vier kommerziellen Weizenzuchtprogrammen. Die Ergebnisse der Studie wurden im Plant Biotechnology Journal veröffentlicht. 

Bisher war nicht klar, wann Pflanzen ihre Spaltöffnungen schließen, auf diese Weise die Wasserverdunstung unterbinden und was diesen Schutzmechanismus auslöst. Forschende am Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel liefern hierzu neue Erkenntnisse in der Fachzeitschrift Nature Plants. Die Studie zeigt, dass die Stomata bereits zu einem früheren Zeitpunkt geschlossen bleiben, nämlich dann, wenn die Wasseraufnahme in der Nacht erschwert ist. "Wir konnten damit erstmals zeigen, dass ein Baum die Spaltöffnungen am Morgen gar nicht erst öffnet, wenn er über Nacht nicht ausreichend Wasser aufnehmen konnte", erklärt Studienleiter Prof. Dr. Ansgar Kahmen, Preisträger unseres Eduard-Strasburger Preises im Jahr 2007. Damit verzichtet der Baum zugunsten des Wachstums auf die Photosynthese. 

Gehen Bäume und Bodenpilze eine enge Beziehung ein, profitieren beide Partner. Mehr als 400 weltweit verbreiteten Baumarten haben diese Kooperation noch verbessert: eine gleichzeitige Symbiose mit zwei unterschiedlichen Gruppen von Mykorrhiza-Pilzen. Diese Bäume kommen besser mit Wasser- und Nährstoffmangel zurecht – wichtige Eigenschaften für die Waldwirtschaft angesichts der Klimaerwärmung. Das berichten Forschende der Universität Zürich im Fachjournal Ecology Letters.

Die Herausforderungen globaler Ernährungssicherheit, Umweltzerstörung und sozialer Ungleichheit verlangen ein Umdenken in der Gestaltung unserer Agrar- und Ernährungssysteme. In ihrem aktuellen, interdisziplinären Positionspapier stellt ein Team des Leibniz-Forschungsnetzwerks „Grüne Ernährung – Gesunde Gesellschaft“ das Konzept der Sustainable and Resilient Agrifood Systems (SARAS) vor – ein neuer systemischer Ansatz für gesunde, nachhaltige und widerstandsfähige Ernährungssysteme. Das Deutsche Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE) ist als koordinierende Einrichtung des Netzwerks maßgeblich an der im Journal Sustainable Development veröffentlichten Publikation beteiligt. 

Sie ist resistent gegen Trockenheit und verträgt auch hohe Niederschläge. Sie bindet Stickstoff und kann so den Bedarf an Düngemitteln verringern. Richtig verarbeitet kann sich die Platterbse zudem einen Platz in der innovativen, gesunden Küche erobern. Ein Forschungsteam der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU) hat im Rahmen des EU-Projekts BioValue das beträchtliche Potenzial der derzeit kaum genutzten Platterbse (Lathyrus sativus) untersucht. Die Fallstudie, die sie gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Serbien, Spanien, Frankreich durchgeführt haben, ist in der Fachzeitschrift Sustainability erschienen. 

Eine neue Studie präsentiert erstmals eine umfassende Liste etablierter nicht-heimischer Arten in Deutschland, einschließlich der betroffenen Lebensräume, Herkunftsregionen und der dokumentierten Auswirkungen. Die meisten dieser 1962 Arten sind Pflanzen und Insekten, wobei 80 Prozent an Land leben. Besonders häufig wurden die Tiere und Pflanzen aus benachbarten europäischen Ländern, Asien und Nordamerika eingeführt. Die im Fachjournal Environmental Sciences Europe veröffentlichte Studie zeigt auch, dass bei fast 98 Prozent der Arten die Auswirkungen auf heimische Ökosysteme und die Wirtschaft noch unbekannt sind. „Während früher Tiere und Pflanzen hauptsächlich für Jagd- und Freizeitaktivitäten ins Land gebracht wurden, haben sich mit dem globalen Handel und der veränderten menschlichen Mobilität auch die Einführungswege von gebietsfremden Arten verändert“, erklärt Dr. Philipp Haubrock, der vormals am Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt war und heute an der Bournemouth University in Großbritannien beschäftigt ist. Die Forschenden hoffen, dass ihre Bestandaufnahme den politischen Entscheidungsträger*innen hilft, gezielte Strategien zu entwickeln und die Öffentlichkeit für die Risiken invasiver Arten zu sensibilisieren, um weitere Einführungen und unbeabsichtigte Ausbreitungen zu verhindern. 

Vertical Farming kann mehr als nur Salat. Ein Forschungsteam hat den Anbau von sechs Lebensmittelgruppen im Vertical Farming untersucht: Nutzpflanzen, Algen, Pilze, Insekten, Fisch und kultiviertes Fleisch. In der Studie zeigen die Forschenden von TUMCREATE, eine von der Technischen Universität München (TUM) geleitete Forschungsplattform in Singapur, die positiven Auswirkungen, die Vertical Farming sowohl auf den Ertrag als auch auf verschiedene Umweltfaktoren hat, wie sie im Fachjournal PNAS Nexus berichten. Sie betonen die Rolle von Vertical Farming für die Ernährungssicherung.

Biologinnen und Biologen haben ein Peptid und den zugehörigen Rezeptor identifiziert, die das Wachstum von Blütenständen in zwei Achsen bestimmen. Dass davon auch die Zahl der gebildeten Gerstenkörner abhängt, erläutert das Team unter der Leitung von Prof. Dr. Rüdiger Simon vom Institut für Entwicklungsgenetik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in einer Studie im Fachmagazin Nature Communications. Dazu kombinierten sie eine Genfunktionsanalyse auf zellulärer Ebene mit einer detaillierten phänotypischen Charakterisierung mit Hilfe von Rasterelektronen- und Fluoreszenzmikroskopie. Dr. Isaia Vardanega, Erstautor der Studie, sagt: „Unsere Entdeckung ermöglicht es nun, die Blütenstände von Gräsern neu zu gestalten. Indem wir das Stammzellsystem der Gerste genauer verstehen, können wir beispielsweise die Zahl der Körner erhöhen und somit zu einer höheren landwirtschaftlichen Produktion beitragen.“ Prof. Simon ergänzt: „Unsere Kenntnisse zur genetischen Steuerung der Architektur von Gerste wird es ermöglichen, mit Hilfe von Genomediting schneller neue und ertragreiche Pflanzensorten zu erzeugen.“ 

Die Zahl der Arten nimmt nicht gleichmäßig zu, wenn man sich von kleinen Ökosystemen zu kontinentalen Maßstäben bewegt – dieses Phänomen ist in der Ökologie seit Jahrzehnten bekannt. Jetzt hat ein internationales Forschungsteam unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) eine neue Theorie entwickelt, welche die drei Phasen erklärt, die typisch sind für die Verteilung der Arten im Raum. Die Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Nature Communications könnte helfen abzuschätzen, wie viele Arten durch die Zerstörung von Lebensräumen verloren gehen. 

Die Auswirkungen der zunehmenden Begrünung vieler europäischer Gebirgsregionen auf die genetische Pflanzenvielfalt hat ein internationales Forschungsteam im Fachjournal Current Biology am Beispiel des Griechischen Bergtees Sideritis geschildert. Die Studie vom Team um den Senckenberg-Wissenschaftler Dr. Spyros Theodoridis zeigt mithilfe von Satellitenbildern und Genanalysen, dass der durch Klima- und Landnutzungswandel geförderte Vegetationszuwachs in Gebirgen zu genetischer Verarmung führen kann: Je dichter die Vegetation in den vergangenen 40 Jahren wurde, desto stärker nahm die genetische Vielfalt der Pflanzen ab.

Der Klimawandel erhöht in vielen Regionen der Erde das Risiko von Waldbränden. Ausschlaggebend sind dafür unter anderen bestimmte Witterungsbedingungen, die die Ausbreitung eines Feuers erleichtern, das sogenannte Feuerwetter. Forschende des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) haben nun mit Kolleg*innen aus Australien in einem deutsch-australischen Forschungsprojekt herausgefunden, dass sich die Saisons dieser Feuerwetter in Ost-Australien und West-Nordamerikazunehmend zeitlich überschneiden. Das Forschungsteam hat sich sowohl mit den Gründen dieser Verschiebung befasst als auch mit den Auswirkungen auf die länderübergreifende Kooperation der Feuerwehren in Kanada, den USA und Australien bei der Brandbekämpfung. Die Forschungsarbeit wurde im Fachmagazin Earth's Future veröffentlicht.

Das Waldsterben in deutschen Wasserschutzgebieten führt zu einer Verschlechterung der Trinkwasserqualität. Dass sich die durchschnittlichen Nitrat-Konzentrationen in betroffenen Wasserschutzgebieten verdoppelt haben, zeigt eine im Fachjournal Earth’s Future veröffentlichte Studie. Die Auswirkungen auf die Wasserqualität sind je nach Standort unterschiedlich stark ausgeprägt, wobei verzögerte Effekte erst in den kommenden Jahren sichtbar werden könnten. Das berichtet die Hydrologin Dr. Carolin Winter von der Uni Freiburg gemeinsam mit einem Wissenschaftsteam. 

Fortschritte bei Phänotypisierungsplattformen mit Hochdurchsatz (HTP) in Verbindung mit Genotypisierungstechnologien haben die Züchtung von Sorten mit gewünschten Merkmalen auf der Grundlage genomischer Vorhersagen revolutioniert. Bisher fehlt aber noch das Verständnis für die Ausprägung mehrerer Merkmale zu verschiedenen Zeitpunkten während der Wachstumsphase der Pflanze. Ein Forschungsteam, dem u.a. das Leibniz-Institut für Pflanzengenetik (IPK) und Kulturpflanzenforschung und das Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) angehören, hat jetzt einen computergestützten Ansatz entwickelt, um dies Problem zu lösen. Die Ergebnisse wurden in Nature Plants veröffentlicht. 

Sorghumhirse gilt als eine Kulturpflanze der Zukunft: Sie baut besonders viel Biomasse auf und gedeiht auch unter harschen Bedingungen. Bestimmte Sorten bilden auf salzigen Böden sogar mehr Zucker. Diese salzstress-bedingte Zuckeransammlung haben nun Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) in einem internationalen Team genauer untersucht und festgestellt, dass der Genschalter SWEET13 den Zucker in die Körner lenkt. Durch Züchtung lässt sich SWEET13 in verschiedene Sorten der Sorghumhirse einkreuzen, um zur Ernährungssicherheit beizutragen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Scientific Reports. 

Wie es zu eukaryontischen Zellen kam, einer Komplexität, die die Entstehung von Tieren, Pflanzen und Menschen überhaupt erst ermöglichte, haben Forschende von vier Universitäten viele Jahre diskutiert, bis sie nun eine Erklärung fanden. „Anfangs wuchsen die Proteine und die proteincodierenden Gene gleichermaßen“, erklärt Dr. Enrique Muro, Computerbiologe an der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU). Die Lösung der Evolution: Sie baute in die Gen-Baupläne nicht-codierende Bereiche ein, also solche, die keine Protein-Informationen enthalten. Während das Wachstum des durchschnittlichen Proteins bei einer Länge von 500 Aminosäuren stagnierte, konnten die Gene auf diese Weise weiterwachsen – und zwar exponentiell, wie das Team der JGU, der Universität Valencia, der Polytechnischen Universität Madrid und der Universität Zürich, theoretisch und anhand von Beobachtungen im Fachjournal PNAS im Februar beschrieb und heute der Öffentlichkeit mitteilte. Das Wachstum der Gene hält bis heute an. Die Forschenden konnten ebenfalls vorhersagen, wie sich die Länge der codierenden Gene zukünftig entwickeln wird.

1Wie sich die Beziehung zwischen mittlerem Jahresniederschlag und der Biomasse im Grünland durch die Zugabe von einem oder mehreren Nährstoffen verändert, zeigt eine neue, im Fachmagazin PNAS erschienene Studie. Darin zeigen die Forschenden, dass Niederschlag und Nährstoffverfügbarkeit die wichtigsten Einflussfaktoren für die Pflanzenbiomasse sind, Auswirkungen der Pflanzenvielfalt auf die Biomasse sind hingegen gering. Für die Studie hatten die Forschenden Messungen der oberirdischen Pflanzenbiomasse sowie der Artenvielfalt auf 71 Grünlandflächen auf sechs Kontinenten durchgeführt. Dazu gehörten sowohl natürliche als auch kultivierte Flächen, die sich hinsichtlich Bodenbeschaffenheit, Nährstoffgehalt und Bewirtschaftung unterschieden. An der globalen Analyse, die vom US-Landwirtschaftsministerium geleitet wurde, waren auch Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) sowie der Universität Leipzig beteiligt.

Die für den Leipziger Auwald und andere deutsche Eichenwälder typischen Stieleichen können sich wegen Lichtmangels im Unterwuchs kaum noch verjüngen. Ein Grund dafür sind fehlende Überflutungen in Auwäldern. Forschende der Universität Leipzig und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) haben in einem zweijährigen Eichenexperiment im Leipziger Auwald herausgefunden, dass das aktuelle Baumsterben in Folge von Dürren und Schädlingsausbreitung in Kombination mit einer Ausdünnung bestimmter Arten im Unterwuchs für die Eichenverjüngung genutzt werden kann, wie sie im Fachmagazin Forest Ecology and Management berichten. 

Ein Forschungsteam hat das Genom historischer Kartoffelsorten entschlüsselt und eine effizientere Methode für künftige Analysen entwickelt. Da das Genom der Kartoffel in jeder Zelle vier Genome anstatt nur zwei enthält, ist die kreuzungs-basierte Züchtung vergleichsweise herausfordernd. Einem Team um Professor Korbinian Schneeberger, Leiter der Forschungsgruppe „Genome Plasticity and Computational Genetics“ an der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) und dem MPI für Pflanzenzüchtungsforschung, ist nun ein wichtiger Fortschritt gelungen: Wie die Forschenden im Fachmagazin Nature berichten, konnten sie das Genom von zehn historischen Kartoffelsorten rekonstruieren und benutzten dieses Wissen, um weitere Kartoffelgenome bedeutend einfacher und schneller rekonstruieren zu können. Die ohnehin wenigen ab dem 16. Jahrhundert aus Südamerika importierten Kartoffellinien hatten einen reduzierten Genpool. Überraschenderweise zeigte die Studie, dass die Unterschiede zwischen einzelnen Chromosomen-Kopien enorm sein können.

Wenn sich Menschen und Wildtiere in der afrikanischen Savanne einen Lebensraum teilen, müssen Entscheidungen getroffen werden, wie diese Landfläche zukünftig genutzt werden soll. An die Region angepasste, nachhaltige Bewirtschaftungsstrategien können helfen, die Bedürfnisse der Menschen vor Ort einzubeziehen und gleichzeitig die Ökosystemleistungen der Savanne zu erhalten, wie eine von der Universität Potsdam angeführte Studie im Fachmagazin Global Change Biology  zeigt. 

Deutschlands Wälder sind reich an Arten, Lebensräumen und genetischer Vielfalt. Wie groß dieser Reichtum ist und wie er sich entwickelt, wird bisher nur unzureichend erfasst. 25 Autorinnen und Autoren aus 17 Institutionen und Verbänden schlagen deshalb in einem Working Paper ein neuartiges Monitoring vor. Es soll Daten aus bestehenden Erhebungen integrieren, die Waldbewirtschaftung einbeziehen und so Aussagen zur Biodiversität im Wald ermöglichen, wie das Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei berichtet.

Ob als Schutz vor Wetterextremen oder als Erholungsraum – Grünanlagen haben für die Stadtbevölkerung eine wichtige Funktion. Wie genau sich insbesondere ein vielfältiger Baumbestand auf das Mikroklima, die Regenwasserversickerung und das menschliche Wohlbefinden auswirkt, zeigen Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) nun in zwei Studien. Ihre Ergebnisse haben sie in den Fachzeitschriften Sustainable Cities and Society und Scientific Reports veröffentlicht. 

Warum der Informationsaustausch zwischen Arten entscheidend ist für die Stabilität von Ökosystemen, zeigt eine neue Studie. Im Fokus steht das sogenannte „Internet der Natur“. Dieses Konzept zeigt, wie Lebewesen nicht nur Materie und Energie austauschen, sondern auch Informationen, die ihr Verhalten, ihre Interaktionen und die Dynamik von Ökosystemen entscheidend prägen. Die Studie geleitet von Dr. Ulrich Brose vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Friedrich-Schiller-Universität Jena, wurde in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht und bietet einen neuen Blick auf die verborgenen Mechanismen in der Natur.

Ursachen und Auswirkungen des Vordringens der Aufrechten Trespe (Bromus erectus), ein hochwüchsiges, mehrjähriges Gras, in Kalkmagerrasen haben Prof. Dr. Thomas Fartmann von der Universität Osnabrück mit weiteren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern im Kaiserstuhl im Südwesten Baden-Württembergs untersucht. Ihre nun in der Fachzeitschrift Journal of Environmental Management publizierte Studie ergab, dass trotz eines intensivierten Naturschutzmanagements die Bedeckung der Grasart in den vergangenen 40 Jahren stark zugenommen hat. Sie bedroht die artenreichen Kalkmagerrasen. Die Forschenden schlagen häufigeres Management und kürzere Ruheintervalle vor. 

Mineralablagerungen aus Tropfsteinhöhlen zeigen, dass das Landesinnere des heutigen Saudi-Arabiens im Lauf der letzten acht Millionen Jahre immer wieder und über kürzere Zeiträume feucht und grün war. Ein internationales Team unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz konnte mit Unterstützung der saudischen Kulturerbe-Kommission und des saudischen Kulturministeriums das Klima der Arabischen Wüste mit Hilfe von Isotopenanalysen rekonstruierten. Die Forschenden schlussfolgern in ihrer in Fachmagazin Nature erschienenen Studie, dass das ausgedehnte Trockengebiet zwischen Afrika und Eurasien nicht immer ein unüberwindbares Hindernis für Menschen und Tiere war. 

Könnte es sein, dass einer von nur drei bekannten Markern, die direkt auf die DNA abzielen, gar nicht außerhalb des Mikrobenreichs existiert? Forschende unter der Leitung von Xiaoqi Feng am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) haben jetzt nachgewiesen, dass dieser Marker – N4-Methylcytosin (4mC) – unerlässlich ist für die Entwicklung und Reifung der Spermien im Lebermoos Marchantia polymorpha, eine der ältesten existierenden Pflanzenformen und damit einem wichtigen Organismus in der Evolution von Pflanzen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht. Die vorliegende Studie wurde am Department of Cell and Developmental Biology des John Innes Centre in Norwich, Großbritannien, begonnen, bevor Xiaoqi Feng an das ISTA wechselte.

Oft fehlen in der natürlichen Vegetation Pflanzenarten, die aufgrund der ökologischen Gegebenheiten auf diesen Flächen eigentlich vorkommen müssten. Besonders hoch ist die sogenannte Dark Diversity in jenen Regionen, die stark vom Menschen beeinflusst sind. Dies geht aus einer internationalen Studie hervor, die von der estnischen Universität Tartu geleitet und unter Beteiligung u. a. des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) sowie der Universität Hamburg in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. 

Bisher haben Wälder jedes Jahr rund 7,8 Milliarden Tonnen CO₂ aufgenommen – etwa ein Fünftel der menschengemachten Emissionen. Doch ihre Fähigkeit, Kohlenstoff zu speichern, ist zunehmend durch den Klimawandel und menschliche Eingriffe wie Abholzung gefährdet. Eine neue Studie des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK), heute in Nature Communications veröffentlicht, zeigt, dass Klimastrategien die möglicherweise abnehmende Fähigkeit der Wälder CO₂ zu binden berücksichtigen müssen. Andernfalls könnte das Erreichen der Pariser Klimaziele erheblich schwieriger, wenn nicht unmöglich werden – und deutlich teurer. 

Ein Forschungsteam konnte Ruhestadien einer Alge wiederbeleben, die vor fast 7000 Jahren zum Grund der Ostsee gesunken waren. Trotz jahrtausendelanger Inaktivität im Sediment ohne Licht und Sauerstoff erlangte die untersuchte Kieselalgenart ihre volle Lebensfähigkeit zurück. Die kürzlich unter Federführung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) im Januar im ISME-Fachjournal publizierte Studie wurde im Rahmen des durch die Leibniz-Gemeinschaft geförderten Verbundprojektes PHYTOARK durchgeführt, das mittels paläoökologischer Untersuchungen der Ostsee-Vergangenheit die Ostsee-Zukunft besser verstehen will.

Warum wachsen manche Pflanzen in bestimmten Regionen und in anderen nicht? Eine internationale Studie hat die Faktoren untersucht, welche die Verbreitung von Samenpflanzen beeinflussen und wie sich diese Muster im Laufe der Jahrmillionen verändert haben. Die Forschung unterstreicht, dass Umweltbedingungen und geografische Barrieren verschiedene Pflanzenarten unterschiedlich stark beeinflussen und damit die globale Pflanzenvielfalt zu einem hohen Maß mitgestalten. Die Ergebnisse unter Leitung der Universität Göttingen wurden im November 2024 in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt.

Um nachhaltige Landwirtschaft zu fördern, hat die EU im Rahmen ihrer Gemeinsamen Agrarpolitik (GAP) Agrarumwelt- und Klimamaßnahmen (AUKMs) entwickelt. Sie sollen Landwirtinnen und Landwirte anregen, Maßnahmen zu Biodiversität, Ökosystemleistungen und Klimaschutz auf ihren Flächen zu integrieren. Die neue GAP-Gesetzgebung von 2023 hebt die Bedeutung innovativer Ansätze, wie kooperativen AUKMs hervor, doch die Teilnahmebereitschaft dazu ist noch unklar. Deshalb haben Forschende der Universitäten Göttingen und Kassel im Rahmen des Forschungsprojektes „KOOPERATIV – Biodiversität auf der Landschaftsebene fördern“ Faktoren identifiziert, die Landwirtinnen und Landwirte dazu motivieren, sich an kooperativen AUKMs zu beteiligen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Earth Stewardship veröffentlicht.

Der Mensch beeinträchtigt die Biodiversität weltweit und in hohem Ausmaß. Nicht nur die Artenzahlen nehmen ab, auch die Zusammensetzung der Artengemeinschaften verändert sich. Das zeigt eine im Fachmagazin Nature erschienene Studie der Universität Zürich (UZH) und der Eawag. Es handelt sich um eine der größten je durchgeführten Untersuchungen zu diesem Thema.

Nitrat, Pestizide, Metalle, Plastik – Böden in der Landwirtschaft enthalten häufig Schadstoffe. Gibt es nachhaltige und klimaneutrale Lösungen, um die Bodengesundheit von Agrarflächen zu verbessern und zu fördern? Ja, sagt ein Forschungsteam des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ). Bestimmte Pflanzenarten könnten als Zwischenfrüchte zur Phytosanierung eingesetzt werden zum Entfernen von Schadstoffen aus dem Boden. In ihrem im Fachmagazin Trends in Plant Sciences veröffentlichten Artikel tragen die Forschenden Ergebnisse aus mehr als 100 wissenschaftlichen Studien zusammen und zeigen, welche Pflanzen sich nach bisherigem Kenntnisstand eignen, Schadstoffe zu entfernen oder im Wurzelraum zu fixieren.

Ein Wald mit hoher Baumartenvielfalt kann Hitzewellen im Sommer und Kältewellen im Winter besser abpuffern als ein Wald mit weniger Baumarten. Dies ist das Ergebnis einer Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), der Universität Leipzig und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Studie wurde in einem großen Freilandexperiment mit gepflanzten Bäumen in China durchgeführt und in der Zeitschrift Ecology Letters veröffentlicht. Sie liefert ein weiteres Argument für die Diversifizierung von Baumarten, insbesondere angesichts des fortschreitenden Klimawandels.

Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii hat - wie viele biologische Zellen - feine, haarähnliche Fortsätze auf ihrer Oberfläche, sog. Zilien, die ihnen beispielsweise zur Fortbewegung oder zur Erkennung von Signalen dienen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Münster, Potsdam und Italien haben nun die Schutzschicht aufgeklärt, die diese Zilien umgibt. Dabei identifizierten sie die Glykoproteine FMG1B und FMG1A als Hauptbestandteile, wobei sich FMG1A als eine zuvor unbekannte Variante von FMG1B herausstellte, wie sie im Fachmagazin Advanced Science berichten. Biochemisch ähneln die beiden Glykoproteine den bei Säugetieren vorkommenden Schleimproteinen, sogenannten Mucinen. „Diese Entdeckung erweitert unsere Kenntnis darüber, wie Zellen die direkte Interaktion mit ihrer Umgebung regulieren“, unterstreicht Pflanzenbiotechnologe Prof. Dr. Michael Hippler von der Universität Münster. „Wir erhalten zudem Hinweise darauf, wie ähnliche Schutzmechanismen bei anderen Organismen funktionieren könnten.“, ergänzt Dr. Adrian Nievergelt vom Max-Planck-Institut für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam.

Forschende haben ein verborgenes Talent des Caspary-Streifens entdeckt - einer Wurzelstruktur, die vor allem als Pförtner der Pflanze bekannt ist. Wie sich herausstellte, spielt diese natürliche Barriere auch eine Schlüsselrolle dabei, dass Hülsenfrüchte die richtige Menge Stickstoff von ihren bakteriellen Partnern erhalten. Seit mehr als einem Jahrhundert ist der Caspary-Streifen als Türsteher der Wurzel bekannt; diese Studie zeigt jedoch, dass er eine zweite Funktion hat: Er reguliert den empfindlichen Stoffwechsel zwischen Pflanzen und Bakterien. Die jetzt vom Team des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ), der Universität zu Köln und der Universität Kopenhagen Im Fachjournal Science veröffentlichten Ergebnisse könnten Forschenden helfen, besser zu verstehen, wie Pflanzen und Mikroben ihre unterirdischen Geschäfte aushandeln.

Eine Studie in Nature zeigt, dass sogenannte konservative Arten, die Nährstoffe, Wasser und Energie am effizientesten nutzen, unter realen Bedingungen im Allgemeinen schneller wachsen als akquisitive, angeblich schnell wachsende Arten. Um zu ermitteln, welche Baumarten am meisten Kohlenstoff binden, hat ein internationales Forschungskonsortium, darunter Forschende vom Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig, der Universität Leipzig und dem Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ), untersucht, welche Merkmale oder funktionellen Eigenschaften das Wachstum und damit die CO₂-Sequestrierung in der Biomasse von Bäumen begünstigen. Dazu hatte das Team das Wachstum von 223 Baumarten, die in 160 Wäldern auf der ganzen Welt gepflanzt wurden, untersucht, wobei alle wichtigen Waldbiome – große Gemeinschaften von Pflanzen und Tieren die durch Klima und Region definiert sind – vertreten waren: Tundren, Wüsten, Savannen, gemäßigte Wälder, tropische Wälder, boreale Wälder, Graslandschaften und das mediterrane Biom. Die Ergebnisse tragen zu einem besseren Verständnis bei, welche Bäume das größte Potenzial zur Minderung der CO₂-Emissionen haben.

Eine neue Studie, veröffentlicht in Agriculture, Ecosystems and Environment, zeigt, dass Schädlinge wie der Herbst-Heerwurm (Spodoptera frugiperda) und Engerlinge (Holotrichia serrata) in den kommenden Jahrzehnten erhebliche Auswirkungen auf den Maisanbau in Nigeria haben könnten. Forschende, unter anderem vom Leibniz-Zentrum für Agrarlandschaftsforschung (ZALF), nutzten agro-ökosystemische Modellierungen, um erstmals umfassend darzustellen, wie sich Schädlingsrisiken unter verschiedenen klimatischen Bedingungen entwickeln, und um wirtschaftliche Schätzungen zu den Ernteverlusten zu liefern.

Ein neuartiger Wirkstoff schützt Pflanzen zuverlässig vor dem am häufigsten auftretenden Virus in Landwirtschaft und Gartenbau: dem Gurkenmosaikvirus. Entwickelt wurde der Wirkstoff von Forschenden der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) um Prof. Dr. Sven-Erik Behrens. Er besteht aus RNA-Bausteinen, die das Immunsystem der Pflanzen beim Kampf gegen das Virus unterstützen. Auch bei einer hohen Virenlast überlebten 80 bis 100 Prozent der behandelten Pflanzen eine Infektion im Labor, wie sie im Fachmagazin Nucleic Acids Research berichten. Die Arbeit wurde vom Journal als Breakthrough Article eingestuft und das Team arbeitet nun daran, die Idee vom Labor in die Praxis zu übertragen.

Werden Pflanzen von krankmachenden Bakterien befallen, leiten sie die Signale vom Ursprungsort an der Blattoberfläche über chemische und elektrische Signale ins Innere weiter und stellen sich auf Verteidigungsmodus um. Um herauszufinden, wie und wo die Wahrnehmung eines Bakterienkontaktes in elektrische Signale umgewandelt wird, untersuchte ein Forschungsteam um PD Dr. Alexandra Furch von der Uni Jena, wie der äußere Reiz weitergeleitet wird. Dabei entdeckten die Forschenden zwei verschiedene Arten elektrischer Wellen, die sowohl die lokale als auch die systemische Abwehrreaktion von Pflanzen triggern. Das berichtet das Team in einer im Februar erschienenen Studie im Fachmagazin Science Advances. Eine weitere neue Erkenntnis ist, dass sog. Verschlussproteine in den Leitbahnen bei der Abwehrantwort in den beiden untersuchten Pflanzenarten (Arabidopsis thaliana und Vicia faba) eine Rolle spielen. Diese Erkenntnisse könnten genutzt werden, um Pflanzen mit größerer eigener Resistenz auszustatten und somit den Einsatz von Pflanzenschutzmitteln zu reduzieren.

Von 1972 bis 2022 erforschten Wissenschaftler*innen in Großbeeren, wie sich verschiedene Düngestrategien auf die Gemüse- und Bodenqualität auswirken. In der Kastenparzellenanlage in Großbeeren wurde eines der weltweit längsten Düngungsexperimente mit Gemüse durchgeführt. Die erhobenen und nun von Forschenden des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) veröffentlicht Daten sind im „BonaRes Repositorium für Boden- und Agrarforschungsdaten“ frei zugäng und unterstützen eine nachhaltige Bodenbewirtschaftung sowie einen umweltfreundlicheren Freilandgemüsebau.

Im vergangenen Jahrzehnt setzten Extremereignisse wie Hitze, Trockenheit, Stürme und Schadorganismen dem Schweizer Wald stark zu. Damit der Wald seine Funktionen für Mensch und Umwelt künftig erfüllen kann, muss er an den Klimawandel angepasst werden. Dies zeigt der Waldbericht 2025 des Bundesamtes für Umwelt BAFU und der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL).

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben Chlamydomonas reinhardtii, eine einzellige grüne Mikroalge, mit magnetischem Material beschichtet. Dieser Miniaturroboter wurde auf die Probe gestellt: Würde die Mikroalge mit ihrer magnetischen Beschichtung in der Lage sein, durch enge Räume zu schwimmen – und als wäre das nicht schon Herausforderung genug – durch eine zähe Flüssigkeit, wie sie etwa im menschlichen Körper vorkommt? Würde sich der winzige Roboter unter diesen schwierigen Bedingungen seinen Weg bahnen können? Die Forschungsergebnisse des Teams des Max-Planck-Instituts für Intelligente Systeme wurden nun in der Zeitschrift Matter veröffentlicht.

Mit dem internationalen „Tag des Waldes“ am 21. März machen die Vereinten Nationen auf die Bedeutung von Wäldern aufmerksam – weltweit mehren sich Konflikte um den bedrohten Lebensraum. Auch in Deutschland verschärfen sich Debatten um die Waldnutzung. Sie werden nicht zuletzt durch den Klimawandel angefeuert. Das ISOE – Institut für sozial-ökologische Forschung hat jetzt mit Ansätzen der Mediation eine Methode entwickelt und erprobt, um solche Konflikte um den Wald konstruktiv zu bearbeiten: Sie bringt alle Interessengruppen an einen Tisch. Die Ergebnisse wurden im Fachjournal Forest Policy and Economics veröffentlicht.

Neue Forschungsergebnisse widersprechen der These, die Zerschneidung von Lebensräumen fördere die Artenvielfalt. Damit unterstreichen sie die Bedeutung großflächiger, miteinander verbundener Lebensräume. Die Forscherinnen und Forscher untersuchten 4.006 Arten von Tieren und Pflanzen an 37 Standorten auf der ganzen Welt. Mit den Daten verglichen sie die Unterschiede in der Artenvielfalt zwischen zusammenhängenden und fragmentierten Landschaften. Die Ergebnisse zeigen, dass fragmentierte Landschaften im Durchschnitt 13,6 % weniger Arten auf der kleinen Lebensraum-Ebene und 12,1 % weniger Arten auf der Landschaftsebene hatten. Die Ergebnisse von Forschenden nter Leitung der University of Michigan (U-M), des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) wurden in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Die globale Nahrungsmittelversorgung hängt von einer erfolgreichen Landwirtschaft und damit verbunden auch von dem gezielten Schutz der Nahrungspflanzen gegenüber Pflanzenkrankheiten ab. Forschende der RWTH Aachen, der Australian National University (Canberra) und der Louisiana State University fanden heraus, wie pilzliche Pathogene gezielt eine Stressreaktion von Pflanzen ausnutzen. Gemeinsam konnten die Forschenden zeigen, dass es sich dabei um einen generellen Virulenzmechanismus verschiedener Krankheitserreger auf unterschiedlichen Wirtpflanzen handelt. Die Ergebnisse dieser Studie gelten also für verschiedene Nahrungspflanzen, wie Reis oder Mais, und für eine ganze Gruppe pflanzenpathogener Pilze und wurden im Februar in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Duftstoffe von Blüten wirken nicht nur über die Luft, sondern auch als Geschmacksstoffe im Nektar. Das hat ein deutsch-US-amerikanisches Forschungsteam unter Leitung der Universität Ulm herausgefunden. Es konnte zeigen, dass Springkraut-Blüten Hummeln mit einem ausgeklügelten chemischen Leitsystem zum Nektar führen. Mit dieser raffinierten Strategie verhindern die Pflanzen auch, dass die Insekten nur den Nektar stehlen, ohne ihre Arbeit als Bestäuberinnen zu verrichten. Die Ergebnisse der Studie wurden im Fachjournal Current Biology veröffentlicht.

Chlorhaltige Chemikalien sind aus unserem Alltag nicht wegzudenken. Allerdings ist die Chlorierung, also der Einbau von Chlor in Verbindungen, schwierig und oft eine Belastung für Mensch und Umwelt, aber kaum zu ersetzen. Ein Team um die Chemikerin Tanja Gulder von der Universität des Saarlandes hat nun eine Entdeckung gemacht, die der umweltverträglichen Chlorierung von chemischen Verbindungen, wie z.B. Kunststoffen oder Arzneistoffen, den Weg bereiten könnte – dank der Blaualge. Ihre Methode wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

In arktischen Fjorden erhöht Gletscherschmelze, die durch den Klimawandel verursacht wird, den Schwermetallgehalt und verändert das Mikrobiom von lebensraumbildenden Braunalgen. Das haben Forschende der Universität Bremen herausgefunden und in Scientific Reports veröffentlicht. Da Algen die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden, kann dies kaskadenartige ökologische und auch wirtschaftliche Folgen haben.

Wie haben frühe Landpflanzen die Herausforderungen ihrer neuen Umgebung gemeistert? Und wie haben Pflanzen es geschafft, trotz der Stressoren an Land eine immense Artenvielfalt zu entwickeln? Dazu haben Forschende unter Leitung der Universität Göttingen neue Erkenntnisse gewonnen: Sie verglichen Algen und Landpflanzen, die 600 Millionen Jahre unabhängiger Evolution durchlaufen haben, und entdeckten genetisch ähnliche Stressreaktionen. Dazu hatten die Forschenden Hunderte Proben von Moos- und Algenkulturen genutzt, die Umweltstressoren ausgesetzt waren. Mit Hilfe fortschrittlicher bioinformatischer Methoden erhielten sie ein umfassendes Bild davon, wie die Organismen über einen Zeitraum von mehreren Stunden auf die Herausforderungen dynamisch reagierten. Weitere Analysen offenbarten ein gemeinsames Netzwerk der Genregulation, also ähnliche genetische Mechanismen zur Steuerung der Genaktivität. Die Ergebnisse hat das Team um Tim Rieseberg und Prof. Dr. Jan de Vries in einem umfassenden Datensatz festgehalten und in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Wie Pflanzen Partnerschaften mit Pilzen steuern, hben Forschende entschlüsselt und sich dabei folgende Fragen gestellt: Wie entstehen Symbiosen zwischen Pflanzen und Pilzen? Wie entscheiden Pflanzen, ob sie eine Partnerschaft mit Pilzen eingehen oder nicht? Das Team um Professorin Dr. Caroline Gutjahr, Direktorin am Max-Planck-Institut (MPI) für molekulare Pflanzenphysiologie in Potsdam, bringt mit neuen Erkenntnissen Licht in die unterirdische Partnerbeziehung von Pflanzen, genauer was mit einer Symbiose passiert, wenn die Pflanze Stresshormone produziert. "Endlich wissen wir, was passiert, wenn sich Pflanzen für oder durch Ethylenbildung gegen diese Partnerschaft entscheiden,“ sagt Gutjahr.
Entgegen der gängigen Vermutung löst Ethylen keine Abwehr durch das pflanzliche Immunsystem gegen den Pilz aus, sondern kurbelt die Ansammlung eines zentralen Steuerungsproteins an, genannt SMAX1. Die im Fachjournal Nature Communications erschienenen Ergebnisse könnte zu einer neuen Landwirtschaft beitragen, in der Pflanzen und Pilze gemeinsam betrachtet werden.

Erstmals haben Forschende eine umfassende globale Analyse von Oasen erstellt, denn ökologisch betrachtet sind Oasen ‚Hotspots‘ der Biodiversität. Sie stellen isolierte Rückzugsorte für zahlreiche Pflanzen- und Tierarten sowie vielfältige Nutzpflanzen dar. Basierend auf 1.657 Forschungsarbeiten wurden 1.344 Oasen in 30 Ländern identifiziert, die allein in Asien und Nordafrika rund 400 Millionen Menschen eine Lebensgrundlage bieten. Trotz ihrer ökologischen und kulturellen Relevanz sind weniger als 0,5 Prozent dieser Areale geschützt, obwohl zahlreiche dort beheimatete Tierarten bedroht sind. Die Forschenden fordern, Oasen im globalen Naturschutz, insbesondere im Rahmen des „30 × 30“-Ziels, zu berücksichtigen. Sie betonen die Notwendigkeit einer nachhaltigen Bewirtschaftung unter Einbeziehung lokaler und indigener Gemeinschaften. Die Studie haben die Forschenden u.a. der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung im Fachjournal PeerJ veröffentlicht.

Transposone, springende Gene, sind eine Gefahr für das Genom. Deshalb verhindern im Pflanzen im Gegenzug, dass springende Gene mobil werden und sich erneut in das Genom einfügen. Spirodela polyrhiza, der älteste Vertreter der Wasserlinsengewächse, nutzt einen bisher wenig untersuchten epigenetischen Mechanismus zur Markierung von „alten“ Transposonen ohne DNA-Methylierung, wie Forschende aus der Gruppe von Arturo Marí-Ordóñez am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) in einer neuen Studie zeigen, die in Genome Research veröffentlicht wurde.

Keimen oder nicht keimen? Bei Pflanzen entscheidet der richtige Zeitpunkt, ihren Lebenszyklus zu beginnen, über ihre Wachstumschancen. Die molekularen Mechanismen, die die Aufhebung der winterlichen Samenruhe steuern, sind bislang wenig erforscht. Ein Team unter der Leitung von Dr. Guillaume Née und Prof. Dr. Iris Finkemeier am Institut für Biologie und Biotechnologie der Pflanzen der Universität Münster hat nun gezeigt, wie eine zentrale evolutionäre Anpassung es Samen ermöglicht, den Zeitpunkt der Keimung präzise zu regulieren. Dabei gelingt es den Samen zu keimen und gleichzeitig umweltbedingten Stress zu tolerieren, also ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber ungünstigen Bedingungen zu erhalten. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Was bedeutet eine Wirtschaft ohne fossile Rohstoffe wie Öl und Gas? Die logische Antwort ist, dass wir Wertschöpfung nahezu ausschließlich mit nachwachsenden Ressourcen schaffen müssen. Diese sogenannte Bioökonomie stellt uns lokal bis weltweit vor große Herausforderungen. Forschende des Leibniz-Instituts für Agrartechnik und Bioökonomie aus Potsdam (ATP-Potsdam) veröffentlichten kürzlich ein Review im Biofuel Research Journal, das gängige Modelle der Bioökonomie zu einem umfassenden Konzept vereint. Sie beschreiben darin, wie eine zirkuläre und nachhaltige Bioökonomie innerhalb der planetaren Grenzen aussehen könnte. Ein wesentlicher Teil dieser Vision sind smarte, integrierte Bioraffinerien.

Im Rahmen einer aktuellen Studie haben Forschende ein Rätsel einer längst vergangenen Zeit entschlüsselt. Sie untersuchten, wie sich Leben auf der frühen Erde entwickelt haben könnte. Demnach scheint - anders als bislang angenommen - biologisch verfügbarer Stickstoff kein limitierender Faktor gewesen zu sein. An der im Fachmagazin Nature Communications erschienenen Studie waren auch Forschende der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) beteiligt.

Auch bei Pflanzen gibt es ein Zuviel des Guten. Bei erhöhten Stickstoffwerten, etwa durch übermäßigen Düngereinsatz, werden sie anfälliger für bestimmte Krankheiten. Eine Gruppe Forschender mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) hat nun neue Ansätze zur Beantwortung der Frage nach dem Warum gefunden. Sie konnten ein kleines Protein (Peptid) identifizieren, das in der Immunabwehr der Pflanze gegen bestimmte Bakterien wirkt. Bei hoher Stickstoffzufuhr ist dieser Effekt jedoch eingeschränkt, legen sie im Fachmagazin Nature Communications dar.

Wie eine endophytischer Pilzes der Gattung Cladosporium die Verteidigung von Schwarzpappeln gegen pflanzenfressende Insekten beeinflusst, stellen Forschende des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie und der Universität Kiel berichten in der Fachzeitschrift Ecology Letters vor: Der im Blattinneren lebende Pilz steigert nicht nur die Produktion von Abwehrstoffen der Bäume, sondern produziert auch selbst ein Alkaloid, das die Bäume vor Fraßschäden schützt. Das Forschungsteam konnte darüber hinaus in Feldstudien zeigen, dass die Anwesenheit des Pilzes die Zusammensetzung der Insektengemeinschaften in jungen Schwarzpappeln beeinflusst. So scheiden auf den Bäumen lebende Blattläuse womöglich den Abwehrstoff des Pilzes in ihrem Honigtau aus und werden infolgedessen weniger von Ameisen besucht.

Warum in artenreichen Wäldern so viele Baumarten koexistieren und wie dies mit bestimmten räumlichen Mustern der Baumarten zusammenhängt, wird in der Ökologie schon länger diskutiert. Die Klärung der Frage ist wichtig, weil sich daraus wertvolle Rückschlüsse zur Stabilität von artenreichen Wäldern gewinnen lassen. Ein internationales Wissenschafts-Team unter Leitung des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) hat unerwartete Muster in der räumlichen Verteilung von Baumarten entdeckt und in Nature veröffentlicht. Um die Koexistenz von Baumarten zu sichern, setzen tropische und gemäßigte Wälder erfolgreich auf entgegengesetzte Strategien, die auf der Clusterung von Bäumen und der Häufigkeit von Baumarten beruhen. Die Ergebnisse publizierte sas Team in Nature.

Wälder mit einer Vielfalt an Baumarten können deutlich mehr Kohlenstoff binden als solche, die nur aus einer Art bestehen. Eine internationale Studie unter Leitung der Universität Freiburg, veröffentlicht in Global Change Biology, belegt dies mit Daten aus dem weltweit ältesten Experiment zur tropischen Baumvielfalt, dem Sardinilla-Experiment, das Teil von TreeDivNet ist. Die Forschenden konnten zeigen, dass Wälder, die aus fünf Baumarten bestehen, erheblich größere oberirdische Kohlenstoffspeicher und größere oberirdische Kohlenstoffflüsse – also einen größeren Austausch zwischen den Kohlenstoffspeichern – aufweisen als Monokulturen. Die Studie verdeutlicht die Vorteile artenreicher Mischwälder für Aufforstungen und Klimaschutz.

Pflanzen stellen verschiedenste chemische Stoffe her, um sich damit beispielsweise gegen Fressfeinde oder Krankheitserreger zu schützen. Viele Nachtschattengewächse bilden beispielsweise sogenannte Withanolide – eine vielfältige Gruppe von Steroiden mit gesundheitsrelevanten Eigenschaften. Die Biosynthese dieser Stoffe und deren Regulation sind bisher noch kaum erforscht. Das Forschungsteam um Professor Claude Becker, Genetiker an der Fakultät für Biologie der Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU), hat nun gemeinsam mit anderen einen Gencluster entdeckt, der für die Synthese der Withanolide in der Erdkirsche (Physalis grisea) verantwortlich ist. Die Studie wie die Produktion pharmazeutisch relevanter Stoffe in Nachtschattengewächsen funktioniert und epigenetisch reguliert wird ist kürzlich im Fachmagazin PNAS erschienen.

Winzige Algen verdunkeln die Oberfläche der Gletscher und beschleunigen so deren Abschmelzen – beispielsweise auf dem Grönländischen Eisschild, das eine wichtige Rolle für unser Klima spielt und wegen dessen Erwärmung ohnehin schon immer schneller abschmilzt. Nun zeigt eine im Fachmagazin Nature Communications veröffentlichte Studie des Bremer Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie und der Universität Aarhus, dass die Eisalgen äußerst effizient wachsen, obwohl ihnen auf dem Eis kaum Nährstoffe zur Verfügung stehen. Die neuen Erkenntnisse könnten genutzt werden, die Algen besser in Modelle zur Vorhersage der Eisschmelze einzubinden – und damit auch deren Auswirkungen auf das globale Klima besser darzustellen.

Viele Bakterien, die auf gesunden Pflanzenwurzeln leben, können die Immunreaktionen der Pflanzen unterdrücken. Durch die Immunsuppression werden Bakteriengemeinschaften an Wurzeln, die sogenannte Wurzelmikrobiota, gegen den Einfluss durch das pflanzliche Immunsystem geschützt. Das zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in einem Artikel im Fachmgagazin Nature Plants.

Wie lässt sich der Verlust von Arten und Lebensräumen in Agrarlandschaften stoppen? Bisher wurden Maßnahmen dazu meist von einzelnen landwirtschaftlichen Betrieben umgesetzt. Im Gegensatz dazu bieten Agrarumweltmaßnahmen, die betriebsübergreifend auf Landschaftsebene geplant werden, größere Potenziale für unterschiedliche Arten passende Lebensräume als Mosaik in der Landschaft zu schaffen. Erfolgreicher Agrarnaturschutz auf Landschaftsebene erfordert aber auch die Zusammenarbeit der landwirtschaftlichen Betriebe und weiterer Beteiligter aus Gemeindeverwaltung, Politik und Naturschutz. Deshalb zeigen Forschende der Universität Göttingen essenzielle Schlüsselfaktoren, die einen gelungenen Agrarnaturschutz auf Landschaftsebene begünstigen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift People and Nature erschienen.

Pflanzenschutzmittel werden vor allem in der Landwirtschaft eingesetzt, um Schädlinge zu kontrollieren. Dabei können sie jedoch auch viele nützliche Tier-, Pflanzen- und Pilzarten schädigen, die gar nicht Ziel der Bekämpfung sind. Wie tiefgreifend und bislang unbekannt die tatsächliche Wirkung unterschiedlicher Pestizide auf eine Vielzahl an Organismengruppen ist, zeigt eine internationale Metastudie unter Beteiligung des Leibniz-Instituts zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB). Für die Meta-Studie haben Forschende aus der ganzen Welt seit über zehn Jahren 1.705 wissenschaftliche Arbeiten auf Basis übergreifender Datenerfassungs- und Analysestandards zusammengetragen. Das Wissen, das aus der quantitativen Synthese abgeleitet werden kann, sei unerlässlich, um national und international einen Rahmen für einen kritischen Umgang mit Pflanzenschutzmitteln zu schaffen, unterstreichen die Autorinnen und Autoren. Die Synthese wurde im Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Forschende haben die Struktur eines Gerstenproteins entschlüsselt, das Immunität gegen den Befall mit dem Mehltau-Pilz vermittelt. Dazu haben die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln die Struktur eines Immunrezeptors namens MLA13 im Komplex mit seinem korrespondierenden Pilz-Effektor AVRA13-1 bestimmt und in der Fachzeitschrift EMBO Journal veröffentlicht. Die Forschenden um Paul Schulze-Lefert vom MPIPZ, Elmar Behrmann von der Universität zu Köln und Jijie Chai von der Westlake University in Hangzhou, China, nutzten dazu die Kryo-Elektronenmikroskopie (Kryo-EM). Die Erkenntnisse aus der Studie könnte Wissenschaftler*innen helfen, Gerste und verwandte Arten wie Weizen widerstandsfähiger gegen diese Krankheit zu machen.

Wie Arabidopsis-Pflanzen die Feinsteuerung einer wichtigen Immun-Signalmaschinerie übernehmen, die einen schnellen, aber begrenzten Tod der Wirtszellen nach der Erkennung von Krankheitserregern bewirkt, zeigen Forschende im Fachmagazin Nature. Huang, Wang, Song, Jia und ihre Kollegen aus den Gruppen von Jijie Chai (Westlake University, Hangzhou, China) und Jane Parker vom Max Planck Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ, Köln) untersuchten, wie eine zentrale Immunsignal-Maschinerie, den EDS1-SAG101-NRG1-Knoten, präzise steuern. Diese fein abgestimmte Regulation ermöglicht eine schnelle, aber kontrollierte Wirtszelltod-Reaktion nach der Erkennung von Krankheitserregern. Die Ergebnisse liefern wichtige Erkenntnisse über die Regulation des pflanzlichen Immunsystems.

Um die Probleme des Klimawandels zu lösen, müssen wir verstehen, wie sich Pflanzen an unterschiedliche Bedingungen anpassen. Eine Studie im Fachmagazin Current Biology verknüpft nun Klimadaten mit genetischer Variation und erklärt, wie sich das Lebermoos Marchantia polymorpha an unterschiedliche Klimabedingungen anpasst. Dazu erstellten die Forschenden eine populationsgenomische Datenbank. Durch die Verknüpfung dieser Datenbank mit einem weltweiten Klimadatensatz konnten die Wissenschaftler*innen das genetische Profil jeder Teilpopulation mit dem lokalen Klima in Beziehung setzen. Die neue Datenbank der Gruppen von Liam Dolan und Frédéric Berger vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) zur Populationsgenomik ist die erste ihrer Art für Marchantia polymorpha und bietet Forschenden weltweit eine leistungsstarke Plattform zur Untersuchung der genetischen Variabilität.

Die neu entdeckte Algenart Streptofilum arcticum hat eine potenziell besonders flexible Zellwand: Bei Wassermangel schrumpft die Algenzelle und ihre Zellwand; steht der Zelle wieder mehr Wasser zur Verfügung, dehnt sich die Zellwand aus, ohne dass die Zelle dabei Schaden nimmt. Diese Funktion erklärt den evolutionären Übergang vom Wasser ans Land und verschafft den Algen Vorteile bei der Klimaanpassung. Nachgewiesen haben die Forschenden die neue Algenart bisher in der arktischen Tundra auf Spitzbergen sowie in Dünen an der Ostseeküste. Ein internationales Forschungsteam unter Führung der TU Bergakademie Freiberg sowie der Universitäten Rostock und Innsbruck, und dem Nationalen Akademie Institut in Kiew beschreibt die Art und ihre Zellfunktionen erstmals im Fachjournal Environmental Microbiology. „Diese Algen haben potenziell eine besonders flexible Zellwand, welche sich in ihrer Feinstruktur deutlich von den Zellwänden anderer Grünalgen unterscheidet", sagt Juniorprofessorin Karin Glaser vom Institut für Biowissenschaften der TU Bergakademie Freiberg. Die Zellfunktionen sorgen dafür, dass sich Streptofilum an extreme Umweltbedingungen anpassen kann: Die Alge überlebt in trockenen, kalten Böden der Arktis und kann nach Trockenperioden schnell wieder aktiv werden. Auch gegenüber Licht und Temperatur ist sie außergewöhnlich flexibel. Sie wächst sowohl bei schwachem Licht als auch unter starker UV-Strahlung und zeigt eine Temperaturtoleranz zwischen fünf bis 40 Grad Celsius. Dadurch ist die Alge in der Lage, Klimaveränderungen zu tolerieren und vermutlich auch den kommenden Herausforderungen zu trotzen. Diese Erkenntnisse helfen nicht nur, die Evolution der Landpflanzen besser zu verstehen. Sie können auch neue biotechnologische Anwendungen inspirieren, beispielsweise um algenbasierte UV-beständige Substanzen für Bio-Sonnenschutzmittel zu entwickeln, die Korallen und Meere nicht belasten wie die bisher verwendeten chemischen Verbindungen.

Welche Maßnahmen sind dazu geeignet, Insekten in typisch fränkischen Landschaften bessere Lebensbedingungen zu bieten? Diese Frage hat ein Forschungsteam der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) am Beispiel von 40 Kalkmagerrasen-Flächen in Nordbayern untersucht. Die im Fachjournal Proceedings of the Royal Society B veröffentlichte Studie zeigt, dass vor allem kleinere Ackerflächen und ökologisch bewirtschaftete Kulturen in der umgebenden Landschaft dazu geeignet sind, die Vielfalt und die Anzahl verschiedener wildlebender Insekten auf Naturschutzflächen positiv zu beeinflussen – einschließlich zahlreicher gefährdeter Arten.

In Deutschland angebaute Kichererbsen hat ein Forschungsteam auf Infektionen mit Pflanzenviren untersucht. Erstmalig konnten die Forschenden dabei nachweisen, dass das Superfood mit verschiedenen Pflanzenviren infiziert ist. Die Ergebnisse hat das Team um Pflanzenvirenforscher Dr. Björn Krenz vom Leibniz-Institut DSMZ-Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen GmbH in Braunschweig gemeinsam mit Experinnen und Experten des Julius Kühn-Instituts (JKI) und des Leibniz-Instituts für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) im Januar in der Fachzeitschrift Journal of Plant Diseases and Protection vorgestellt. Die Erkenntnisse der Studie sind ein wichtiger Schritt, um zukünftig widerstandsfähigere Kichererbsensorten zu entwickeln und integrierte Pflanzenschutzstrategien zu erarbeiten, ordnet das DSMZ heute ein.

Pflanzenzellen benötigen für ihre Stabilisierung einen inneren Druck – diesen verleihen ihnen die sogenannten Vakuolen, wassergefüllte, von einer Membran umschlossene Organellen. Wird die pflanzliche Zellwand beschädigt, droht die Vakuole zu reißen, wodurch die Zelle in weiterer Folge absterben würde. Die Gruppe von Yasin Dagdas am Gregor-Mendel-Institut (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften beschreibt nun einen bisher unbekannten Kontrollmechanismus, der die Integrität der Vakuole bei Schäden der Zellwand schützt. Die Forschungsergebnisse wurden am 7. Februar im Fachjournal Nature Plants veröffentlicht.

Der Photosynthese – wie sie vor allem Pflanzen betreiben – liegt eine besonders effiziente Energieumwandlung zugrunde. Eine Studie an der Professur für Dynamische Spektroskopien der Technischen Universität München (TUM) zeigt, dass quantenmechanische Effekte dabei maßgeblich sind. Das fand ein Team um Erika Keil und Prof. Jürgen Hauer durch Messungen und Simulationen heraus und publiszierte die heute der Öffentlichtkeit vorgestellten Ergebnisse im November im Fachmagazin Chemical Science. Die neue Studie zeigt, dass Quantenmechanik nicht nur etwas für Physiker ist, sondern auch eine Schlüsselrolle in der Biologie spielt. Die Anwendung dieser Erkenntnisse im Design künstlicher Photosyntheseeinheiten könnte dazu beitragen, die Sonnenenergie mit bislang unerreichter Effizienz für die Stromerzeugung oder für die Photochemie zu nutzen. ​

Jungpflanzen einiger tropischer Gehölze gewinnen Teile ihres Kohlenstoffs durch Pilze. Hierdurch könnten die Pflanzen im schattigen Unterwuchs die niedrige Kohlenstoffaufnahme durch Photosynthese kompensieren und so einen Wachstumsvorteil gegenüber anderen Pflanzen erhalten. Dazu haben die Forschenden mithilfe des technischen Analyseverfahrens der Massenspektrometrie insgesamt 41 Pflanzenarten im Unterwuchs tropischer Tiefwälder in Panama hinsichtlich ihrer Häufigkeitssignaturen untersucht. Die Ergebnisse des Forschungsteams weisen zum ersten Mal darauf hin, dass Jungpflanzen tropischer Gehölze zusätzlichen Kohlenstoff von Mykorrhizapilzen erhalten können. Über ihre Erkenntnisse zum Mykorrhiza-Netzwerk berichten die Forschenden vom Bayreuther Zentrum für Ökologie und Umweltforschung (BayCEER) der Universität Bayreuth im Fachjournal Functional Ecology.

Kakaobäume liefern mit der Zeit immer weniger Ertrag, sodass Produzierende gezwungen sind, ihre Plantagen zu erneuern. Dafür legen sie traditionell neue Kulturen an – und zwar in Waldbereichen, die dafür gerodet werden. Ein alternativer Ansatz besteht darin, hochproduktive, einheimische Sorten auf die vorhandenen älteren Kakaobäume zu pfropfen und so zu veredeln. Ein internationales Team unter Leitung der Universität Göttingen hat herausgefunden, dass diese Veredelung eine sinnvolle Maßnahme ist, um den Ertrag und den Gewinn bei minimalen Auswirkungen auf die biologische Vielfalt zu erhöhen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Journal of Applied Ecology veröffentlicht.

Die Erderwärmung führt derzeit zu einem rasanten Aussterben von Pflanzenarten. Schätzungen zufolge sind seit 1750 um die 600 Pflanzenarten ausgestorben - doppelt so viele wie Tierarten. Doch welche sind besonders stark betroffen? Und wie wirkt sich eine Veränderung der Biodiversität eigentlich auf die Interaktionen zwischen Pflanzen aus? Forschende des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) haben sich diese Fragen gestellt und in zwei aktuellen Studien Antworten in der Vergangenheit gefunden. Dabei haben sie mit einer neuen Methode alte DNA in Sedimentkernen aus Seen aus Alaska und Sibirien analysiert und konnten so die Veränderungen der Vegetation in diesen Regionen nachvollziehen. Die Kerne enthielten alte, fragmentierte DNA aus abgelagerter Pflanzenbiomasse der vergangenen 30.000 Jahre. Die Forschenden konnten so erstmals Aussterberaten von Pflanzen liefern, die nun als Referenzdaten genutzt werden können, um die aktuellen Veränderungen in den arktischen Ökosystemen besser einzuordnen. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Communications (DOI: 10.1038/s41467-025-56176-3 und 10.1038/s41467-024-55542-x).

Die Mangrovenwälder entlang der Küsten Amazoniens setzen erhebliche Mengen an Spurenelementen wie Neodym und Hafnium frei. Diese Elemente und deren isotopische Zusammensetzung können dazu dienen, den Eintrag von Mikronährstoffen zu entschlüsseln, die essentiell für das Leben im Meer sind. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel haben untersucht, wie diese Prozesse ablaufen und wie groß ihre Bedeutung für den Ozean ist. Ihre Studie wurde am 8. Januar in der Fachzeitschrift Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Der epigenetische Zustand des Chromatins sowie die Genaktivität und die Position der Gene auf dem Chromosom stehen in einer Wechselbeziehung zueinander. Ein Forschungssteam des IPK Leibniz-Instituts (IPK) und des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) hat untersucht, ob die Chromosomenposition auch die epigenetische Stabilität und die Genexpression beeinflusst. Das Team nutzte die CRISPR/Cas-Technologie, um die Chromosomen gezielt zu verändern. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Forschende der Max-Planck-Institute für Geoanthropologie und Biologie Tübingen nutzen Genomdaten, um den Rückgang der genetischen Vielfalt, insbesondere bei den Paranussbäumen (Bertholletia excelsa), im Amazonasbecken zu untersuchen. Sie möchten verstehen, wie die genetische Gesundheit und Anpassungsfähigkeit dieser Schlüsselart zusammenhängen, ihre demografische Geschichte rekonstruieren und die langfristigen Auswirkungen menschlicher Interaktionen auf Waldökosysteme bewerten können. Die im Fachmagazin Current Biology veröffentlichten Ergebnisse heben die Notwendigkeit von Konservierungsstrategien hervor, die sowohl ökologische als auch anthropogene Faktoren berücksichtigen.

Ein Team um den Biologen Prof. Dr. Jörg Kudla von der Universität Münster hat wichtige Komponenten und Mechanismen der molekularen Maschinerie identifiziert, die die Information über einen erfolgten Schädlingsbefall innerhalb des pflanzlichen Organismus weiterleitet. Eine zentrale Schaltstelle ist ein kalziumaktiviertes "Kinase-Tandem“.  Die nun in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlichte Studie gibt auch Hinweise darauf, wie es Pflanzen gelingt, Immunsignale von Zelle zu Zelle zu verbreiten, ohne dabei andere Signalketten in den betroffenen Zellen zu stören.

Eine neue Methode, um verschmutzte Gewässer zu reinigen, haben Forschende im Fachmagazin Advanced Sustainable Systems vorgestellt. Wie die Studie von der Universität Duisburg-Essen zeigt, können fossile Überreste von Kieselalgen (Diatomeen) Schadstoffe effizient aus dem Wasser entfernen, nachdem sie chemisch modifiziert wurden. Eine solche Technik ist dringend notwendig, da Europas Gewässer in schlechtem Zustand sind: Über die Hälfte von ihnen ist chemisch stark belastet. Kein Wunder – täglich werden in Europa in Industrie und Landwirtschaft bis zu 70.000 verschiedene Chemikalien eingesetzt.

Chemisch-synthetische Pestizide werden in der konventionellen Landwirtschaft in verschiedenen Kulturen wie im Ackerbau, Gemüseanbau oder Weinbau eingesetzt. Eine im Fachmagazin Scientific Reports veröffentlichte Studie der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) hat die Pestizidbelastung erstmals im Jahresverlauf untersucht. Demnach sind die Stoffe nicht nur während der Spritzphasen in den Feldern nachweisbar, sondern ganzjährig und auch auf angrenzenden Wiesen. Die Auswirkungen dieser chronisch nachgewiesenen komplexen Pestizidmischungen auf die Umwelt sind bislang nicht ausreichend untersucht und könnten erheblich sein.

Für die neuen Einblicke in die frühe Entwicklung der Pflanzen entschlüsselten die Forschenden das Erbgut von Hornmoosen und stellten einen einzigartigen Datensatz auf, der zudem Aufschluss über die Merkmale und die weitere Entwicklung der Pflanzen gibt. Hornmoose haben sich vor etwa 470 Millionen Jahren von den anderen Pflanzengruppen getrennt und sind vergleichsweise artenarm. Die Forschenden entschlüsselten zunächst das Erbgut von Vertretern der zehn bekannten Hornmoosfamilien. „Was wir dabei entdeckt haben, war überraschend: Hornmoose haben bemerkenswert stabile Chromosomen bewahrt, obwohl sie sich mehrere hundert Millionen Jahre lang getrennt voneinander entwickelt haben“, erklärt Erstautor Dr. Peter Schafran, Postdoktorand am BTI. „Außerdem identifizierten wir bei einigen Arten potenzielle Geschlechtschromosomen, die etwas über die Evolution der pflanzlichen Fortpflanzungsstrategien aussagen. Zudem gibt unsere Forschung Antworten darauf, wie bestimmte Gene in Pflanzen die Hormone, Farbstoffe und den Gasaustausch über Poren steuern.“ „Dieser umfassende Datensatz über das Erbgut von Hornmoosen stellt eine Ressource dar, die uns hilft zu verstehen, wie sich die ursprünglichsten Pflanzen entwickelt und an ihre neue, herausfordernde Umgebung angepasst haben“, ergänzt Prof. Dr. Jan de Vries von der Abteilung für Angewandte Bioinformatik der Universität Göttingen. Die Ergebnisse des internationalen Teams unter Leitung des Boyce Thompson Institute (BTI) der Cornell University in New York und mit Beteiligung der Universität Göttingen sind in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht.

Wie gestaltet sich die Zukunft unserer Böden – und damit auch die Wasserverfügbarkeit – unter den Einflüssen der bevorstehenden klimatischen Veränderungen? Eine internationale Studie zeigt, wie Dürre, Erwärmung und erhöhte CO₂-Konzentration in der Atmosphäre das hydrologische Gleichgewicht im Boden verändern, die Zukunft von Graslandökosystemen beeinflussen und die Resilienz von Ökosystemen herausfordern. Die Ergebnisse, die unter der Leitung von Jesse Radolinski und Michael Bahn vom Institut für Ökologie der Universität Innsbruck gewonnen wurden, hat das Team im Fachmagazin Science veröffentlicht.

Langjährige Dürren haben in den letzten 40 Jahren bedenklich zugenommen. Deren Ausdehnung hat in diesem Zeitraum um 50'000 km2 pro Jahr zugenommen, das ist deutlich mehr als die Fläche der Schweiz. Sie beeinträchtigen Landwirtschaft, Energiegewinnung und Ökosysteme, warnt das Forschungsteam der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) im Fachjournal Science.

Wie frühe Bäuer*innen Ackerbau und Viehzucht betrieben ist seit Jahrzehnten Gegenstand der Forschung. Dennoch ist beinahe unbekannt, welche pflanzlichen Nahrungsmittel sie neben der Basisnahrung Getreide bevorzugt haben. Nun gewährt eine Studie des Kieler Sonderforschungsbereichs (SFB) 1266 der Christian-Albrechts-Universität (CAU) weitere Einblicke in den Speiseplan. Dazu analysrten die Forschenden Mikrofossilien von Mahlsteinen der Fundstelle Oldenburg LA 77, einer mittelneolithischen Siedlung (3270-2920 v. u. Z.). Wie sie im Journal of Archaeological Science: Reports berichten, fanden sie neben Weizen und Gerste auch Früchte von Wildgräsern und Knöterich, Eicheln und stärkehaltige Knollen; einige wenige Samen stammen möglicherweise von wilden Hülsenfrüchten. An dieser Vielfalt an pflanzlichen Nahrungsressourcen aus dem 5000 Jahre alten Dorfes Oldenburg LA 77 sind besonders solche von Wildpflanzen hervorzuheben. „Es ist spannend zu sehen, dass die ersten Bäuer*innen ein ähnliches Interesse am Verzehr von Wildpflanzen hatten, sich aber in der Art der Zubereitung ihres Getreides unterschieden“, betont Prof. Wiebke Kirleis.

Baumkulturen – zum Beispiel Äpfel, Kirschen, Kaffee und Kakao – bedecken weltweit mehr als 183 Millionen Hektar, werden aber in der Agrarpolitik weitgehend übersehen. Dabei spielen sie eine entscheidende Rolle für die UN-Nachhaltigkeitsziele (Sustainable Development Goals, SDGs). Ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Göttingen betont, dass diese Kulturen nicht nur für die Weltwirtschaft unverzichtbar sind, sondern auch immenses Potenzial für den Schutz der Biodiversität und des Klimas bergen und Lebensgrundlagen von Millionen von Menschen verbessern. Seinen Perspectives-Artikel hat das Team in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht.

Die unterirdische Artenvielfalt profitiert deutlich von mehrjährigen Blühstreifen. Das weisen Forschende des Julius Kühn-Instituts (JKI) im Vergleich mit angrenzenden Winterkulturen nach: In mehrjährigen Blühstreifen leben demnach dreimal so viele Regenwürmer. Dazu wurden 46 Flächen untersucht in den Bundesländern Baden-Württemberg, Brandenburg, Nordrhein-Westfalen, Rheinland-Pfalz, Sachsen-Anhalt und Schleswig-Holstein. Die Ergebnisse der Feldstudie sind nun im npj Sustainable Agriculture Magazin erschienen.

In der Grube Messel sind bislang insgesamt 1409 verschiedene Taxa aus den 47 Millionen Jahre alten Ölschiefern geborgen worden. Der Artenreichtum während des Eozäns in Messel war höher war als im heutigen Mitteleuropa, aber niedriger als in modernen tropischen Biotopen, zeigen Senckenberg-Forschende in einer Ende Dezember schienenen Studie im Fachmagazin Palaeobiodiversity and Palaeoenvironments. Bis alle Arten vollständig dokumentiert sind und die gesamte Biodiversität in der Fossillagerstätte erfasst ist, wird es noch mehrere Generationen dauern. Besonders die Vielfalt von Pflanzen und Insekten sei noch unzureichend untersucht.

In den letzten Jahrzehnten brennt es in den Nadelwäldern Nordamerikas wesentlich häufiger. Ein internationales Team hat die klimatischen Auswirkungen dieser Brände bis zurück ins Jahr 1928 mit Boden- und Satelliten-gestützten Daten analysiert. Die Forschenden um Dr. Manuel Helbig vom GFZ Helmholtz-Zentrum für Geoforschung konnten zeigen, dass die durch Brand veränderte Höhen- und Baumkronenstruktur den Wärmeaustausch zwischen Wäldern und Atmosphäre beeinflusst. Das führt in den Sommern noch bis zu 5 Jahrzehnte lang zu höheren Oberflächentemperaturen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift AGU Advances erschienen.

Die Nährstoffanreicherung durch menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft und die Verbrennung fossiler Brennstoffe stellen eine erhebliche Gefahr für die empfindliche Dynamik der Tropenwälder dar. Insbesondere da Nährstoffe die Produktivität, Struktur und Funktion der tropischen Vegetation erheblich verändern können. Das berichtet das internationale Team von Forschenden der Universität Kaiserlautern-Landau (RPTU), der Hochschule für angewandte Wissenschaft und Kunst, Fachhochschule Hildesheim/Holzminden/Göttingen (HAWK) und des HUN-REN-Zentrums für ökologische Forschung in Ungarn im Fachmagazin Current Forestry Reports.

Das Phytoplankton der Ozeane versorgt den Planeten mit Sauerstoff und Nahrung und ist ein wichtiger CO₂-Speicher, da die mikroskopischen Algen bei der Photosynthese aus Nährstoffen, CO₂ und Sonnenlicht organische Biomasse produzieren. Forschende am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel haben nun herausgefunden, wie ein komplexes Zusammenspiel von Wind- und Strömungsbedingungen im äquatorialen Atlantik die Nährstoffzufuhr in die oberen Wasserschichten und damit das Wachstum von Phytoplankton beeinflussen. „Drei verschiedene Antriebsmechanismen wirken auf die Nährstoffversorgung am Äquator: der Auftrieb im Osten durch zonalen Wind, die Auf- und Abwärtsbewegung des Äquatorialen Unterstroms sowie die windgetriebene Durchmischung, die vom Tagesgang der solaren Einstrahlung beeinflusst wird", sagt Prof. Dr. Peter Brandt, Professor für Experimentelle Ozeanographie am GEOMAR und Erstautor der Studie. "Diese Prozesse, angeregt durch unterschiedliche Aspekte des Windfeldes fördern oder schwächen die Nährstoffzufuhr zur Oberfläche und entscheiden so über Entstehen und Stärke der jährlichen Planktonblüte am Äquator.“ Die Ergebnisse ihrer Studie werden heute in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

Das Zentromer von Chromosomen spielt bei der Zellteilung eine entscheidende Rolle. Ein internationales Forschungsteam hat unter anderem an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana untersucht, wie genau zwei entscheidende Proteine - KNL2 und CENP-C - an das Zentromer andocken und welche Komponenten dabei die zentrale Rolle spielen. Die Ergebnisse des Teams unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) wurden jetzt im Fachmagazin Nucleic Acids Research veröffentlicht. „Die Ergebnisse vertiefen unser Verständnis der Zentromer-Architektur und eröffnen neue Möglichkeiten in der synthetischen Biologie und im Chromosomen-Engineering“, betont Dr. Inna Lermontova, Leiterin der Arbeitsgruppe „Kinetochor-Biologie“. Damit liefert die Studie neue Einblicke in die Mechanismen der Zentromerbildung und die Funktion des Kinetochor-Komplexes.

Ein Team hat Biosensoren entwickelt, mit denen sich das Verhältnis von NADPH zu NADP⁺ erstmals in lebenden Zellen in Echtzeit messen lässt. Für die neuen Sensoren haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mit gentechnischen Methoden ein bereits zuvor entwickeltes fluoreszierendes Molekül, das Teile eines Leuchtquallen-Proteins beinhaltet, so umgebaut, dass es spezifisch NADPH und NADP⁺ erkennt. Dabei stellten sie unter anderem fest, dass der „NADP-Ladezustand“ sehr robust ist und bei Bedarf besonders effizient vom Stoffwechsel nachgeladen wird. Zudem beobachteten sie „NADP-Ladezyklen“, also Oszillationen des Zell-Akkus, zwischen den Zellteilungen und den Einfluss der Photosynthese und der Verfügbarkeit von Sauerstoff auf den NADP-Akku. Ein weiterer wichtiger Befund war zudem, dass die Entgiftung reaktiver Sauerstoffspezies – wie Wasserstoffperoxid – in erster Linie über das in den Zellen vorhandene Glutathion (ein Tripeptid, das in der Zelle in vergleichsweise hohen Konzentrationen vorhanden ist) erfolgt, egal ob in Hefe-, Pflanzen- oder Säugerzellen. Darüber berichtet das Team um den Pflanzenbiotechnologen Prof. Dr. Markus Schwarzländer von der Universität Münster und den Biochemiker Prof. Dr. Bruce Morgan von der Universität des Saarlandes in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: Uni Münster

Bestäuber beeinflussen die Qualität von Nutzpflanzen durch ihre Bewegungsmuster auf den Plantagen und durch die Pflanzensorte, die sie besuchen. Inwieweit die Identität von Bestäubern, Pollen und Kulturpflanzensorten die Fruchtqualität beeinflussen, ist wenig erforscht. Forschende der Universität Göttingen argumentieren deshalb in einem Artikel in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science, dass die pauschale Förderung von Bestäubern bisher zu sehr im Vordergrund stand – auf Kosten der Pflanzenqualität, die sich durch Berücksichtigung des artspezifischen Verhaltens der Bestäuber und der Verbreitungsmuster von Kulturpflanzensorten auf dem Feld steigern ließe.

Quelle: Uni Göttingen

Der Export von Agrarprodukten aus tropischen Regionen nach China, in die USA, den mittleren Osten und nach Europa ist dreimal schädlicher für die Biodiversität als bisher angenommen. Das konnten Forschende der Technischen Universität München (TUM) um Prof. Dr. Livia Cabernard und der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) nun zeigen, indem sie nachverfolgten, wie sich Agrarexporte von 1995 bis 2022 auf Landnutzungsänderungen in den Produktionsländern auswirkten. Besonders vom Artenverlust betroffen sind Brasilien, Indonesien, Mexiko und Madagaskar, wie das Team im Fachjournal Nature Sustainability zeigt.

Quelle: TUM

Seegraswiesen haben eine wichtige Klimaschutzfunktion, da sie Kohlenstoff dauerhaft binden. Ein internationales Forschungsteam unter Federführung des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) konnte nun zeigen, dass Seegraswiesen die chemischen Kreisläufe von Kohlenstoff und Schwefel in subtropischen Küstengebieten stärker beeinflussen, als bisher angenommen. Besonders bemerkenswert ist die zentrale Rolle von Schwefel, der organischen Kohlenstoff stabilisiert, unabhängig davon, ob er in den kalkhaltigen Sedimenten subtropischer Seegraswiesen gespeichert wird oder nicht. Die Ergebnisse der Studie wurden jüngst im Fachjournal Communications Earth & Environment publiziert.

Quelle: IOW

Im Fachjournal Conservation Biology zeigen Senckenberg-Forschende, dass die Insektenvielfalt in Deutschland stärker auf Änderungen in der Landnutzung als auf Wetter- oder Klimaeinflüsse reagiert. Gleichzeitig belegen sie, dass Gebiete mit niedrig wachsender Vegetation bis zu 58 Prozent mehr Artenvielfalt aufweisen können als beispielsweise Wälder – viele dieser besonders artenreichen Gebiete sind aber derzeit nur unzureichend durch Schutzgebiete berücksichtigt, was zu einer weiteren Abnahme der Insektenvielfalt führen kann.

Quelle: Senckenberg

Die Folgen der Abholzung und Degradierung von Tropenwäldern haben Forschende untersucht. Wie sie zeigen, gibt es "Gewinner"- und "Verlierer"-Arten, wobei die Verdrängung der "Verlierer" zu einem Rückgang der ökologischen Funktionen in tropischen Wäldern führen kann. Die Ergebnisse über die 1200 tropischen Baumarten hat das internationale Team mit Beteiligung von Dr. Bruno X. Pinho vom Institut für Pflanzenwissenschaften der Universität Bern in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: Uni Bern

Der Wald der Zukunft wird mit anderen Bedingungen zurechtkommen müssen als der von heute. Deshalb ist es laut Forschenden der Technischen Universität München (TUM) wichtig, die Bewirtschaftung der Wälder strategisch zu planen. Mit iLand (https://iland-model.org) hat das Forschungsteam ein Simulations-Modell entwickelt, das langfristige Entwicklungen großer Waldflächen bis auf den Einzelbaum genau berechnen kann – einschließlich Störfaktoren von Borkenkäfer bis Waldbrand. Vorgestellt haben es die Forschenden im Fachmagazin Ecological Modelling.

Quelle: TUM

Eine interdisziplinäre Studie, die maßgeblich durch Forschende des Exzellenzclusters Balance of the Microverse der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Leibniz-Institute in Jena durchgeführt wurde, belegt neue Erkenntnisse zum Verständnis der Anpassungsfähigkeit der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii. Die winzige Grünalge kann unter natürlichen Bedingungen ihre Gestalt und ihren Stoffwechsel anpassen ohne Veränderung des Genoms. In der Fachzeitschrift New Phytologist schildern die Forschenden, wie die Alge in einer acetat-reichen, räumlich strukturierten Umgebung, die natürlichen Reisfeldböden nachempfunden ist, eine Art "Metamorphose" durchläuft. Unter den simulierten Bedingungen wird die Zellgröße weiter verkleinert, die Geißeln werden kürzer, das Augenfleckvolumen nimmt zu, und die Zellwand wird verstärkt. Es kam für die Autorinnen und Autoren überraschend, dass allein die Umstellung der Anzuchtbedingungen zur Hoch- oder Herunter-Regulation bestimmter Gene bzw. Eiweiße und letztendlich von Stoffwechselwegen führte, ohne die Notwendigkeit der Veränderung des Genoms. Diese Veränderungen erleichtern das Überleben in der komplexen, von Mikroorganismen geprägten und teils anaeroben Umgebung.

Quelle: Uni Jena

Unter Federführung der Michigan State University (MSU) rufen Pflanzenforscherinnen und -forscher dazu auf, angesichts des Klimawandels Nutzpflanzen als zentralen Faktor für die Ernährungssicherung zu begreifen. In einem in der Fachzeitschrift Trends in Plant Science veröffentlichten Aufruf plädieren sie für eine enge Zusammenarbeit zwischen Forschung, Landwirtschaft, Politik und Gesellschaft. „Die Dringlichkeit ist offenkundig: Ohne klimaangepasste Nutzpflanzen drohen Hungersnöte, Massenmigration und globale Konflikte,“ bekräftigt Dr. Seung Y. Rhee, Professorin an der MSU Research Foundation und dort Direktorin des Plant Resilience Institute (PRI), die das Autorenteam leitete. Prof. Dr. Andreas Weber, Mitautor von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU), Mitglied des Exzellenzclusters CEPLAS und unser DBG-Präsident, betont: „Um unsere Nahrungsmittelversorgung zu sichern und den Verlust an Artenvielfalt zu stoppen, ist es essentiell, die Pflanzen an ein zunehmend ungünstigeres und sich schnell veränderndes Klima anzupassen. Dies Aufgabe ist aber zu groß, als dass einzelne Länder sie alleine lösen könnten. Vielmehr braucht es internationale Konsortien, neue Forschungsansätze und ein innovationsfreundliches regulatorisches Umfeld.“

Quelle: HHU

Die saisonalen Schwankungen von Glucosinolaten und der Bildung ihrer enzymatischen Abbauprodukte in Rotkohl, Weißkohl und Brokkoli haben Forschende untersucht. So wurde im Sommer eine erhöhte Produktion von Isothiocyanaten beobachtet, die für ihre gesundheitsfördernden Eigenschaften bekannt sind. Im Herbst hingegen nahm die Bildung von Isothiocyanaten stark ab zugunsten anderer Stoffe wie Nitrile und Epithionitrile. Die im Fachmagazin Food Chemistry veröffentlichten Ergebnisse des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) liefern wichtige Erkenntnisse für den Anbau und die Verwendung des Gemüsekohls für die gesunde Ernährung und der funktionellen Lebensmittelproduktion.

Quelle: IGZ

Pflanzenarten können innerhalb eines Ökosystems ähnliche Funktionen erfüllen, unabhängig davon, wie eng verwandt sie miteinander sind. Zu diesem überraschenden Schluss kommt eine weltweite Auswertung von rund 1,7 Millionen Datensätzen zu Pflanzengemeinschaften. Geleitet wurde sie von der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Universität Bologna. Bislang ging man in der Ökologie vom Gegenteil aus. Die Studie erschien in Nature Ecology & Evolution und bietet Hinweise für den Naturschutz.

Quelle: Uni Halle

Auch tiefe Klarwasserseen, die als besonders wertvolle Ökosysteme gelten, können Anzeichen von Überdüngung und Algenwachstum zeigen – oft ohne ersichtlichen Grund. Eine neue Studie des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) zeigt nun, dass die Ursachen nicht immer in steigenden Nährstoffeinträgen aus dem Einzugsgebiet oder in Rücklösungsprozessen im Tiefenbereich eines Sees zu suchen sind, sondern auch in den flacheren Bereichen bis rund 20 Metern Wassertiefe. Die im Fachjournal Global Change Biology veröffentlichten Ergebnisse sind nicht nur überraschend, sie könnten auch auf ähnliche Seentypen weltweit zutreffen.

Quelle: IGB

Die Vorstellung, dass Bäume über unterirdische Pilznetzwerke – dem so genannten „Wood Wide Web“ – miteinander „kommunizieren“, hat bei vielen Menschen die Fantasie beflügelt. Bücher und Dokumentarfilme haben das Konzept populär gemacht, bei dem Bäume angeblich über diese Netzwerke Nährstoffe miteinander austauschen. Eine Studie der Universität Göttingen um das Team von Andrea Polle in der Fachzeitschrift New Phytologist deutet jedoch darauf hin, dass die Realität etwas differenzierter sein könnte. Die Forschenden fanden heraus, dass junge Buchen Kohlenstoff an nahe gelegene „Ektomykorrhizapilze“ übertragen können – eine Pilzart, die auf und zusammen mit den Baumwurzeln in einer symbiotischen Beziehung wächst –, aber nicht an andere Bäume. Um die Bewegung des Kohlenstoffs zu verfolgen, verwendeten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Isotopenmarkierung.

Quelle: Uni Göttingen

Forschende haben zwei Pilzenzyme identifiziert, die das Immunsystem von Pflanzen überlisten und somit eine entscheidende Rolle bei der Besiedlung von Pflanzenwurzeln spielen. Die Erkenntnisse von Forschenden des Exzellenzclusters für Pflanzenwissenschaften CEPLAS an der Universität zu Köln eröffnen neue Möglichkeiten für Eingriffe in der Medizin und der Landwirtschaft. Veröffentlicht sind die Erbebnisse in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe.

Quelle: Uni Köln

Häufigere starke Stürme zerstören immer größere Flächen des Amazonas-Regenwalds und tragen damit wesentlich zum Waldsterben bei. In einer Studie unter Leitung des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena (MPI-BGC) wurden im gesamten Amazonasbecken Sturmschäden aus den Jahren 1985 bis 2020 kartiert und berechnet. Wie die Forschenden herausfanden hat sich die Zahl der großen Sturmschäden - auch Windwurf genannt - und die Gesamtfläche der betroffenen Wälder im untersuchten Zeitraum etwa vervierfacht. Dieses Ergebnis bestätigt, dass intensive Stürme im Amazonasgebiet immer häufiger werden, wie es Modelle zu den Veränderungen durch den Klimawandel generell erwarten lassen. Ihre Daten veröffentlichte das Team bereits am 1. November im Fachjournal AGU Advances, wie das MPI-BGC heute mitteilt. 

Quelle: MPI-BGC

Forschenden gelang die Entwicklung eines neuen Enzyms. Die „Lactyl-CoA-Mutase“ kann ein zentrales Stoffwechsel-Produkt effizient in Wertstoffkreisläufe überführen. Dafür trainierte das Forschungsteam um Prof. Tobias Erb am Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg die Fähigkeiten eines natürlichen Enzyms durch Evolution im Labor. Ziel der Forschung ist unter anderem ein künftiger Einsatz in der Fixierung und nachhaltigen Verwertung des Treibhausgases CO₂. Die Ergebnisse stellte das Team in der Fachzeitschrift Nature Communications vor.

Quelle: MPI für terrestrische Mikrobiologie

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue Leitlinie erstellt, mit der sich geeignete Bäume für einen nachhaltigen und klimastarken Kakaoanbau in Westafrika finden lassen. Im Fokus stehen die jahreszeitlichen Blattveränderungen von Schattenbäumen. Die Ergebnisse des Teams unter der Leitung der Universität Göttingen wurden in der Fachzeitschrift Agriculture, Ecosystems & Environment veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Nutzpflanzen geraten an ihre Grenzen, wenn sich mit dem Klimawandel die Jahreszeiten verschieben. So kann ein plötzlicher Frost im späten Frühjahr beispielsweise Erdbeeren im Beet schaden. Wildarten dagegen weisen oft eine höhere Resilienz auf. Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) um Professor Peter Nick vom Joseph Gottlieb Kölreuter Institut für Pflanzenwissenschaften und Partner haben die Kältereaktionen von Walderdbeeren (Fragaria vesca) entschlüsselt, um so resistentere Züchtungen zu ermöglichen. Dazu nutzten die Forschenden die Genbank Südwest im Netzwerk „Wildpflanzen mit Nutzungspotenzial für Ernährung und Landwirtschaft“. Die Studie demonstriert den Wert verandter WIldarten als genetische Ressource für Nutzpflanzen. Ihre Ergebnisse hat das Team im Journal of Experimental Botany veröffentlicht.

Quelle: KIT

Durch eine nachhaltige Landnutzung lassen sich unterirdische Pflanzenfresser und Mikroorganismen im Boden besser kontrollieren als bei einer intensiven Landnutzung. Das führt dazu, dass das Bodenökosystem bei nachhaltiger Bewirtschaftung widerstandsfähiger und besser gegen Störungen geschützt ist als bei intensiver Landnutzung. Forschende der Universität Leipzig, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und anderer Forschungseinrichtungen fanden heraus, dass die Gesamtenergieflüsse sowie die Aktivitäten von sogenannten Zersetzern, Pflanzenfressern und Räubern im Boden-Nahrungsnetz stabil blieben. Sie haben ihre Ergebnisse im Fachmagazin Global Change Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

Pflanzen, Pilze und Mikroben produzieren eine Vielzahl an Wirkstoffen, die aussichtsreiche Kandidaten für neue Krebsmedikamente sind.Trotz dieser Vielfalt an vorhandenen Wirkstoffen ist die Entwicklung von neuen Antikrebsmitteln schwierig, da die Aufklärung ihrer Wirkungsweise aufwendig und teuer ist. Wissenschaftler*innen des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg es ist nun gelungen, diese Hürde zu meistern. Mit moderner Analytik der Zell-Inhaltsstoffe und KI-basierter Auswertung konnten sie die Wirkungsweise von neuen Antikrebswirkstoffen vorhersagen, wie sie im Oktober im Fachmagazin Advanced Science berichten, meldet das IPB heute. Die Kombination aus Metabolomik und KI sei eine hervorragende Methode, um die Wirkungsweise von zellabtötenden Naturstoffen besser vorherzusagen und damit die Entwicklung von neuen Krebsmedikamenten zu beschleunigen, so das Fazit der Hallenser Wissenschaftler*innen.

Quelle: IPB

Forschende haben Bodenproben auf Infektionen mit Pythium analysiert, einem Oomyceten, der in Europa für die Landwirtschaft zunehmend zum Problem wird. Pythium befällt vor allem die Wurzeln wichtiger Kulturpflanzen wie Mais und lässt sie verfaulen. In der Studie, die in der Zeitschrift Nature Communications erschienen ist, untersuchten die beteiligten Forscherinnen und Forscher Bodenproben von 127 Maisfeldern in insgesamt 11 europäischen Ländern. Sie extrahierten aus den Proben die DNA und sequenzierten diese dann. Mit Hilfe eines molekularbiologischen Ansatzes konnten sie anhand der Sequenzen sämtliche Mikroorganismen bestimmen, die in den Proben vorkamen. „Wir stießen darin auf insgesamt 73 Pythium-Arten, die sich je nach Standort genetisch stark unterschieden,“ erklärt Prof. Dr. Daguang Cai von der Abteilung Molekulare Phytopathologie und Biotechnologie der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU). Die Studie ist ein erster Schritt zu einer effektiveren Bekämpfung.

Quelle: CAU

Grundlegende Mechanismen der Blütenzeit-Regulation bei Arabidopsis thaliana hat ein internationales Forschungsteam in der Fachzeitschrift Plant Physiology vorgestellt. Die Studie untersucht die Interaktion von Kohlenstoff- und Stickstoff-Signalwegen und deren Einfluss auf die Expression des Blütenrepressors FLOWERING LOCUS C (FLC). Demnach spielen Kohlenstoff- und Stickstoff-Signale eine zentrale Rolle bei der Steuerung der Blütezeit. Sowohl der Trehalose-6-Phosphat- (T6P) als auch der Stickstoff-Signalweg konvergieren innerhalb des Blühnetzwerks und modulieren die Aktivität desselben Ziels: den Blütenrepressor FLC. Dr. Justyna Olas, eine der Co-Erstautor*innen ist inzwischen als Junior-Forschungsgruppenleiterin am Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) tätig und integriert diese Erkenntnisse in ihre laufende Forschung zu nachhaltigen und resilienten Agrar- und Ernährungssystemen.

Quelle: IGZ

Auch auf städtischen Plätzen siedeln sich Tiere und Pflanzen an. Daraus ergeben sich Chancen für mehr Biodiversität und menschliches Wohlempfinden. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben dazu 103 Plätze in München untersucht. Das Team betrachtete Faktoren wie Größe, Bodenbeschaffenheit, Pflanzen- und Baumbewuchs, künstliche Lichtquellen und das Umfeld des Platzes in einem Radius von 1.000 Metern. Sie analysierten, wie sich unterschiedliche Faktoren auf Flora und Fauna auswirken. Ihre Ergebnisse im Fachjournal Nature Cities zeigen wie groß die Differenz zwischen Plätzen ausfallen kann. Sie plädieren dafür, die Gegebenheiten vor Ort genau zu betrachten und öffentliche Flächen individueller zu gestalten.

Quelle: TUM

Regenwaldschutz ist nicht nur gut für Biodiversität und Klima - auch die Gesundheit der Menschen, die in den entsprechenden Gebieten leben, verbessert sich dadurch spürbar. Zu diesem Schluss kommt eine aktuelle Studie der Universität Bonn und der Universidade Federal de Minas Gerais in Brasilien. Die Forschenden zeigen darin, dass Maßnahmen gegen Brandrodung die Feinstaub-Konzentration in der Luft signifikant reduzieren. Damit sinkt auch die Zahl der Krankenhausaufenthalte und Todesfälle aufgrund von Atemwegs-Erkrankungen. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications, Earth & Environment erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Ein internationales Forschungsteam hat in einem Langzeitexperiment auf der indonesischen Inseln Sumatra gezeigt, wie Bauminseln die Artenvielfalt in Ölpalmenplantagen fördern. Die Ergebnisse der Studie unter der Leitung der Universität Göttingen zeigen, dass sich durch die Anlage von Bauminseln in großen Ölpalmen-Monokulturen die einheimische Baumvielfalt auf natürliche Weise erholt. An der Forschung waren auch die indonesischen Universitäten IPB Bogor und Jambi beteiligt. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Wie die gesundheitsfördernden Glucosinolate in Geweben der Kohlrabipflanze abgebaut werden, haben Forschende analysiert.  Die Ergebnisse zeigen, dass die Enzyme Myrosinase sowie „Specifier“-Proteine in Blättern, Stängel und Knollengewebe entscheiden, ob Abbauprodukte entstehen, die die menschliche Gesundheit fördern oder Pflanzen vor Schädlingen schützen können. Die im Fachmagazin Food Chemistry veröffentlichten Erkenntnisse des Teams des Leibniz-Instituts für Gemüse- und Zierpflanzenbau (IGZ) über gewebespezifische Unterschiede im Glucosinolatabbau könnten dazu beitragen, den gesundheitlichen Nutzen und die Schädlingsresistenz von Kohlrabi gezielt zu steigern.

Quelle: IGZ

Holz, Sauerstoff und Lebensraum: Wälder erfüllen vielfältige Funktionen für Mensch und Umwelt. Doch wie können Wälder all diesen Ansprüchen gerecht werden? Dieser Frage ist ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen jetzt nachgegangen. Dazu hat es Versuchsflächen in Rein- und Mischbeständen aus Buche und verschiedenen Nadelbaumarten in Deutschland angelegt und die Auswirkungen der angereicherten Buchenwälder auf das Ökosystem und seine Funktionen für die Gesellschaft untersucht. Die Ergebnisse zeigen auf vielen Ebenen positive Effekte, insbesondere bei der Kombination von Buche und Douglasie. Sie wurden in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Ein internationales Forschungsteam hat das Pangenom der Gerste, also einer Sammlungen von Genomsequenzen mehrerer Individuen dieser Art, untersucht. Dazu wurden komplette Genomsequenzen von 76 Wild- und Kulturgersten herangezogen, ebenso wie Resequenzierungsdaten von weiteren 1.315 Genotypen. Ein darauf basierender Katalog der Sequenzvariation umfasst strukturell komplexe Loci für wichtige Merkmale, die sich bisher der eingehenderen Analyse entzogen haben. „Wir konnten erstmals die Evolution sogenannter strukturell komplexer Genomregionen oder Loci untersuchen und 173 dieser Loci mit nahezu identischen direkten, Gen-tragenden Wiederholungen nachweisen“, erklärt Dr. Martin Mascher, Leiter der Arbeitsgruppe „Domestikationsgenomik“ des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK). „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass ein Großteil der allelischen Vielfalt, die wir an strukturell komplexen Loci im Pangenom sehen, den Kulturpflanzen dabei geholfen haben könnte, sich an neue Selektionsmechanismen in den landwirtschaftlichen Ökosystemen anzupassen,“ ergänzt Prof. Dr. Nils Stein, Leiter der Abteilung „Genbank“ des IPK. Seine Ergebnisse über eines der fünf wichtigsten Kulturpflanzen weltweit hat das Team nun in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. 

Quelle: IPK (pdf)

Im späten Devon, vor etwa 374 Millionen Jahren, erlebte die irdische Biosphäre eine ihrer größten Krisen – das Kellwasser-Ereignis, das zu den fünf größten evolutionären Ereignissen in der Erdgeschichte gehört. Das katastrophale Massensterben, dem mehr als die Hälfte der damaligen Arten erlagen, betraf vor allem das Leben in den Meeren. Als unmittelbare Ursache wurden sauerstofffreie, sogenannte anoxische, Wassermassen identifiziert, die zu einer globalen marinen Sauerstoffkrise führten. In einer sedimentologischen Studie haben Forschende der Universität Greifswald in Zusammenarbeit mit Partnern aus Münster, Rabat und Casablanca herausgefunden, dass Schelfwasserkaskaden an der Ausbreitung der anoxischen Wassermassen maßgeblich beteiligt waren. Tiefseesedimente belegen den Sauerstoffverlust in Küstengewässern und dessen Ausbreitung auf die Ozeane, wie sie in der Fachzeitschrift GEOLOGY berichten. Als eigentliche Verursacher der Kellwasser-Krise werden Landpflanzen verdächtigt, die zu dieser Zeit die Landmassen eroberten und im späten Devon erstmals tiefe Wurzelsysteme und holzige Gewebe entwickelten, das Festland weiträumig besiedelten und die die Bodenbildung in Gang setzten mit beschleunigten Verwitterungsprozessen. Als Folge wurden küstennahe Meere mit Nährstoffen und verrottender Biomasse geflutet; die Eutrophierung führte zu mehr Algenwachstum, was in der Folge den Sauerstoffverbrauch erhöhte, wodurch sich weiträumig sauerstofffreie Schelfwässer und Faulschlämme bildeten. Weder zum Verrotten des organischen Materials noch zum Atmen der Unterwasserorganismen gab es ausreichend Sauerstoff.

Quelle: Uni Greifswald

Es gibt Chromosomen, die ihre Vererbungsrate zu ihrem eigenen Vorteil erhöhen können. Ein Beispiel sind sogenannte B-Chromsomen. Diese zusätzlichen Chromsomen, die in den meisten Arten keine Funktion erfüllen, gibt es in zahlreichen Pflanzen, Tieren und Pilzen. Sie machen sich verschiedene Mechanismen zu nutzen, die verhindern, dass überflüssige genetische Elemente wie sie im Laufe der Zeit entfernt werden. Diese Mechanismen sind bisher aber kaum bekannt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) konnte nun Gene auf dem B-Chromosom des Roggens identifizieren, die vermutlich für die Regulierung dieses sogenannten „chromosome drive“ verantwortlich sind. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Eine der großen Herausforderung bei der Ernährung der wachsenden Weltbevölkerung ist die Herbizidresistenz von Getreide. Sam Caygill und ihre Kolleg*innen am Gregor-Mendel-Institut (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) zeigen nun, dass eine große Gruppe von Pflanzen, die Bryophyten, von Natur aus resistent gegen das Unkrautvernichtungsmittel Glyphosat sind, wie sie in der Fachzeitschrift PNAS darlegen. Diese Eigenschaft war bisher nur anekdotisch aus dem Gartenbau bekannt. Zu verstehen, wie einige Pflanzen von Natur aus tolerant gegenüber Herbiziden sind, bietet einen wichtigen Ansatzpunkt, um das Problem der Herbizidresistenz in der Landwirtschaft in Angriff zu nehmen.

Quelle: ÖAW

Möchten Pflanzenzüchter widerstandsfähige und hochwertige Nutzpflanzen erzeugen, kreuzen sie häufig Pflanzen verschiedener Arten, um erwünschte Eigenschaften zu übertragen. Das vorzeitige Absterben der Hybridsamen stellt sie dabei jedoch vor Hindernisse. Grund dafür ist eine Fortpflanzungsbarriere, die oft verhindert, dass eng verwandte Arten lebensfähige Samen miteinander produzieren können. Eine neue Studie des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie, die im Fachmagazin Nature Plants erschien, bietet Einblicke in diese Herausforderung, indem sie kleine RNA-Moleküle als Schlüsselmoleküle in diesem Prozess identifiziert. Diese Erkenntnisse könnten den Weg für eine erfolgreichere Hybridisierung in der Zukunft ebnen.

Quelle: MPI für Molekulare Pflanzenphysiologie

Die Anpflanzung von Bäumen in der Arktis könnte die globale Erwärmung verschlimmern, nicht verbessern, folgern Wissenschaftler*innen u.a. der Bodenkunde von der TU Berlin in einem Artikel in Nature Geoscience. Denn die Anpflanzung von Bäumen in hohen Breitengraden wird die globale Erwärmung eher beschleunigen als verlangsamen. Mit der Erwärmung des Klimas können Bäume zunehmend weiter nördlich gepflanzt werden. Regierungen und Unternehmen fördern deshalb große Baumpflanzungsprojekte in der Arktis als Maßnahme, um die schlimmsten Folgen des Klimawandels abzuschwächen. Wenn Bäume jedoch an den falschen Stellen gepflanzt werden – wie z. B. in der normalerweise baumlosen Tundra und in Mooren sowie in großen Gebieten des borealen Waldes mit relativ offenen Baumkronen – können sie die globale Erwärmung noch verstärken, folgern die Forscher*innen, darunter auch Carsten Müller, Professor für Bodenkunde an der TU Berlin.

Quelle: TU Berlin

Eine präzise Analyse von Wäldern aus der Ferne ermöglicht die KI-basierte Methode eines Forschungsteams der Hochschule München (HM). Das Team des Instituts für Anwendungen des maschinellen Lernens und intelligenter Systeme (IAMLIS) entwickelte im Projekt Wald5DPlus unter der Leitung von Prof. Dr. Andreas Schmitt und Prof. Dr. Peter Krzystek von der Fakultät für Geoinformation einen umfangreichen Datensatz, der auf Satellitenbildern und Künstlicher Intelligenz (KI) aufbaut. Das Forschungsteam nutzt dabei die Daten der Sentinel-1- und Sentinel-2-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation ESA. Die im Fachjournal zenodo vorgestellte Technologie eröffnet neue Möglichkeiten zur Kartierung und Analyse von Waldgebieten, ohne dass Forschende die Wälder betreten müssen.

Quelle: Hochschule München

Forschende haben mit einer neuen Studie zur Wiedervernässung eines Küstenmoores auf der Insel Rügen aufschlussreiche Erkenntnisse über die Rolle von Mikroalgen gewonnen. Insbesondere die Kieselalgen, eine Gruppe von Mikroalgen mit einer glasartigen Zellwand, erweisen sich als wertvolle Bioindikatoren, um die ökologischen Folgen von Überflutungen an der Ostseeküste besser zu verstehen. Die Ergebnisse der Angewandten Ökologie und Phykologie der Universität Rostock erschienen in der Fachzeitschrift Science of The Total Environment.

Quelle: Uni Rostock

Wie sich eine verändernde Atlantikzirkulation auf den Amazonas-Regenwald auswirken würde, hat ein internationales Forschungsteam untersucht. Der Amazonas-Regenwald und die Umwälzzirkulation des Atlantiks, die sogenannte AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation), zählen zu den globalen Kippelementen. Wie genau AMOC und Amazonas als Systeme miteinander verbunden sind und die Meereszirkulation die Amazonasregion beeinflusst, ist noch nicht umfassend erforscht. Ein Team von Forschenden u.a. von MARUM, dem Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen, hat nun Veränderungen der Vegetation in der Amazonasregion analysiert. Aus einem marinen Sedimentkern, der vor der Amazonasmündung gewonnen wurde, hat es gemeinsam mit einem internationalen Team Pollen- und Kohlerückstände der vergangenen 25.000 Jahre analysiert. Diese Analyse ermöglicht dem Team einen detaillierten Blick in die Vergangenheit eines der artenreichsten Ökosysteme der Erde. Die im Fachmagazin Nature Geoscience veröffentlichten Daten zeigen, wie sich die Vegetation und Feucht- sowie Trockenperioden während vergangener Klimaereignisse der letzten Eiszeit, bei denen sich die AMOC drastisch abschwächte (sogenannte Heinrich-Ereignisse), verändert haben. Insbesondere fanden die Forschenden dabei einen dramatischen Rückgang der Regenwaldvegetation im nördlichen Teil des Amazonasgebietes.

Quelle: Uni Bremen

Mehr als ein Drittel aller weltweiten Pflanzenarten kommt auf Inseln vor. Und das, obwohl Inseln nur etwas mehr als fünf Prozent der Landfläche der Erde ausmachen. Die Studie unter Leitung der australischen Macquarie University und der Universität Göttingen zeigt auch, dass von allen weltweit als bedroht eingestuften Pflanzenarten mehr als die Hälfte ausschließlich auf Inseln vorkommt. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Seegraswiesen sind nicht nur Kinderstube für Fische, Küstenschützer und CO₂-Speicher. Sie reduzieren auch sehr effektiv Krankheitserreger im Meer. Wie genau das funktioniert, haben jetzt Wissenschaftler*innen der Forschungseinheit Marine Naturstoffchemie am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel untersucht. Sie analysierten die mikrobiellen Gemeinschaften, die auf Ostsee-Seegras leben und stellten fest, dass insbesondere Bakterien auf gesunden Pflanzen stark antibiotisch wirken. Ihre Ergebnisse wurden jetzt in der Fachzeitschrift Science of the Total Environment veröffentlicht.

Quelle: GEOMAR

Forschende beschrieben im August im Fachjournal Molecular Plant eine neue Gruppe von Abwehrstoffen der Gerste, die gegen ein breites Spektrum an pilzlichen Krankheitserregern wirkt. Wie sie heute in einer Pressemitteilung über die Studie berichten, bildet der Erreger der Wurzelfäule Bipolaris sorokiniana eine Ausnahme: Der Pilz neutralisiert die Abwehrstoffe und benutzt sie, um besser zu wachsen. Die Wissenschaftler/innen des Leibniz-Instituts für Pflanzenbiochemie (IPB) zeigen gemeinsam mit Partnern der Universität Köln, wie ein Krankheitserreger das Immunsystem der Pflanze nicht nur umgeht, sondern sogar erfolgreich zum eigenen Vorteil ausnutzt.

Quelle: IPB

Die zunächst ungehinderte Ausdehnung des Embryos in einem Samen wird ab einem bestimmten Punkt durch den Kontakt zur Samenhülle behindert. Mechanische Kräfte und Zwänge beeinflussen nicht nur die Form des Embryos, sondern auch seine Entwicklung und seinen Stoffwechsel. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Institutes für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun bei Raps die Grundlagen der Reaktion des Embryos auf mechanische Belastungen untersucht. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Die mittlere Embryonalentwicklung ist bei Tieren, Pflanzen und Algen auffallend ähnlich und offenbart die gemeinsamen entscheidenden Phasen in der Evolution komplexer Lebensformen. Jüngste Beobachtungen von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen und der Universität Dundee an Braunalgen weisen das gleiche Sanduhrmuster während der Embryogenese auf wie bei Tieren und Pflanzen. Das „Sanduhrmodell“ der Entwicklung mehrzelliger Organismen besagt, dass Embryonen desselben Stammes in den frühesten und spätesten Stadien morphologische und molekulare Unterschiede aufweisen, sich aber in der mittleren Embryonalperiode ähneln. Die Verfolgung der Entwicklungsstadien bei Braunalgen zeigt nun, dass die Prozesse, die die Entwicklung komplexer mehrzelliger Organismen steuern, universeller sind, als gedacht, und liefert ein tieferes Verständnis dafür, wie sich mehrzelliges Leben entwickelt hat, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

Mehr Biodiversität stärkt die Kohlenstoffbindung in den Böden, zeigt eine neue Studie im Fachmagazin Nature Communications. Die Förderung der Biodiversität in landwirtschaftlichen Praktiken könnte der Schlüssel zu einem nachhaltigeren und klimafreundlicheren Agarsektor sein, folgert ein Team von Forschenden unter der Leitung von Luiz Domeignoz-Horta von der Universität Zürich. Die Forschenden führten ihre Studie im Rahmen des TwinWin-Experiments in Finnland durch, bei dem untersucht wird, wie sich verschiedene Abstufungen der Pflanzenvielfalt in Kombination mit Gerste auf mikrobielle Prozesse im Boden auswirken. Bemerkenswert ist, dass die Pflanzenvielfalt auch die Gesamtproduktion an pflanzlicher Biomasse erhöhte, ohne dass die Gerstenerträge zurückgingen. Dies zeigt, dass die Praxis geeignet ist, die Erträge zu erhalten und gleichzeitig die Kohlenstoffspeicherung im Boden zu verbessern.

Quelle: Uni Zürich

Auch vor knapp 400 Millionen Jahren lebten Korallen bereits in Symbiose mit Algen. Das hat ein Team um Forschende des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz durch die Analyse von Stickstoffisotopen an fossilen Korallen aus der Eifel und dem Sauerland festgestellt. Damit haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die bislang älteste Photosymbiose in Korallen nachgewiesen. Die Photosymbiose könnte erklären, warum prähistorische Korallenriffe trotz nährstoffarmer Umgebung enorme Ausmaße erreichten, wie sie im Fachjournal Nature folgern.

Quelle: MPI für Chemie

Bestimmte Pflanzenstoffe, die nicht der Ernährung dienen, beeinflussen das Sozialverhalten und die Lebensdauer der Rüpsen-Blattwespe (Athalia rosae). Unter der Leitung von Dr. Pragya Singh, Postdoktorandin im Sonderforschungsbereich Transregio 212 in der AG chemische Ökologie der Universität Bielefeld, untersuchte das Team, wie der Verzehr von spezifischen Pflanzenstoffen, sogenannten Clerodanoiden, soziale Netzwerke innerhalb von Blattwespenpopulationen verändert und gleichzeitig die Lebensdauer der Tiere verkürzt. Die studienergebnisse sind im Fachmagazin Animal Ecology veröffentlicht.

Quelle: Uni Bielefeld

Pflanzen passen ihren Wasserverbrauch an die Umweltbedingungen an, indem sie mit ihren Schließzellen Umweltreize zählen und verrechnen. Über die Steuerung der Stomata berichten Pflanzenforschende der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) in der Fachzeischrift Current Biology. Um den Kalzium-Transienten (ein rascher, zeitlich begrenzter Anstieg der Kalzium-Konzentration in der Zelle) zu analysieren, hatte das Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich ein optogenetisches Verfahren mit neuartigen Modellpflanzen angewendet, die mit lichtaktivierbaren Kalzium-Kanälen ausgestattet wurden: Durch Lichtpulse lassen sich in den Schließzellen dieser Pflanzen Kalzium-Signale erzeugen und die zelluläre Antwort analysieren. Ihre Ergenbisse zeigen, "dass Schließzellen sechs aufeinanderfolgende Kalzium-Transienten auflösen und in Stomabewegung umsetzen können. Die Schließzellen können also bis sechs zählen“, sagt Rainer Hedrich. „Als wir die Stimulationsfrequenz verdoppelten, wurde der Stomaschluss nicht forciert. Als wir sie halbierten, verzögerte sich die Stomabewegung.“

Quelle: JMU

Winzige Kieselalgen im Ozean sind Meister darin, Kohlendioxid (CO₂) aus der Umwelt zu binden. Sie speichern bis zu 20 Prozent des CO₂ auf der Erde. Ein Team der Universität Basel hat nun in genau diesen Algen eine Proteinhülle entdeckt, die für eine effiziente CO₂-Fixierung sorgen. Diese Anfang Oktober im Fachmagazin Cell in zwei Publikationen vorgestellten Ergebnisse (https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.013 und https://doi.org/10.1016/j.cell.2024.09.025) dieser Entdeckung kann neue Ideen für biotechnische Ansätze liefern, um so das CO₂ in der Atmosphäre zu reduzieren.

Quelle: Uni Basel

Das entscheidende Protein für die Steuerung der Biosynthese von steroidalen Glykoalkaloiden und Saponinen in Pflanzen der Gattung Solanum präsentieren Forschende des Jenaer Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie in der Fachzeitschrift Science. Demnach ist GAME15 ein entscheidendes Protein, das die Biosynthese sowohl von steroidalen Glykoalkaloiden als auch Saponinen aus einer Cholesterinvorstufe in Nachtschattengewächsen reguliert (etwa bei Kartoffeln, Tomaten oder Auberginen). Pflanzen des Schwarzen Nachtschattens Solanum nigrum (Schwarzer Nachtschatten), die das Protein und damit die Steroidsaponine nicht mehr produzieren konnten, waren anfälliger für Schädlingsbefall an den Blättern durch Insekten wie Kleinzikaden und Kartoffelkäfer. Diese Ergebnisse eröffnen neue Perspektiven für die Gewinnung hochwertiger Steroidmoleküle für medizinische Anwendungen und könnten gezielte Strategien zur Bekämpfung landwirtschaftlicher Schädlinge unterstützen.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

Kichererbsen erweisen sich als trockenresistente Hülsenfruchtpflanzen mit hohem Proteingehalt. Das ist wichtig zu wissen, da sich der Klimawandel negativ auf die Ernährungssicherheit auswirkt. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Wolfram Weckwerth von der Universität Wien hat nun die natürliche Variation verschiedener Kichererbsen-Genotypen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber Trockenstress analysiert. Dabei konnten die Wissenschafter*innen zeigen, dass Kichererbsen eine trockenresistente Hülsenfruchtpflanze mit hohem Proteingehalt sind, die Getreideanbausysteme auch im urbanen Raum ergänzen können. Die Studie ist im Fachmagazin The Plant Biotechnology erschienen.

Quelle: Uni Wien

Eine innovative Methode zur Messung von Lumineszenzlöschung haben Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung und der Universität Kopenhagen entwickelt. Die einfach anzuwendende und im Fachmagazin ACS Sensors vorgestellte Technik nutzt marktübliche, kostengünstige Instrumente und ermöglicht so umfassende Untersuchungen der chemischen Prozesse in ökologischen und biologischen Systemen. So lässt sich beispielsweise die Sauerstoffdynamik mit wesentlich höherer zeitlicher und räumlicher Genauigkeit als bisher erfassen.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

Kleine zelluläre Flüssigkeitströpfchen, sogenannte biomolekulare Kondensate, können Membranen ohne spezialisierte Schneideproteine überwinden, die bislang dafür verantwortlich gemacht wurden, Membranen zu überwinden. Dieser neuentschlüsselte Prozess ist essenziell für das Überleben von Pflanzen, wie ein Team um Professor Dr. Roland Knorr am Zentrum für Biochemie der Universität zu Köln zusammen mit internationalen Kolleg*innen (u.a. der Technischen Universität Bergakademie Freiberg) im Fachmagazin Nature zeigt. Um dies nachzuweisen, untersuchte das Team das Benetzungsverhalten eines spezifischen Kondensates aus dem Protein FREE1, dass für das Überleben von Arabidopsis thaliana unabdingbar ist. Mit Hilfe einer Kombination aus umfangreichen Laborexperimenten, einem mathematischen Modell und Computersimulationen konnten die Forscher*innen zeigen, dass Kondensate große Kapillarkräfte auf Membranen ausüben können.

Quelle: Uni Köln

Pflanzen haben einen ausgeklügelten Mechanismus, um die Produktion neuer Proteine zu überwachen. Der "U1 snRNP"-Komplex sorgt dafür, dass die Baupläne für Proteine vollständig hergestellt werden. Das ist wichtig, weil Zellen dazu neigen, den Prozess zu früh abzubrechen. Diese Qualitätskontrolle kannte man bisher nur aus tierischen Zellen als sogenanntes Telescripting. Ein Forschungsteam  konnte nun erstmals einen ähnlichen Prozess in Pflanzen zeigen. Dazu erzeugte das Team im Labor künstlich Pflanzen mit wenigen U1 snRNP-Molekülen. "Wir konnten die Konzentration auf etwa zehn Prozent des Normalen senken. Darunter waren die Pflanzen nicht mehr lebensfähig", erklärt der Pflanzengenetiker Prof. Dr. Sascha Laubinger der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU). Die Ergebnisse veranschaulichen, wie die Genaktivität in Pflanzen gesteuert werden kann. "Von menschlichen Zellen weiß man, dass Telescripting bei Hitzestress die Genaktivität in Zellen verändert", sagt Laubinger. Wenn sich etwas Ähnliches bei Pflanzen finden lasse, könnte dies zum Beispiel ein Ansatz sein, sie widerstandsfähiger gegen die Folgen des Klimawandels zu machen. Die heute der Öffentlichkeit vorgestellte Studie erschien im September im Journal Nature Plants.

Quelle: MLU

Niederschlag, Temperatur und Beweidung haben den größten Einfluss darauf, ob in Trockengebieten eher holzige oder krautige Arten wachsen. Das zeigt eine große weltweite Studie, an der auch Potsdamer Forschende beteiligt sind. Ihre Untersuchungen von 92 Standorten in 25 Ländern auf sechs Kontinenten ergab, dass Trockengebiete überall auf der Welt unter bestimmten klimatischen Bedingungen und Beweidung mit einigen Nutztierarten tendenziell „verholzen“. Dies könne dazu führen, dass die Trockengebiete Teile ihrer wichtigen ökologischen Funktionen verlieren. Die Forschungsergebnisse sind nun im Journal Science Advances erschienen.

Quelle: Uni Potsdam

Das Molekül HAN ist ein wichtiger Regulator, der im Zusammenspiel mit WOX5 das Wachstum von Pflanzen steuert. Das zeigen neben molekularbiologischen Methoden auch mathematische Modellierungen von Forschenden der Uni Freiburg, die sie im Fachmagazin Nature Plants veröffentlicht haben. Diese liefern eine mögliche Erklärung dafür, warum der kompliziert anmutende Mechanismus ein Vorteil für die Pflanze sein könnte: Die Mitwirkung von HAN als Bindeglied zwischen WOX5 und CDF4 scheint die Regulation der Stammzellen unempfindlicher gegenüber Umwelteinflüssen zu machen. Das Verständnis dieses Mechanismus ist relevant für die Züchtung widerstandsfähigerer oder ertragreicherer Nutzpflanzen.

Quelle: Uni Freiburg

Die Verbreitung europäischer Waldpflanzen verschiebt sich überraschend nach Westen. Wie Forschende u.a. des Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) im Fachmagazin Science zeigen, sind dafür Stickstoffeinträge – und in geringerem Maße der Klimawandel – die Hauptursachen. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich Arten nach Westen verlagern, ist laut der neuen Studie 2,6 Mal höher als dass sie sich nach Norden verlagern. Die Studienergebnisse widersprechen der Annahme, dass hauptsächlich der Klimawandel für die Verschiebung der Artenverbreitung verantwortlich sei. Sie werfen ein neues Licht auf die Frage, wie Umweltfaktoren, und insbesondere Stickstoffeinträge, die Artenvielfalt verändern.

Quelle: iDiv

Pflanzen können noch geringste Spuren des wichtigen Nährstoffs Kalium aus dem Boden holen. Wie sie das schaffen, beschreibt ein Team um den Würzburger Biophysiker Rainer Hedrich in Nature Communications.

Quelle: Uni Würzburg

Das Ergebnis der heute veröffentlichten Bundeswaldinventur 2022 - der umfangreichsten Bestandsaufnahme im deutschen Wald - hat Licht und Schatten: Die Wälder werden strukturreicher, es gibt mehr ältere Bäume und etwas mehr bewaldete Fläche. Die durchschnittliche Kohlenstoff-Speicherleistung des Waldes hat allerdings seit 2012 deutlich abgenommen. Zwischen 2017 und 2022 wurden die Wälder sogar zur Kohlenstoff-Quelle. Das meldet das Thünen-Institut für Waldökosystem in Eberswalde.

Quelle: Thünen

Wie Phytochrome Licht und Wärme wahrnehmen, publizierten Forschende im Fachmagazin The Plant Cell und stellen damit einen bislang unbekannten Mechanismus vor. Dazu untersuchten die Forschenden der Universität Bayreuth und der Heinrich Heine Universität Düsseldorf die Geschwindigkeit der Bildung und Auflösung von Komplexen aus Phytochrom B und verschiedenen Phytochrome-interacting factors (PIFs) unter rotem und fernrotem Licht und bei verschiedenen Temperaturen. Unter starkem Dauerlicht nahm das Ausmaß der Komplexbildung mit der Intensität des roten Lichts ab anstatt, wie erwartet, zu. Grund hierfür ist eine schnelle, durch Rotlicht angetriebene und bidirektionale Umwandlung zwischen den Zuständen Pr und Pfr. „Pflanzliche Phytochrome können also unterschiedliche Rotlichtstärken und Temperaturen über einen zusätzlichen, bisher unbekannten und daher unerforschten molekularen Mechanismus in physiologische Reaktionen umwandeln“, sagt Chengwei Yi, Erstautor der Studie.

Quelle: Uni Bayreuth

Nicht immer braucht es Pestizide: Forschende der Universität Zürich (UZH) zeigen in einer umfangreichen Feldstudie, dass die Biodiversität innerhalb einer Pflanzenart zur Schädlingsbekämpfung genutzt werden kann. Denn Arten mit verschiedenen Genotypen arbeiten zusammen, um die Angriffe von pflanzenfressenden Insekten abzuwehren, berichten sie im Fachmagazin Nature Communications.

Quelle: UZH

Mehr als die Hälfte der natürlichen Lebensraumtypen in Deutschland weist einen ökologisch ungünstigen Zustand auf, täglich verschwinden weitere wertvolle Habitatflächen. Die Konsequenz: Populationen von Arten schrumpfen, verarmen genetisch oder sterben aus – mit direktem Einfluss auf die Leistungsfähigkeit und Funktionsweise von Ökosystemen. Ein Drittel der Arten sind gefährdet, etwa drei Prozent sind bereits ausgestorben.  Der heute erschienene „Faktencheck Artenvielfalt“ wurde in Zusammenarbeit zahlreicher Universitäten (darunter die Uni Leipzig), Forschungseinrichtungen und weiterer Akteure erstellt und zeigt erstmals umfassend, wie es um die Biodiversität in Deutschland tatsächlich steht, identifiziert deren Trends und Treiber, gibt aber auch Empfehlungen, dem Verlust entgegenzuwirken und arbeitet Forschungsbedarfe heraus.

Quelle: Uni Leipzig

Das Pariser Klimaabkommen fordert, die Erderwärmung auf 1,5 Grad Celsius im Vergleich zum vorindustriellen Niveau zu begrenzen. Um dieses Ziel zu erreichen, müssen CO₂-Emissionen gesenkt und bereits ausgestoßenes CO₂ wieder aus der Atmosphäre entfernt werden. Ein Team um die LMU-Forscher Yiannis Moustakis und Julia Pongratz zeigt nun, dass großflächige Aufforstung einen wichtigen Beitrag dazu leisten kann. Simulationen der Forschenden zeigen, dass Temperaturspitzen und auch die Temperatur zum Ende des Jahrhunderts reduziert und die Dauer, in der die globale Temperatur das 1,5-Grad-Ziel überschreitet, verkürzt werden könnte, wie sie im Fachmagazin Nature Communications berichten.

Quelle: LMU

Weizen ist weltweit das wichtigste Getreide – und verursacht hohe Umweltkosten. Grund hierfür ist die erforderliche Düngung mit Stickstoff. Neue Weizensorten können den Stickstoff effizienter nutzen und bringen bessere Erträge. Sie sind eine Chance, den wachsenden Welthunger zu bekämpfen. Mit steigenden Erträgen werden sie noch mehr Stickstoff brauchen, wenn man ihr Erntepotenzial ausschöpfen möchte. Das belegt eine Studie von Forschenden der Technischen Universität München (TUM) und des französischen Institut national de recherche pour l'agriculture, l'alimentation et l'environnement (INRAE), die im Jounal Nature Plants veröffentlicht wurde.

Quelle: TUM

Die Anwendung der Magnetresonanztomographie (MRT) zur Untersuchung des pflanzlichen Stoffwechsels in vivo stellt die Wissenschaft jedoch noch vor Herausforderungen. Ein Forschungsteam hat nun mit dem ‚Chemical Exchange Saturation Transfer‘ (CEST) eine neue Methode für die Pflanzen-MRT entwickelt. Sie ermöglicht einen nicht-invasiven Zugang zum Stoffwechsel von Zuckern und Aminosäuren in komplexen Speicherorganen wie Samen, Früchte, Pfahlwurzeln oder Knollen wichtiger Kulturpflanzen, wie Mais, Gerste, Erbse, Kartoffel, Zuckerrübe und Zuckerrohr. Das Forschungsteam zeigte in der aktuellen Studie die Dynamik von Metaboliten in sich entwickelnden Samen; eine Analyse die mit herkömmlichen Techniken bisher nicht möglich war. Darüber berichtet das Team unter der Leitung von Dr. L. Borisjuk (IPK Leibniz-Institut) und Prof. P.M. Jakob (Universität Würzburg) im Fachjournal Science Sdvances. „Die Visualisierung der Metabolitendynamik in lebenden Pflanzen ist ein hervorragendes Instrument, um strukturelle und metabolische Interaktionen bei der Reaktion von Pflanzen auf sich ständig verändernde Umweltbedingungen besser zu verstehen. Daher ist die Einführung von CEST, das die interne Gewebestruktur und die Metabolitendynamik sichtbar macht, ein wichtiger Meilenstein“, sagt Dr. Ljudmilla Borisjuk, Leiterin der Arbeitsgruppe „Assimilatallokation und NMR“ am IPK.

Quelle: IPK (pdf)

Von Klimawandel bis Umweltverschmutzung: Eine Studie Forschenden der Freien Universität Berlin zeigt die Folgen von zahlreichen, gleichzeitig wirkenden Umwelt-Faktoren auf die Bodeneigenschaften. Dazu hatten sie einen Pool von 12 Faktoren des globalen Wandels verwendet, wie etwa organische Chemikalien, sowie Stickstoffeintrag, Schwermetalle, Salzstress, sowie Trockenstress. Diese Faktoren wurden dann kombiniert in Gruppen von 2, 5 oder 8 Faktoren, die gleichzeitig appliziert wurden. Im Fachjournal Nature Communications schildern sie, ob es für den Boden schlechter ist, wenn er von eher einer Vielzahl von Faktoren mit unterschiedlichen Wirkmechanismen betroffen ist, oder ob es schlimmere Auswirkungen hat, wenn die Faktoren sich eher ähneln, also eher in die gleiche Bresche schlagen. „Unsere Ergebnisse belegen, dass die Effekte umso gravierender sind, je unterschiedlicher die Gruppe der Faktoren ist“, erklärt Prof. Dr. Matthias Rillig, Leiter der Ökologie-Arbeitsgruppe an der Freien Universität Berlin. „Dies liegt daran, dass bei unähnlichen Faktoren die Häufigkeit der gegenseitigen Verstärkungen der Faktoren zunimmt.“ Und „möglicherweise kann diese Einsicht auch helfen, bereits geschädigte Ökosysteme wieder herzustellen“, sagt Rillig.

Quelle: FU Berlin

Ein internationales Forschungsteam hat eine neue globale Datenbank zur Verbreitung und Evolutionsgeschichte aller Asteraceae-Arten zusammengestellt und analysiert. Damit gelang es die rund 34.000 Arten der Korbblütler oder Asterngewächse zu beschreiben, einer Gruppe der Blütenpflanzen mit der größten Artenvielfalt der Welt. Wie die Forschenden herausfanden, kam auf vielen Inseln weltweit eine unerwartet hohe Zahl von Artbildungen in relativ kurzen Zeiträumen innerhalb der Asteraceae-Familie vor. Die Forschenden konnten zudem Dutzende von möglicherweise unentdeckten Artbildungen auf Inseln weltweit identifizieren. „Die Familie der Korbblütler ist eine Goldgrube, um zu verstehen, warum und wie sich neue Arten in den abgelegensten Umgebungen der Welt entwickeln“, sagt Prof. Dr. Holger Kreft, Leiter der Abteilung Biodiversität, Makroökologie und Biogeographie der Universität Göttingen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Pflanzen-Pollen spielen nicht nur eine Rolle bei Allergien, sondern beeinflussen auch das lokale Wetter. Besonders im Frühling, wenn große Mengen freigesetzt werden, tragen sie zur Eisbildung in Wolken bei, was den Regen verstärken kann. Eine aktuelle in IOPscience veröffentlichte Studie unter Federführung des Instituts für Meteorologie der Universität Leipzig belegt dies erstmals außerhalb des Labors.

Quelle: Uni Leipzig

Bestimmte Pflanzen sind in der Lage, Naturräume wie Sanddünen, vulkanische Substrate und Steinschlaggebiete zu erschließen. Dank spezieller Eigenschaften können die frühen Kolonisierer in solch lebensfeindlichen Umgebungen gedeihen. Den Pionierarten folgen schon bald andere Pflanzen, denen diese Eigenschaften fehlen. Ricardo Martínez-García vom Center for Advanced Systems Understanding (CASUS), einem Institut des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR), und Kollegen aus Spanien und Brasilien untersuchten das Wechselspiel zwischen verschiedenen Spezies auf diesen neu eroberten Böden mithilfe eines mathematischen Modells der Pflanzenwurzeln. Ihr in der Fachzeitschrift New Phytologist vorgestelltes Modell stellt eine Verbindung zwischen dem Typ der Interaktion der Arten und der allgemeinen Verfügbarkeit begrenzter Bodenressourcen her. Zudem verrät es die beste Strategie für den Pionier, der eine nicht frei verfügbare Ressource nutzbar machen kann.

Quelle: CASUS

Lücken im Kronendach eines Auen-Mischwalds haben direkten Einfluss auf die Temperatur und Feuchtigkeit im Waldboden, zeigen jedoch nur geringe Auswirkungen auf die Bodenaktivität. Zu diesem Ergebnis kommt eine in der Fachzeitschrift Science of The Total Environment veröffentlichte Studie der Universität Leipzig, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie. Für die Studie untersuchten die Forschenden im Dürrejahr 2022 die Auswirkungen verschieden großer und unterschiedlich strukturierter Waldlücken auf Mikroklima und Zersetzungsprozesse im Boden eines europäischen Auenmischwaldes (Leipzig, Deutschland).

Quelle: Uni Leipzig

Ein ursprünglich aus dem pflanzlichen Grundstoffwechsel stammendes Enzym steuert die Synthese von steroidalen Glykoalkaloiden, wichtigen Abwehrstoffen der Tomate. Einem Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie ist es nun gelungen, den entscheidenden Biosyntheseschritt bei der Herstellung von steroidalen Glykoalkaloiden zu charakterisieren, wichtigen Abwehrstoffen in verschiedenen Solanum-Pflanzen. Sarah O'Connor, Leiterin der Abteilung für Naturstoff-Biosynthese, sieht die in der Zeitschrift nature chemical biology vorgestellten Ergebnisse in einem breiteren Kontext: "Unsere Studie zeigt, dass die Biosynthesewege eine große Plastizität aufweisen, die sich nicht nur in der Veränderung der katalytischen Aktivitäten der beteiligten Enzyme, sondern auch in der Veränderung ihrer räumlichen Organisation äußern kann. Diese 'metabolische' Plastizität führt zu einer enormen Vielfalt an spezialisierten Stoffwechselwegen in Pflanzen." 

Quelle: MPI für chemische Ökologie

Das Insektensterben stellt die Wissenschaft vor Rätsel. Es gibt zwar einige Thesen, aber wenig Belege. Die eDNA-Methode der Universität Trier und Herbarien können neue Erklärungen liefern. Dazu untersuchten die Forschenden der Universität Trier teils sechzig Jahre alte Pflanzen aus den Sammlungen. „Wir haben erstmals gezeigt, dass Herbarien wunderbar geeignet sind, um historische Zusammenhänge zwischen Pflanzen und Insekten zu untersuchen," sagt Prof. Dr. Henrik Krehenwinkel über die im Fachmagazin Current Biology erschienene Studie. Das Insektensterben stellt Forschende auch deshalb vor viele Fragen, weil es jahrzehntelang kaum Datensätze zum Vorkommen von Insekten gab, auf die man für Studien zurückgreifen hätte können. Die Untersuchung von historischen Herbarien könnte das nun ändern.

Quelle: Uni Trier

Die Photosynthese läuft täglich in jedem kleinen grünen Blatt vor unseren Augen ab – dennoch sind die Details des komplexen Ablaufs noch nicht komplett enträtselt. Ein Forschungsteam der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Prof. Dr. Danja Schünemann hat ein weiteres Puzzleteil aufgeklärt. Das Team, insbesondere der ehemalige Doktorand Dominique Stolle und die jetzige Doktorandin Lena Osterhoff, untersuchte, wie das für die Photosynthese wichtige Protein D1 aufgebaut wird und entwickelte dazu eine neue In-vitro-Technik. Ungefähr 140 Proteine, so zeigte sich, sind vermutlich an dem Prozess beteiligt, einige davon bislang unbeschrieben; das markante Protein STIC2 untersuchten sie genauer. „STIC2 interagiert dabei mit bestimmten Strukturen in den Thylakoidmembranen, was für den korrekten Einbau von D1 und vermutlich anderer zentraler Proteine der Photosysteme in die Membran entscheidend ist“, so Danja Schünemann. „Bisher konnte man Ribosomen nur allgemein aufreinigen“, erklärt Danja Schünemann. „Jetzt können wir ihnen sozusagen bei der Arbeit über die Schulter schauen.“ Ihre Ergebnisse publizierten sie Ende August in der Zeitschrift EMBO Journal.

Quelle: RUB

Wasserpflanzen in Seen und Flüssen bieten wichtige Rückzugsgebiete für Tiere, bringen Sauerstoff ins Wasser und entfernen Nährstoffe. Dennoch sie sind nicht überall beliebt: Manch einen stören sie beim Baden oder Wassersport, außerdem verändern sie die Hydrologie eines Gewässers. Treten Wasserpflanzen in Massen auf, werden sie daher häufig entfernt. Forscher*innen unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) haben in Freilandexperimenten untersucht, warum es zu solchen Massenentwicklungen kommt und welche Folgen das Entfernen hat. Wie die Auswertung verschiedener Managementansätze im Fachjournal Science of The Total Environment zeigt, kann auch die Option „nichts tun“ in Betracht gezogen werden.

Quelle: IGB

Forschende haben herausgefunden, dass die großflächige Abholzung von Wäldern mehr erwärmend auf das Klima wirkt als bisher angenommen. Das Team der Universität Leipzig und der Sun Yat-sen University (China) wies durch Analyse von Computersimulationen und Beobachtungen eine Abnahme von Wolken in diesen abgeholzten Gebieten nach. Rodung wirkt durch das Freisetzen von Kohlendioxid erwärmend, gleichzeitig sind aber auch Wälder dunkler als die Gebiete nach der Rodung. Dieser Effekt wirkt abkühlend, weil weniger Sonnenlicht absorbiert wird, berichten sie im Fachnjournal Nature Communications.

Quelle: Uni Leipzig

Es waren die Bilder des Sommers 2022: Tonnenweise trieben tote Fische, Muscheln und Schnecken auf der Oder. Bald war klar, was als Auslöser der Umweltkatastrophe galt: Eine Mischung aus überhöhtem Salzgehalt, hohen Wassertemperaturen, niedrigem Wasserstand und zu hohen Nährstoffeinträgen und Abwasser löste eine Blüte der Brackwasseralge Prymnesium parvum aus, deren Algentoxin Prymnesin auf Organismen tödlich wirkt. Ein vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniertes Wissenschaftsteam sammelte damals Wasserproben und analysierte sie. Das Ergebnis: Hohe Konzentrationen organischer Mikroschadstoffe haben die tödlichen Auswirkungen von Prymnesin verstärkt, schreiben die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Water.

Quelle: UFZ

Auch bei extrem niedrigem Lichteinfall kann Photosynthese in der Natur stattfinden, zeigt eine Studie, die die Entwicklung von arktischen Mikroalgen zum Ende der Polarnacht untersucht hat. Die Messungen fanden im Rahmen der MOSAiC-Expedition statt und ergaben, dass Mikroalgen in der Arktis schon Ende März durch Photosynthese Biomasse aufbauen. Zu diesem Zeitpunkt steht die Sonne kaum über dem Horizont, sodass es im Lebensraum der Mikroalgen noch nahezu komplett dunkel ist. Die Ergebnisse der Nature Communications-Studie zeigen, dass Photosynthese im Ozean unter viel niedrigeren Lichtbedingungen möglich ist und damit auch bis in viel größere Tiefe stattfinden kann als bisher angenommen. Die Forscherinnen und Forscher nutzten für ihre Arbeit Messdaten des internationalen MOSAiC-Forschungsprojekts, bei dem sich die Expeditionsteilnehmende 2019 für ein Jahr in der zentralen Arktis einfrieren ließen, um den Jahresgang des arktischen Klima- und Ökosystems zu untersuchen. Der Fokus des Teams um Dr. Clara Hoppe vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) lag dabei auf der Untersuchung von Phytoplankton und Eisalgen (siehe auch: Eisalge Melosira arctica – Gewinnerin oder Verliererin des Klimawandels?).

Quelle: AWI

Weltweit haben Studierende in den Umweltwissenschaften Wahrnehmungslücken, was die Ursachen des globalen Biodiversitätsverlusts betrifft. Das zeigt eine Umfrage von Didaktiker*innen der Goethe-Universität Frankfurt, bei der mehr als 4000 Studierende aus 37 Ländern befragt wurden. Die Lücken sind von Land zu Land verschieden: In manchen Ländern wird eher der Klimawandel als Ursache unterschätzt, in anderen der Faktor invasive Arten, in dritten die Verschmutzung. Die im Magazin npj Biodiversity veröffentlichten Ergebnisse der Umfrage zeigen auch, dass länderspezifische Indikatoren die Wahrnehmung stark beeinflussen.

Quelle: Uni Frankfurt

Die Entstehung der Eukaryoten gilt als eines der größten ungelösten Rätsel der Biologie: Nach derzeitiger Lehrmeinung sollen zwei Prokaryoten, ein sogenanntes Asgard-Archaeon und ein Bakterium, verschmolzen sein. Dabei soll sich das Bakterium zum Mitochondrium entwickelt haben. Dieser eukaryotische Vorfahre hatte durch sein Mitochondrium genug Energie zur Verfügung, um sich zu den heute bekannten komplexeren Zellen weiterzuentwickeln. Ein wesentliches Merkmal solcher komplexen Eukaryoten ist die Endozytose – die Fähigkeit, andere Zellen zu fressen. Es galt bisher jedoch als energetisch unmöglich, dass eine prokaryotische Zelle zur Endozytose in der Lage ist, da hierfür die Energiequelle des Mitochondriums als unverzichtbar galt. Ein Forschungsteam der Universität Jena hat jedoch prokaryotische Bakterien entdeckt, die andere Zellen fressen können. Über diesen überraschenden Fund berichtet das Forschungsteam der Friedrich-Schiller-Universität Jena im Fachmagazin mBio.

Quelle: Uni Jena

Wie Pflanzen auf Signale aus der Umwelt reagieren, haben Forschungsteams mit neu generierten "optogenetischen" Tabakpflanzen untersucht. Die Arbeitsgruppen aus der Neurophysiologie, Pharmazeutischen Biologie und der Botanik der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU) haben die Calcium-Membranpotential-Beziehung genauer untersucht. „Die erfolgreiche Expression von Channelrhodopsinen mit unterschiedlicher Ionenselektivität in Pflanzenzellen ermöglicht den Vergleich verschiedener Ionensignale parallel zum elektrischen Signal, der sogenannten Depolarisierung“, erklärt Dr. Meiqi Ding. Sie nutzte das Calcium leitende Channelrhodopsin XXM 2.0 und den lichtaktivierten Anionenkanal GtACR1, um die verschiedenen Ionensignalwege in Tabak zu untersuchen. Diese neu generierten „optogenetischen“ Tabakpflanzen erlaubten, die Frage zu klären, ob Calcium-Einstrom oder Membrandepolarisation entscheidend für die Reaktion der Pflanze auf eine bestimmte Stress-Situation sind. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sind überzeugt davon, dass diese Studie erst der Anfang einer neuen Ära in der Pflanzenforschung ist. Schließlich können nun mit verschiedenen Rhodopsinen die Signalwege der Pflanzen besser „ausgeleuchtet“ werden. Ihre Studie erschien in der Fachzeitschrift Nature.

Quelle: JMU

Die erste dreidimensionale Computersimulation einer pflanzlichen Spindel hat ein interdisziplinäres Forschungsteam unter Leitung des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg und des Sainsbury Laboratory in Cambridge (England) geschaffen. Diese Simulation kann nun genutzt werden, um fundamentale Prinzipien der Zellteilung besser zu verstehen und wurde in der Fachzeitschrift Developmental Cell veröffentlicht.

Quelle: Uni Hamburg

Einen bislang unbekannten Verjüngungsmechanismus haben Forschende bei einzelligen Mikroalgen entdeckt, die in den Ozeanen als Grundlage der Nahrungsketten dienen. Auch Einzeller altern, wenn sie sich wegen Nährstoffmangels nicht mehr teilen können. Der Mechanismus ermöglicht es alten Zellen, sich zu verjüngen und wieder zu teilen, nachdem sie in nährstoffreiche Gebiete gelangen. Demnach sondern diese Zellen Blasen, sogenannte „Vesikel“, ab. Diese transportieren schädliche Stoffwechselprodukte und Toxine aus den Zellen heraus, was die Voraussetzungen für eine neue Zellteilung schafft. Die Ergebnisse der Studie könnten weitreichende Konsequenzen für das Verständnis der Zellalterung und -regeneration in marinen Ökosystemen haben. Die dazugehörige Studie eines Teams aus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“ der Universität Jena wurde jüngst im Fachjournal Nature Microbiology veröffentlicht.

Quelle: Uni Jena

Die Innovationskraft einer Gesellschaft hängt vom Grad ihrer Wissenschaftsfreiheit ab. Diesen Zusammenhang hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Technischen Universität München (TUM) erstmals belegt. In ihrer im Fachjournal PLoS ONE veröffentlichten Studie werteten die Forschenden Patentanmeldungen und -zitierungen im Zeitraum von 1900 bis 2015 in rund 160 Ländern aus und setzen sie mit den Indikatoren des Academic Freedom Index ins Verhältnis. Da der globale Grad der Wissenschaftsfreiheit in den vergangenen zehn Jahren zurückgegangen ist, prognostizieren die Forschenden einen Verlust an Innovationsfähigkeit.

Quelle: TUM

Forschende haben die Ursachen und Folgen der Fortpflanzung ohne Männchen bei Braunalgen analysiert. Sie entdeckten Populationen weiblicher Braunalgen, die sich aus unbefruchteten Gameten fortpflanzen und ohne Männchen gedeihen. Wie das Team des Max-Planck-Instituts für Biologie Tübingen und der Universität Kobe in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution schildern, nutzten sie "Amazonen"-Algen, um die phänotypischen und genetischen Folgen des Übergangs von sexueller zu ungeschlechtlicher Fortpflanzung zu beleuchten.

Quelle: MPI für Biologie Tübingen

Die Bergwälder in Afrika stehen durch die zunehmende Entwaldung durch den Menschen deutlich unter Stress. Und der Klimawandel setzt dem noch eins drauf: Wie Geograph*innen herausgefunden haben, sind die afrikanischen Bergwälder in den letzten zwei Jahrzehnten um rund 20 Prozent geschrumpft. Dadurch stieg die durchschnittliche Lufttemperatur, und die umgebenden Wolken liegen über 230 Meter höher. In Bergregionen wie am Kilimandscharo können die Wälder dadurch deutlich weniger Wasser aus den Wolken „auskämmen“. „Das hat weitreichende Konsequenzen für den Wasserhaushalt und die Biodiversität in Afrika“, kommentiert Dr. Dirk Zeuss vom Fachbereich Geographie der Philipps-Universität Marburg die Ergebnisse einer Studie mit internationaler Forschungsbeteiligung. Darüber brichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Communications.

Quelle: Uni Marburg

Nahrung, Futtermittel, Faserstoffe und Bioenergie: Die Nachfrage nach landwirtschaftlichen Rohstoffen steigt. Wie lassen sich zusätzliche Anbauflächen mit dem Naturschutz vereinbaren? Forschende der Ludwig-Maximilians-Universität München, der Universität Basel und des Helmholtz-Centre for Environmental Research haben ein Landnutzungsmodell entwickelt, das Antworten liefert, und im Fachmagazin Nature Sustainability veröffentlicht.

Quelle: Uni Basel

In einer großen internationalen Studie haben Wissenschaftler*innen untersucht, wie sich Pflanzen in Trockengebieten an diese extremen Lebensräume angepasst haben. Acht Jahre lang sammelten über 120 Forschende aus 27 Ländern - darunter Dr. Pierre Liancourt, Pflanzenökologe am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart (SMNS) - Proben von zahlreichen, ausgewählten Trockengebieten auf sechs Kontinenten. Dies ermöglichte die Analyse von über 1300 Beobachtungsreihen und mehr als 300 Pflanzenarten. Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichten Ergebnisse zeigen, dass Pflanzen in Trockengebieten verschiedenste Anpassungsstrategien anwenden. Diese Vielfalt nimmt überraschenderweise mit dem Grad der Trockenheit zu.

Quelle: SMNS

Mit Caripe 8 identifizierte nun ein von der Veterinärmedizinischen Universität Wien geleitetes Forschungsteam einen bislang unbekannten, neuen Wirkstoff. Gefunden wurde das potenzielle Krebsbehandlungsmittel in der Brechwurzel (Carapichea ipecacuanha), einer in den tropischen Regenwäldern Süd- und Mittelamerikas heimischen Pflanze. Laut den Forschenden zeigt die Substanz eine doppelte Wirkung: Das pflanzliche Peptid unterstützt die Aktivität der natürlichen Killerzellen und wendet sich gleichzeitig direkt gegen Krebszellen, wie sie im Fachmagazin Biomedicine & Pharmacotherapy darlegen.

Quelle: Veterinärmedizinische Universität Wien

Große Teile des deutschen Waldes zeigten infolge der extremen Dürreperiode der letzten Jahre nach Angaben des Bundeslandwirtschaftsministeriums (BMEL) eine Zunahme von Schädigungen. Allerdings gibt es kaum verlässliche Daten dazu, wie sich der Zustand der Wälder konkret auf der Fläche verändert. In einer im Fachjournal Remote Sensing of Environment veröffentlichten Studie beschreibt ein vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) koordiniertes Forschungsteam, wie sich Aussagen zum Waldzustand in Deutschland basierend auf Satellitendaten treffen lassen. Diese Informationen sind Grundlage für den neuen UFZ-Waldzustandsmonitor, der den Zustand von Waldflächen als Karten mit einer räumlichen Auflösung von 20 Metern darstellt.

Quelle: UFZ

Katastrophale Vulkanausbrüche führten in der Erdgeschichte wiederholt zu massiven Klimaerwärmungen, da grosse Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangten. Dies löste rasche Klimaerwärmungen aus, die in Extremfällen zu Massenaussterben von Arten an Land und in den Ozeanen führten. Diese Phasen extremen Vulkanismus könnten den Kohlenstoffkreislauf und damit das Klima für Millionen von Jahren gestört haben, zeigen Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich) in einer neuen Studie in der Fachzeitschrift Science. Nach geologischen Ereignissen wie Perioden von besonders ausgeprägtem Vulkanismus, die eine starke Klimaerwärmung zur Folge haben, erholt sich die Vegetation der Erde nur sehr langsam. Dies zeigten Forschende anhand eines Modells, das es ihnen erlaubte, weit zurück in die Erdgeschichte zu schauen. Die Ergebnisse verdeutlichen, dass der derzeitige, vom Menschen verursachte Klimawandel für die pflanzlichen Ökosysteme und das Klima langfristige Risiken birgt. Vegetationsveränderungen beeinflussen auch das natürliche Regulierungssystem von Kohlenstoffkreislauf und Klima. Es dauert daher länger als angenommen, bis sich wieder ein stabiles Klimagleichgewicht einstellt.

Quelle: ETH Zürich

Extreme Hitzewellen nehmen zu. Ab wann wird es für Waldbäume kritisch? Im extrem heissen Sommer 2023 untersuchte dies in der Schweiz, Südfrankreich und in Spanien ein von der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL) und der ETH Lausanne (EPFL) geleitetes Forschungsteam. Die Ergebnisse zeigen, dass die Eichen verblüffende Temperaturen aushalten. "Die obersten Blätter der Kronen erreichten im August Temperaturen von bis zu 50 Grad Celsius, was ziemlich unglaublich ist", sagt Studienleiterin Charlotte Grossiord, Waldökologin an der WSL und der EPFL. Dies bei einer Lufttemperatur von "nur" rund 40 bis 42 Grad. "Wir sahen, dass die kritischen Temperaturen [im Experiment] erst bei fast 50 Grad Celsius beginnen", sagt Grossiord. Die Eichen in Frankreich und Spanien ertragen bis 51 respektive 53 Grad Celsius Blatttemperatur, die Traubeneichen in der Schweiz mit 59 Grad Celsius sogar noch mehr. Die Studie war am 2. August im Fachmagazin Global Change Biology erschienen.

Quelle: WSL beim idw

Einfach mehr Bäume zu pflanzen, um den Klimawandel wirksam zu bekämpfen und die Wälder als die Kohlenstoffsenke zu erhalten, reicht nicht aus, zeigt eine Studie im Fachmagazin Nature Climate Change. Das internationale Forschungsteam unter Leitung des österreichischen Bundesforschungszentrums für Wald (BFW) mit Beteiligung des Thünen-Instituts für Waldökosysteme betont die entscheidende Rolle der „unterstützten Migration“. Dabei handelt es sich um eine Strategie der Waldbewirtschaftung, bei der Baumarten und Samenherkünfte auch aus entfernten Regionen ausgewählt werden, weil sie am besten an die künftigen Klimabedingungen angepasst sind.

Quelle: Thünen

Ein Team hat den Verlust einzelner Arten in Berlin untersucht: Die Ergebnisse des Forschungsclusters NaturBerlin am Museum für Naturkunde (MfN) belegen einen Artenverlust von 16 % seit Ende des 17. Jahrhunderts und zeigen, dass der Artenverlust sowohl von der zunehmenden Verstädterung als auch von der Größe des Gebietes abhängt. Keine der untersuchten 1.433 aus Berlin verschwundenen Arten ist weltweit ausgestorben, so dass die Möglichkeit einer Wiederansiedlung bestehen bleibt. Im gleichen Zeitraum siedelten sich fast 450 gebietsfremde Arten durch den Einfluss des Menschen in Berlin an, berichtet das Team im Fachjournal Ecology and Evolution.

Quelle: MfN

Forschende weisen erstmals den bakteriellen Erreger der SBR-Krankheit (Syndrom Basses Richesses) in Zwiebeln nach - das Proteobakterium mit dem Namen Candidatus Arsenophonus phytopathogenicus. Als Überträgerinsekt steht die Schilf-Glasflügelzikade unter Verdacht. Sie überträgt den Erreger bereits auf Zuckerrübe und Kartoffel, wo die Infektion zu Qualitäts- und Ertragseinbußen führt, wie ein Forschungsteam vom Julius Kühn-Institut (JKI) gemeinsam mit dem Pflanzenschutzdienst Hessen im Fachjournal Plant Disease Note berichtet.

Quelle: JKI

Der Klimawandel wird die Artenvielfalt und Produktivität von Wiesen und Weiden künftig deutlich beeinflussen. Doch wie groß diese Veränderungen ausfallen, hängt von der Bewirtschaftung ab. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie, für die ein Team vom UFZ Daten aus dem großen Klima- und Landnutzungsexperiment GCEF (Global Change Experimental Facility), das seit zehn Jahren am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) betrieben wird, ausgewertet hat. Auf Hochleistung getrimmtes Grünland reagiert demnach deutlich empfindlicher auf Dürreperioden als weniger intensiv genutzte Wiesen und Weiden. Das kann durchaus wirtschaftliche Konsequenzen für die betroffenen Landwirtschaften haben, warnen die Forscherinnen und Forscher im Fachjournal Global Change Biology.

Quelle: UFZ

Angepflanzte Mangrovenwälder können in 20 bis 40 Jahren 75 Prozent des Kohlenstoffs natürlich vorkommender Bestände binden. Das zeigt eine Studie unter Mitwirkung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT), die jetzt im Fachjournal Science Advances veröffentlicht wurde. Dazu hatte ein internationales Team von 24 Forschenden aus 12 Ländern untersucht, ob angepflanzte Mangroven den Kohlenstoffbestand, also die in der Biomasse und dem Boden eines Mangrovenökosystems gespeicherte C-Menge, natürlich vorkommender Bäume erreichen können und wie lange dies dauert. Die Analyse des internationalen Forschungsteams, geleitet von der US-amerikanischen Forstverwaltung (USFS), gibt neue Einblicke in das Potenzial von Mangroven-Aufforstung für den Klimaschutz.

Quelle: ZMT

Obwohl sie von geschädigten Korallenriffen umgeben ist, ist eine Riffinsel im indonesischen Spermonde Archipel nicht geschrumpft, sondern weitergewachsen. Riffinseln reagieren demnach dynamisch auf Umweltveränderungen, die ihre Riffsysteme stören. Das legt eine neue Studie im Fachmagazin Sedimentary Geology von Forschenden des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen nahe, die die Zusammensetzung der besiedelten Riffinsel Langkai vor Makassar untersucht und den Verlauf der Küstenlinie der Insel seit 1999 rekonstruiert haben. Dazu hatten Wissenschaftler*innen mehr als 50 Sedimentkerne von der Insel entnommen und sie im Labor auf ihre Zusammensetzung und die Veränderung durch die Zeit untersucht. „Tatsächlich haben wir in den Sedimenten, die sich im Laufe der letzten Jahrzehnte entlang der Küste von Langkai abgelagert hatten, weniger Skelettstücke von Korallen entdeckt,“ erklärt Yannis Kappelmann, Doktorand in der Arbeitsgruppe Geoökologie und Karbonatsedimentologie. „Deutlich größer war dafür der Anteil der kalkbildenden Grünalge Halimeda – ein Zeichen, dass die Riffe um Langkai infolge der veränderten Umweltbedingungen nunmehr von Algen dominiert werden.“

Quelle: ZMT

Welchen Einfluss die Duplikation des Genoms auf das Anpassungspotential von Pflanzen hat, haben Forschende der Universitäten Heidelberg, Nottingham und Prag haben anhand der Löffelkräuter (Cochlearia excelsa) untersucht. Die in der Fachzeitschrift Nature Communications publizierten Ergebnisse zeigen, dass Polyploide – Arten mit mehr als zwei Chromosomensätzen – eine Anhäufung von strukturellen Mutationen mit Signalen für eine mögliche lokale Anpassung aufweisen können. Sie sind damit in der Lage, immer wieder von Neuem ökologische Nischen zu besetzen.

Quelle: Uni Heidelberg

In einem letzte Woche veröffentlichten Beitrag in der Fachzeitschrift Nature Plants konnten die Autorinnen und Autoren anhand von Simulationsexperimenten zeigen, dass in den kommenden Jahren die Düngung mit Stickstoff im Weizenanbau bis um das Vierfache ansteigen muss, um das Ertragspotential der Sorten für die Versorgung der wachsenden Weltbevölkerung auszuschöpfen. Diese erhöhte Stickstoffmenge würde allerdings negative Auswirkungen auf die Ökosysteme in der Agrarlandschaft mit sich bringen. Forschende des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) waren an der Studie beteiligt.​​

Quelle: ZALF

In einer Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift Systematic and Applied Microbiology erschienen ist, beschreiben Forschende ein Bakterium, das als aussichtsreicher Kandidat bei der biologischen Kontrolle gegen das Eschentriebsterben gilt. Seit Anfang der 1990er Jahre werden Eschen (Fraxinus excelsior) massiv von einem Pilz befallen, der Äste und Triebe sowie letztlich den gesamten Baum absterben lässt. Trotz intensiver Bemühungen ist es der Forschung bisher noch nicht gelungen, wirksame Bekämpfungsmaßnahmen zu finden. Das von Forschenden des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) neu beschriebene Bakterium Schauerella fraxinea könnte ein aussichtsreicher Kandidat für die biologische Kontrolle der Krankheit werden.

Quelle: ZALF

Ein Forschungsteam hat einen Algorithmus entwickelt, der Beobachtungsdaten der App Flora Incognita analysiert. Daraus lassen sich ökologische Muster ableiten, die Aufschluss über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Pflanzenwelt geben. Die Studie unter der Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig wurde im Fachmagazin Methods in Ecology and Evolution veröffentlicht.

Quelle: iDiv

Forscherinnen und Forscher haben das Erbgut der Mikroalge mit dem wissenschaftlichen Sammelnamen Prymnesium parvum, oft auch ‚Goldalge‘ genannt, sequenziert. Dabei konnten sie die Gensequenzen ausmachen, die für die Giftbildung verantwortlich sind. Die Studie unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) wurde in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht. Im Sommer 2022 verendeten in der Oder rund 1.000 Tonnen Fische, Muscheln und Schnecken. Die Katastrophe war zwar vom Menschen verursacht, doch die unmittelbare Todesursache war das Gift der Mikroalge  Prymnesium parvum. Seitdem haben sich diese Einzeller dauerhaft in der Oder angesiedelt.

Quelle: IGB

Tropenwälder sind für den Schutz der biologischen Vielfalt und des Klimas unerlässlich. Ihr Bestand geht durch Abholzung und Umwandlung für die Landwirtschaft, den Bergbau oder Infrastruktur zurück. Oft wird aber übersehen, dass auch die verbleibenden Wälder durch menschliche Einflüsse kontinuierlich fragmentiert und geschädigt werden. Mittels Fernerkundungsdaten und modernsten Methoden der Datenanalyse haben Forschende u.a. des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie nun erstmalig einen Überblick über das Ausmaß und die langfristigen Auswirkungen der Schädigung feuchter Tropenwälder gewonnen. Ihre in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie zeigt, dass die Auswirkungen dieser Schädigung größer sind als bisher angenommen.

Quelle: MPI für Biogeochemie beim idw

Eine Studie hat erstmals im größeren Umfang gezeigt, dass Permakultur in der Landwirtschaft eine deutliche Verbesserung für Biodiversität, Bodenqualität und Kohlenstoffspeicherung mit sich bringt. Angesichts der Herausforderungen von Klimawandel und Artensterben könnte diese Art der Kultivierung demnach eine echte Alternative für den konventionellen Anbau sein – und Umweltschutz und ertragreiche Landwirtschaft unter einen Hut bringen. Das berichten Forschende der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) gemeinsam mit der BOKU University im Fachmagazin Communications Earth & Environment.

Quelle: RPTU

Die Rolle des Wüstengrases Stipagrostis sabulicola in der afrikanischen Namib-Wüste haben Forschende untersucht. In einer Studie zeigen sie, dass die Pflanze in der Lage ist Feuchtigkeit aus Nebelereignissen aufzunehmen und so eine essenzielle Grundlage eines – insgesamt unerwartet komplexen – Nahrungsnetzes in der von Dürre geprägten Landschaft darstellt. Die Ergebnisse der Forschenden vom Senckenberg Centre for Human Evolution and Palaeoenvironment (SHEP) an der Universität Tübingen und dem Senckenberg Museum für Naturkunde in Görlitz erschienen im Fachjournal Scientific Reports.

Quelle: Senckenberg

Wie eine internationale Studie von 279 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus 27 Ländern zeigt, haben sich die Blütenpflanzen zu einem frühen Zeitpunkt explosionsartig in einer enormen Vielfalt entwickelt. Schon in der frühen Kreidezeit vor 130 Millionen Jahren waren mehr als 80 Prozent der heute existierenden Ordnungen der Angiospermen vorhanden. Im Datensatz befinden sich auch jahrhundertealte Herbarblätter, darunter auch Pflanzenarten, die seit langem als ausgestorben gelten. Mittels einer verbesserten Technologie für DNA-Sequenzierung, entschlüsselten die Forschenden von jeder dieser Pflanzen 353 Gene aus dem Kerngenom. Der Stammbaum der Pflanzen wurde mit über 200 Fossilien „kalibriert“. Dr. Marc Appelhans, Kurator des Herbariums der Universität Göttingen, war als Spezialist für die Zitrusgewächse Teil des Projektes. Die Ergebnisse der Studie sind im April in der Fachzeitschrift Nature erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

In einer neuen Studie haben Wissenschafter*innen des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie, des Alfred-Wegener-Instituts und der Universität Wien eine bisher unbekannte Partnerschaft entdeckt: Eine marine Kieselalge und ein Bakterium, die gemeinsam für einen großen Teil der Stickstoff-Fixierung im Ozean verantwortlich sein können. Es zeigte sich, dass diese Lebensgemeinschaft in den Weltmeeren weit verbreitet ist. Diese winzigen Organismen spielen also wahrscheinlich eine Hauptrolle bei der weltweiten marinen Stickstoff-Fixierung und sind daher entscheidend, um die Produktivität der Meere und die globale Aufnahme von Kohlendioxid durch den Ozean zu gewährleisten. Der neu beschriebene, bakterielle Symbiont ist eng verwandt mit den stickstoff-fixierenden Rhizobien, die mit vielen Kulturpflanzen zusammenleben. Diese Entdeckung könnte also auch neue Wege für die Entwicklung von stickstoff-fixierenden Pflanzen eröffnen. Die Ergebnisse wurden in der aktuellen Print-Ausgabe des Fachmagazins Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

Klein, aber detailreich sind Blüten der Gattung Orthosia, für die Forschende der Pflanzensystematik an der Universität Bayreuth nun nach jahrzehntelanger Bearbeitung erstmals einen vollständigen Überblick vorgelegt haben. Insgesamt konnten 55 Arten abgegrenzt und beschrieben werden, doppelt so viele wie erwartet. Die Ergebnisse stellt das Team im Fachmagazin Annals of the Missouri Botanical Garden vor.

Quelle: Uni Bayreuth

Um Schädlinge auf dem Acker zu bekämpfen, kann es helfen, einige Unkräuter zwischen den Feldpflanzen stehen zu lassen. In diese Richtung deutet zumindest eine aktuelle Studie der Universität Bonn. Besonders positive Effekte erzielte dieser Schritt in Kombination mit weiteren Maßnahmen: dem gleichzeitigen Anbau verschiedener Pflanzen und der Anlage von Blühstreifen. Die Ergebnisse sind nun im Journal of Pest Science erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Eine bislang rätselhafte Verlängerung an einem stärkeabbauenden Enzym könnte bei Algen eine Art Fühler sein, wie viel Stickstoff gerade vorhanden ist. Gibt es davon reichlich, setzen die Algenzellen schnell viele Bausteine für ihr Wachstum frei. Das Boschumer Forschungsteam um Privatdozentin Dr. Anja Hemschemeier und Dr. Lisa Scholtysek aus der Photobiotechnologie-Gruppe an der Ruhr-Universität Bochum (RUB) berichtet in der Zeitschrift Plant Direct über ihre Studie an der Alpha-Amylase aus der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii.

Quelle: RUB

Die atomaren Interaktionen in der Proteinstruktur des Photosystems II hat ein internationales Forschungsteam mithilfe der Kryo-Elektronenmikroskopie in einer noch nie dagewesenen Auflösung auf Nanometer-Ebene sichtbar gemacht. Damit liefert es einen Schlüssel zur Aufklärung grundlegender biochemischer Prozesse, der über die Photosynthese hinaus auch für andere Forschungsdisziplinen wichtig ist. Die Ergebnisse stellt das Team von Wissenschaftler*innen der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), der schwedischen Universitäten Umeå und Uppsala sowie der Universität Potsdam im Fachmagazin Science vor.

Quelle: HU Berlin

Krankheitserregende Bakterien der Art Vibrio vulnificus lassen sich in der Ostsee über die Reduzierung von Algenblüten teilweise kontrollieren. Zu diesem Schluss kommen die Mikrobiologen David Riedinger und Matthias Labrenz vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) in einer ostseeweit angelegten Studie über Vibrio vulnificus. Die Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Communications Earth & Environment veröffentlicht.

Quelle: IOW

Botanische Gärten beherbergen Pflanzen aus aller Welt und sind daher für Forschende ideale Untersuchungsplattformen, um herauszufinden, wie unterschiedliche Pflanzen auf Veränderungen – etwa in Folge des Klimawandels – reagieren. Zahlreiche wissenschaftliche Studien werden mittlerweile in Kooperation mit Botanischen Gärten durchgeführt, so auch im Projekt „PhenObs“ des Integrativen Zentrum für Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv). In einer aktuellen Studie , die im Fachmagazin Ecology and Evolution erschien, hat ein Team der Universität Jena jetzt zeigen können, dass die in Botanischen Gärten zu beobachtende Anpassungsfähigkeit von Arten auch Rückschlüsse auf natürliche Umgebungen ermöglichen, wie die Forschenden um Prof. Dr. Christine Römermann vom Institut für Ökologie und Evolution berichten. Die gemeinsame Studie mit iDiv belegt den Wert von Botanischen Gärten für Untersuchungen zur Anpassungsfähigkeit von Pflanzen an den Klimawandel

Quelle: Uni Jena

Ein Forschungsteam hat herausgefunden, dass Pflanzen von verschiedenen Interaktionen mit Bestäubern und Pflanzenfressern profitieren. So sind Pflanzen, die von Insekten bestäubt werden und sich gegen Fressfeinde wehren müssen, evolutionär besser an verschiedene Bodentypen angepasst. Die Ergebnisse hat das Team der Universität Zürich (UZH) in zwei Publikationen m Fachjournal Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: UZH

Nachtschattengewächse, wie etwa die Kartoffel, Tomate oder Aubergine, enthalten viele medizinisch interessante Wirkstoffe. Aus einer Gruppe davon, den Withanoliden, haben Forschende am CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften nun eine künstliche Variante identifiziert, die hochspezifisch gegen Leukämiezellen wirkt. Modernsten chemischen und genetischen Hochdurchsatzanalysen gelang dem Team um Georg Winter nicht nur, die Wirksamkeit zu bestätigen, sondern auch den Wirkmechanismus aufzuklären: Das Molekül stört den Cholesterin-Stoffwechsel der Tumorzellen. Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Chemical Biology publiziert.

Quelle: CeMM

Forschende der Universität Bonn haben eine Software entwickelt, die das Wachstum von Ackerpflanzen simulieren kann. Dazu fütterten sie einen lernfähigen Algorithmus mit Tausenden von Fotos aus Feldexperimenten. Das Verfahren lernte dadurch, auf Basis eines einzigen Ausgangsbildes die zukünftige Entwicklung angebauter Pflanzen zu visualisieren. Anhand der bei diesem Prozess erzeugten Bilder lassen sich Parameter wie die Blattfläche oder auch der Ertrag treffsicher abschätzen. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Plant Methods erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Um den widrigen Bedingungen des mediterranen Sommers zu entgehen, verzögern manche Samen ihre Keimung bis die heißen und trockenen Zeiten vorbei sind. Anhand des Pflanzenmodells Aethionema arabicum hat ein Forschungsteam zum ersten Mal einen lichtinduzierten Mechanismus beschrieben, der eine sekundäre Samenruhe im Sommer bewirkt. Die Ergebnisse um Zsuzsanna Mérai aus der Gruppe von Liam Dolan am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) wurden im Fachjournal Current Biology veröffentlicht.

Quelle: GMI

Eine neue Studie in der Zeitschtrift Nature hat gezeigt, dass entscheidende pflanzliche Immunmoleküle sich untereinander in einen Verbund verpacken und auf diese Weise vor unerwünschter Aktivierung geschützt werden. Das berichtet ein Team um unter der Leitung von Jijie Chai von der Westlake University in China und Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln.

Quelle: MPIPZ

Ein internationales Forschungsteam hat mit Hilfe einer neuartigen genetischen Uhr die älteste bisher bekannte Meerespflanze entdeckt. Es handelt sich um einen 1.400 Jahre alten Seegras-Klon aus der Ostsee, der aus der Zeit der Völkerwanderung stammt. Das Forschungsprojekt ist ein wichtiger Schritt zum besseren Verständnis und zum Schutz mariner Ökosysteme. Die Studie unter der Leitung von Professor Dr. Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel ist heute in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution erschienen.

Quelle: GEOMAR

Der Kirschlorbeer (Prunus laurocerasus) ist eine der beliebtesten Gartenpflanzen und wird vor allem als Heckenpflanze eingesetzt, da die Art immergrün ist und sehr dicht wächst. Genau diese Merkmale machen den Kirschlorbeer allerdings zum potentiellen Problem, wenn er sich in heimischen Wäldern etabliert, da er möglicherweise andere Arten verdrängt. In einer Studie analysierte Dr. Stefan Abrahamczyk, Botaniker am Naturkundemuseum Stuttgart (SMNS), gemeinsam mit Wissenschaftler*innen der Universität Bonn die Verbreitung der Pflanze im Kottenforst, einem großen Waldgebiet bei Bonn. Die Daten zeigen, dass sich der Kirschlorbeer hier etabliert, was auch in anderen mitteleuropäischen Wäldern zu beobachten ist. Dabei begünstigt der Klimawandel die starke Verbreitung der Art. Die Ergebnisse der Untersuchung wurden nun in einem Artikel in der Fachzeitschrift Biological Invasions veröffentlicht.

Quelle: SMNS

Das Echte Johanniskraut gehört zu den bekanntesten Arzneipflanzen. Weltweit gibt es über 500 Arten. Ihre komplexen Inhaltsstoffe haben vielversprechende medizinische Eigenschaften. Allerdings sind ihre Isolierung und Synthese schwierig. Am Institut für Pharmazeutische Biologie der Technischen Universität Braunschweig haben Wissenschaftler*innen zwei neuartige Enzyme nachgewiesen, die alternative Molekülvarianten bilden. Das eröffnet die Chance, die komplexen Inhaltsstoffe biotechnologisch zu gewinnen. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift Nature Communications.

Quelle: TU Braunschweig beim idw

Intensive Landwirtschaft gilt als eine Ursache des weltweiten Artensterbens. Eine vielfältige Landschaft kann jedoch die Biodiversität auf dem Acker erheblich fördern. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), das Studien aus Europa, Asien, Nord- und Südamerika analysiert hat. Demnach profitieren zahlreiche Wildtier- und -pflanzenarten auf landwirtschaftlichen Feldern von einer vielfältigen Umgebung mit einer hohen Zahl an Feldfrüchten, darunter Vögel, Bienen und andere Nützlinge wie Laufkäfer und Spinnen. Die Untersuchung unter Leitung der Nanyang Technological University (NTU) in Singapur ist im Fachmagazin Ecology Letters erschienen.

Quelle: JLU

Autoreifen enthalten hunderte von chemischen Additiven, die sich aus ihnen herauslösen können. So gelangen sie in Nutzpflanzen und anschließend in die Nahrungskette. Forscher*innen des Zentrums für Mikrobiologie und Umweltsystemwissenschaft der Universität Wien haben nun erstmals chemische Rückstände aus Reifenabrieb in Blattgemüse nachgewiesen. Die Konzentrationen waren zwar gering, der Nachweis dennoch eindeutig. Ein Befund, der etwa auch für Medikamentenrückstände in pflanzlichen Nahrungsmitteln bekannt ist. Die Studie erschien in der Fachzeitschrift Frontiers in Environmental Science.

Quelle: Uni Wien

Manche Algen sind in der Lage, unter bestimmten Bedingungen Wasserstoff herzustellen, einen begehrten grünen Energieträger. Seine Herstellung läuft im einzigartigen katalytischen Zentrum der einzelligen Algen ab und funktioniert nur, wenn auch entsprechende Kofaktoren der verantwortlichen Proteine anwesend sind. Den Zusammenbau eines solchen Kofaktors, des sogenannten Wasserstoff-Clusters, konnten Forschende der Ruhr-Universität Bochum (RUB) aufklären. Sie beschreiben insbesondere die bisher ungeklärte Rolle des Enzyms HydF, das an den letzten Schritten des Zusammenbaus beteiligt ist, in der Zeitschrift Journal of the American Chemical Society (JACS) vom 31. Mai 2024. 

Quelle: RUB

Die molekularen Mechanismen, welche die Samenentwicklung bei blühenden Pflanzen steuern, haben Forschende kürzlich im Fachmagazin Nature Plants vorgestellt. Die Ergebnisse der Forschenden des des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) zeigen, wie mütterliche Gene die Entwicklung des Endosperms regulieren, eines entscheidenden Gewebes in Samen, das den sich entwickelnden Pflanzenembryo ernährt und den Großteil der weltweiten Ernteerträge ausmacht.

Quelle: MPI-MP

Ein Forschungsteam hat Wildbienen auf Kalkmagerrasen untersucht und dabei sowohl die Blütenbesuchsnetzwerke als auch die Pollentransportnetzwerke analysiert. Dabei zeigte sich, dass nicht alle Besuche der Bienen auf den Blüten automatisch auch mit Pollensammeln verbunden waren. Die Pollendaten verdeutlichten zudem, dass die Interaktionen, die nur auf einzelnen Kalkmagerrasen nachzuweisen waren, bei großer Landschaftsvielfalt zunahmen. Diese Spezialisierung der Netzwerke wird also unterschätzt, wenn nur einfach strukturierte Landschaften untersucht werden und keine Angaben zum Pollentransport vorliegen, resümiert das Team unter Leitung der Universität Göttingen über die Veröffentlichung in der Fachzeitschrift PNAS.

Quelle: Uni Göttingen

Die Verschleppung von Tier- und Pflanzenarten in neue Regionen durch den Menschen nimmt weltweit rasant zu, wo sie zum Problem werden können: als Räuber, Konkurrenten um Nahrung und Lebensraum, als Überträger von Krankheiten oder Verdränger heimischer Arten. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Justus-Liebig-Universität Gießen (JLU), der Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung in Frankfurt am Main und der Universität Wien hat nun herausgefunden, dass es in Gebieten indigener Bevölkerungen deutlich weniger nicht-heimische Arten gibt als in vergleichbaren anderen Naturräumen. Dazu hatten die Forscherinnen und Forscher Millionen von Datenpunkten zur Verbreitung nicht heimischer Pflanzen- und Tierarten analysiert und ihre Studie in der Fachzeitschrift Nature Sustainability veröffentlicht. „Das Ergebnis war eindeutig“, sagt Dr. Aidin Niamir von Senckenberg. „Auf Gebieten indigener Bevölkerungen fanden wir ein Drittel weniger nicht einheimische Arten als in vergleichbaren Gebieten.“

Quelle: Uni Göttingen

Wie ein einziger Metabolit Bakterien unter hohen Salzgehalten für Pflanzen toxisch machen kann, zeigt eine Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Communications erschien. Demnach ist ein Molekül, bestehend aus einem Fettsäureschwanz, der mit Aminosäuren verbunden ist, in der Lage, Poren in Membranen zu bilden. Dies könnte erklären, warum die Toxizität des Moleküls erst bei Salzstress für die Pflanzen sichtbar wird. Till Schäberle von der Justus-Liebig-Universität und dem Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Ökologie in Gießen  ist begeistert von den Möglichkeiten, die sich aus dieser Studie für die Verbesserung der Pflanzengesundheit ergeben: "Es ist wichtig, dass wir mehr darüber lernen, wie die von Mikroben produzierten Naturstoffe die Pflanzenphysiologie beeinflussen. Dies wird es uns ermöglichen, wirksame Biologika für den Pflanzenschutz zu entwickeln." Stéphane Hacquard vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) fand es bemerkenswert, dass "ein einziges bakterielles Molekül gleichzeitig Pflanzen für osmotischen Stress sensibilisieren, die bakterielle Fähigkeit zur Besiedlung von Wurzeln fördern und das Wachstum von bakteriellen und pilzlichen Konkurrenten behindern kann."

Quelle: MPIPZ

Welche Rolle Algen bei der Speicherung von Kohlenstoff im Meer spielen, zeigt eine neue Studie. Die Forschenden schätzen, dass die weltweiten Algenwälder jedes Jahr 56 Millionen Tonnen Kohlenstoff (zwischen 10 und 170 Millionen Tonnen) in die Tiefsee transportieren. Zwischen 4 und 44 Millionen Tonnen dieses Kohlenstoffs könnten in jenen Tiefen für mindestens hundert Jahre gespeichert bleiben. Die Ergebnisse des internationalen Forschungsteams, an dem auch Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon beteiligt waren, wurde jetzt im Journal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Helmholtz-Zentrum Hereon

Wenn blaugrüne Teppiche Flüsse und Seen überziehen, ist es mit dem Badevergnügen oft vorbei. Doch was tun gegen solche Massenentwicklungen von Cyanobakterien, umgangssprachlich auch Blaualgenblüten genannt? Bisher hat sich die Wissenschaft vor allem mit der Frage beschäftigt, unter welchen Bedingungen es zu diesem Phänomen kommen kann. Jetzt hat ein Forschungsteam unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) in einer Übersichtsstudie im Fachjournal Harmful Algae zusammengetragen, welche Faktoren Algenblüten zum Abklingen bringen:

1. Durchmischung und Starkregen können Algenblüten beenden
2. Chemische Stoffe anderer Organismen als Waffe gegen Cyanobakterien
3. Wenn die Cyanobakterien „krank“ werden
4. Schicksal: Gefressen werden
5. Konkurrenz um Licht und Nahrung

Diese für eine technische Bekämpfung zu nutzen, ist jedoch aufwändig und der Erfolg ungewiss. Vorbeugung ist daher nach wie vor die beste Methode.

Quelle: IGB

Eine internationale Studie zeigt, welche wichtige Bedeutung das Wurzelsystem von Maispflanzen für dessen Robustheit gegenüber Dürre spielt. Die Forschenden unter Federführung der Universität Bonn haben dazu mehr als 9.000 Sorten analysiert. Dabei zeigte sich, dass sich die Mais-Wurzeln stark unterscheiden - je nachdem, wie trocken der Standort ist, für den die jeweilige Sorte gezüchtet wurde. Sie konnten zudem ein Gen identifizieren, dass bei dieser Anpassung eine Rolle spielt. Möglicherweise ist es ein Schlüssel für die Entwicklung von Sorten, die mit dem Klimawandel besser zurechtkommen. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift Nature Genetics erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Die Architektur der Blütenstände und die Produktivität der Pflanzen sind bei unseren wichtigsten Getreidearten oft eng miteinander verknüpft. Die genetischen Mechanismen, die die Entwicklung von Getreideblütenständen steuern, sind jedoch noch wenig bekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun einen Mechanismus aufgedeckt, durch den Entwicklungssignale, die von den Meristemgrenzen ausgehen, die Ährchenentwicklung regulieren und die Blütenstandsarchitektur bei Gerste sicherstellen. Die Ergebnisse hat das Team in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Tropenwälder sind hochproduktive Ökosysteme, die fast die Hälfte der weltweiten Kohlenstoffsenke der Wälder ausmachen. Wenn die Tropenwälder nicht mehr in der Lage sind, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu entfernen, könnten die Auswirkungen des Klimawandels noch gravierender werden. In jüngster Zeit hat sich herausgestellt, dass diese Wälder nährstoffarm sind, was ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber saisonalen Dürren und die Geschwindigkeit, mit der sie der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen können, beeinträchtigen kann. Diese Abläufe hat ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Göttingen im Budongo-Wald in Uganda untersucht. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler fügten Waldflächen Stickstoff, Phosphor und Kalium hinzu. Das Experiment war das bislang umfangreichste dieser Art in Afrika. Das Team konnte zeigen, dass eine höhere Verfügbarkeit bestimmter Nährstoffe die Produktivität dieser Wälder selbst unter intensiven Dürrebedingungen besser aufrechterhalten kann – Bedingungen, die in den meisten Teilen der Welt bereits vorherrschen. Die Ergebnisse haben sie in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Die Basis des marinen Nahrungsnetzes in der Arktis, das Phytoplankton, reagiert auf Hitzewellen ganz anders als auf konstant erhöhte Temperaturen. Das zeigen die bisher ersten Experimente hierzu, die an der AWIPEV-Station des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) durchgeführt wurden. Wie sich das Phytoplankton verhält, hängt vor allem von Abkühlungsphasen nach oder zwischen den Hitzewellen ab, zeigt eine Studie, die jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances erscheint.  

Quelle: AWI

Pflanzen verfügen über spezielle Korrektur-Moleküle, die Genabschriften nachträglich verändern können. Doch offensichtlich haben diese „Tipp-Ex-Proteine“ nicht in allen Bereichen der Zelle eine Arbeitserlaubnis. Stattdessen kommen sie ausschließlich in Chloroplasten und Mitochondrien zum Einsatz. Eine Studie der Universität Bonn erklärt nun, warum das so ist: Demnach würde der Korrekturmechanismus ansonsten auch fehlerfreie Abschriften verändern - mit fatalen Folgen für die Zelle. Die Ergebnisse sind jetzt in der Fachzeitschrift The Plant Journal erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Forschende der Geographie zeigen, dass der Sommer des vergangenen Jahres der wärmste war, den es seit dem Jahr 1 nach Christus in weiten Teilen der Nordhalbkugel gab. Das berichten sie in einem Artikel, den die Forschenden der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) und der University of Cambridge in der Online-Ausgabe des Magazins Nature veröffentlichten. Durch ihre Arbeit mit den Baumringdaten sind die Forscher noch zu einem anderen beunruhigenden Ergebnis gekommen: „Unsere Berechnungen zeigen, dass die Durchschnittstemperatur in der Zeit von 1850 bis 1900 um 0,24 Grad niedriger war als bislang auf Grundlage der Daten von Wetterstationen angenommen“, sagt Prof. Dr. Jan Esper vom Geographischen Institut. „Das würde bedeuten, dass die Erwärmung größer ist als bisher gedacht und dass die formulierten Klimaziele neu kalkuliert werden müssen.“

Quelle: JGU

Das Jahr 2023 war das wärmste seit Beginn der Wetteraufzeichnungen 1881 durch den Deutschen Wetterdienst. Zugleich gab es viele Niederschläge. Die trockenen, heißen Sommer der vergangenen Jahre wirken jedoch nach. Bei vielen Bäumen sind Teile der Kronen abgestorben. Außerdem sind die geschwächten Bäume anfällig für den Befall von Schädlingen wie Borkenkäfer, Pilze und Misteln. Die langfristig wirkenden Ursachen wie Klimawandel, hohe Stickstoffeinträge sowie eine Vielzahl umbaubedürftiger Reinbestände beeinflussen den Zustand weiterhin negativ. Das zeigt der aktuelle Waldzustandsbericht, wie das Johann Heinrich von Thünen-Institut, Bundesforschungsinstitut für Ländliche Räume, Wald und Fischerei meldet.

Quelle: Thünen-Institut

In einer neuen Studie haben Forschende ein System zur Erzeugung klonaler Geschlechtszellen in Tomatenpflanzen entwickelt und diese zur Entwicklung der Genome der Nachkommen verwendet. Die Befruchtung einer klonalen Eizelle eines Elternteils durch ein klonales Spermium eines anderen Elternteils führte zu Pflanzen, die die vollständige genetische Information beider Elternteile enthielten. Die Studie, in der die Forschenden zum ersten Mal klonale Geschlechtszellen nutzten, um Nachkommen durch einen Prozess zu erzeugen, den sie "polyploides Genomdesign" nennen, haben die Forschenden unter der Leitung von Charles Underwood vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln jetzt in Nature Genetics veröffentlicht.

Quelle: MPIPZ

Pflanzen passen sich mit der Zeit genetisch an die speziellen Verhältnisse der Bio-Landwirtschaft an, wie eine Langzeit-Studie der Universität Bonn zeigt. Dazu bauten die Forschenden des Instituts für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz (INRES) auf zwei benachbarten Feldern Gerstenpflanzen an; einmal unter konventionellen und einmal unter ökologischen Bedingungen. Im Laufe von mehr als 20 Jahren reicherten sich in der Bio-Gerste ganz spezifische Erbanlagen an - andere als in der Vergleichs-Kultur. Bei den genetischen Untersuchungen zeigten sich nun zwei interessante Trends: In den ersten zwölf Jahren veränderte sich die Allel-Häufigkeit der Gerste auf beiden Feldern in dieselbe Richtung. In den Jahren danach entwickelten sich die Allel-Frequenzen der beiden Kulturen jedoch zunehmend auseinander. So reicherten sich unter Öko-Bedingungen vor allem Genvarianten an, die für eine geringere Empfindlichkeit gegen Nährstoff- oder Wassermangel sorgen - also etwa Allele, die die Struktur der Wurzel beeinflussen. Als Grund vermuten die Forschenden Grund die stärker schwankende Nährstoff-Verfügbarkeit im Ökolandbau. Die konventionell angebaute Gerste wurde zudem mit der Zeit genetisch immer einheitlicher; die einzelnen Pflanzen auf dem Feld ähnelten sich also hinsichtlich ihres Erbguts von Jahr zu Jahr stärker. Bei der Bio-Gerste blieb die Heterogenität dagegen höher. Insgesamt zeigen die Ergebnisse, wie sinnvoll die Züchtung von Sorten ist, die für den Biolandbau optimiert sind. Denn sie sind aufgrund ihrer an diese Bedingungen angepassten genetischen Ausstattung robuster und versprechen höhere Erträge. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift Agronomy for Sustainable Development erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Im Meer haben Forschende eine bisher unbekannte Partnerschaft zwischen einer Kieselalge und einem Bakterium gefunden, die für große Teile der Stickstofffixierung in weiten Ozeanregionen verantwortlich sein kann. Der neu beschriebene, bakterielle Symbiont ist eng verwandt mit stickstofffixierenden Rhizobien, die mit vielen Kulturpflanzen zusammenleben. Diese Entdeckung könnte neue Wege für die Entwicklung von stickstofffixierenden Pflanzen eröffnen. Die Forschenden des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie stellen die Symbiose im Fachmagazin Nature vor.

Quelle: MPI für Marine Mikrobiologie

Forschende berichten über die Entdeckung eines Schloss und Schlüssel-Prinzips wie RALF-Peptide (für Rapid ALkalinization Factors) nur das Einwachsen eigener Pollenschläuche ermöglichen und über eine Doppelrolle als Zellwandkomponenten und extrazelluläre Sensoren der Zellwandintegrität von Pollenschläuchen. Die Forschenden haben jetzt sog. sRALFs entdeckt, die in Papillenzellen der Blütennarbe kontrollieren, dass nur eigene Pollenschläuche ins Transmissionsgewebe eindringen können. Nur wenn kompatible pRALFs in Pollen vorhanden sind, wird nach einem Schloss und Schlüssel-Prinzip das Einwachsen eigener Pollenschläuche ermöglicht. Damit zeigen die Wissenschaftler*innen aus China und Regensburg im Fachmagazin Plant Cell die Rollen von sekretierten Peptiden während der Befruchtung bei Maispflanzen. In ersten Anwendungen haben die Forschenden dieses Wissen bereits genutzt, um Kreuzungsbarrieren zwischen Pflanzenarten zu überwinden, die bisher nicht gekreuzt werden können – mit dem langfristigen Ziel neue und verbesserte Nutzpflanzen erzeugen zu können.

Quelle: Uni Regensburg

Bergwiesen sind einzigartige Ökosysteme. Ein Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass der Klimawandel den Humusgehalt sowie die Stickstoffspeicher in den Grünlandböden der Alpen reduziert und die Bodenstruktur stört. Organische Düngung, beispielsweise mit Gülle, kann den Verlust organischer Bodensubstanz zumindest teilweise ausgleichen, berichtet das Team unter Leitung der Technischen Universität München (TUM) in der Fachzeitschrift Geoderma unter dem Titel Rapid loss of organic carbon and soil structure in mountainous grassland topsoils induced by simulated climate change.

Quelle: TUM

Grundlage der morphologischen Komplexität von Landpflanzen sind unter anderem komplizierte Netzwerke von Genen, deren koordinierte Wirkung die Pflanzenkörper durch verschiedene molekulare Mechanismen formt – seien es winzige Moosblättchen, emporragende Baumstämme, verborgene Wurzeln oder beindruckende Seerosenblüten. All diese prächtigen Formen sind aus einem einmaligen evolutionären Ereignis hervorgegangen: der Eroberung des Landes durch die Pflanzen. Unter den am engsten mit den Landpflanzen verwandten Algen finden sich verschiedene Wuchsformen, von einzellig bis hin zu komplexeren Zellfäden. Aus dieser Algengruppe hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universitäten Göttingen und Nebraska-Lincoln nun die ersten Genomdaten komplexer Exemplare gewonnen, und zwar von vier fadenförmigen Sternalgen der Gattung Zygnema. An der Forschung waren mehr als 50 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus neun Ländern beteiligt (s.a. "Raus aufs Land"-Meldung aus Jena), die eine Reihe modernster Sequenzierungstechniken kombinierten, um die gesamte DNA-Sequenz der Algen zu entschlüsseln. Die Methoden ermöglichten es ihnen, vollständige Genome dieser Organismen auf der Ebene ganzer Chromosomen zu erstellen – was bei dieser Gruppe von Algen noch nie zuvor gemacht wurde. Der Vergleich dieser hoch aufgelösten Genome mit denen anderer Pflanzen und Algen führte zur Entdeckung wichtiger Signalgene für die Antwort auf sich verändernde Umweltbedingungen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Genetics veröffentlicht.

Quelle: Uni Göttingen

Welche genetischen Faktoren die Evolution eines bestimmten Photosynthesemechanismus bei Ananasgewächsen beeinflussen, um die Wassernutzung effizienter zu gestalten, schildern Forschende im Fachmagazin The Plant Cell. In dieser Studie konzentrierte sich das internationale Forschungsteam auf zwei Tillandsia-Arten mit unterschiedlichen Photosyntheseformen – CAM vs. C3 – was bedeutet, dass der C3-Art die spezielle Anpassung an wasserarme Bedingungen fehlt. Durch den Einsatz moderner Techniken zur Untersuchung der Genetik und Biochemie von Pflanzen – wie z.B. Analyse der Genanordnung, der molekularen Evolution und der Evolution von Genfamilien, der zeitlichen Variation der Genexpression und der Metaboliten – fanden die Forschenden unter der Leitung des Departments für Botanik und Biodiversitätsforschung der Universität Wien heraus, dass Veränderungen in der Genregulation hauptsächlich für die genomischen Mechanismen verantwortlich sind, die die CAM-Evolution bei Tillandsia vorantreiben. Sie zeigen, "dass die Genome von Tillandsia, wie auch die anderer Pflanzen, zwar stark verändert wurden, die Anpassung der Funktionsweise der Photosynthese aber vorwiegend durch die Regulation von Genen und nicht durch die Veränderung von Gensequenzen, die für Proteine kodieren, erfolgt", wie Erstautorin Clara Groot Crego die Ergebnisse bewertet. Dies wirft ein Licht auf die komplexen Vorgänge, die zur Anpassung der Pflanzen und zur ökologischen Vielfalt führen.

Quelle: Uni Wien

Lange Zeit ging man davon aus, dass Fleisch in der Ernährung der Jäger und Sammler vor dem Übergang zum Neolithikum eine wichtige Rolle spielte. Da es jedoch nur wenige gut erhaltene menschliche Überreste aus paläolithischen Fundstätten gibt, sind Informationen über die Ernährungsgewohnheiten der Menschen in der Zeit vor der Landwirtschaft rar. Eine in Nature Ecology & Evolution erschienene Studie stellt diese Vorstellung nun in Frage und liefert überzeugende Isotopenbeweise dafür, dass frühe Jäger und Sammler aus Marokko vor 15.000 Jahren eine starke Vorliebe für pflanzliche Nahrung hatten. Die Ergebnisse zeigen deutlich, dass die Ernährung dieser Jäger und Sammler viele Jahrtausende vor der Einführung der Landwirtschaft in der Region einen hohen Anteil an mediterranen Pflanzen enthielt. Archäobotanische Funde wie Eicheln, Pinienkerne und wilde Hülsenfrüchte aus der Fundstätte unterstützen diese Hypothese. Darüber hinaus deutet die Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie darauf hin, dass pflanzliche Nahrung auch Teil der Ernährung von Kleinkindern war und möglicherweise als Entwöhnungsnahrung diente.

Quelle: MPI für evolutionäre Anthropologie

Europas Wälder wurden durch den Klimawandel bereits stark in Mitleidenschaft gezogen. Durch Dürre und Borkenkäfer sind bereits tausende Hektar an Bäumen abgestorben. Wissenschafter*innen der Universität Wien und der Technischen Universität München (TUM) haben nun untersucht, mit welchen Bäumen sinnvoll wieder aufgeforstet werden kann. Dazu hatten die Wissenschafter*innen die 69 häufigeren der knapp über 100 europäische Baumarten in Hinblick auf das 21. Jahrhundert in Europa untersucht. Ihr in der Fachzeitschrift Nature Ecology and Evolution veröffentlichtes Ergebnis: Im europäischen Durchschnitt sind von diesen 69 Arten nur neun pro Standort zukunftsfit, in Österreich sind es zwölf, darunter etwa Stieleiche, Winterlinde und Weißtanne. Welche Baumarten zukünftig in welche Region Europas passen, variiert insgesamt stark. Mischwälder sind jedoch wichtig für die Überlebensfähigkeit von Wäldern, sonst könnte das Ökosystem Wald insgesamt geschwächt werden.

Quelle: Uni Wien

Die globale biologische Vielfalt ist im 20. Jahrhundert allein durch veränderte Landnutzung um 2 bis 11 Prozent zurückgegangen. Das ist das Ergebnis einer in der Zeitschrift Science veröffentlichten Studie. Die Modellberechnungen der Forschenden des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigen auch, dass der Klimawandel bis Mitte des 21. Jahrhunderts zum Hauptgrund für den Rückgang biologischer Vielfalt werden könnte. Dazu hatten die Forschenden dreizehn Modelle verglichen: diese berechneten die Auswirkungen von Landnutzungs- und Klimawandel auf vier verschiedene Messgrößen biologischer Vielfalt sowie auf neun verschiedene Ökosystemleistungen.

Quelle: iDiv

Die bisher umfassendste Genom-Analyse der Pflanzenwelt haben Forschende über Blütenpflanzen erstellt. Unter Federführung der Königlichen Botanischen Gärten in Kew, in Großbritannien, hat ein internationales Forscherteam in fast fünf Jahren Arbeit das Ziel verfolgt, den Stammbaum aller 330.000 bekannten Blütenpflanzen zu erstellen. Ein Team der Gruppe um Prof. Hanno Schaefer vom Lehrstuhl für Biodiversität der Pflanzen von der Technischen Universität München hat dazu die Kürbisgewächse und ihre Verwandtschaft analysiert, die als wichtige Obst- und Gemüsepflanzen bekannt sind. So gehören zum Beispiel die Wassermelone, die Gurke, die Zucchini aber auch die als Zierpflanzen beliebten Begonien in diese Verwandtschaftsgruppe. Nun kommen die Rosenartigen hinzu; bisher war man davon ausgegangen, dass Kürbisse eher Verwandte von Buchen sind. Die Studie wurde gestern in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: TUM

Ein Forschungsteam hat „Deep-Learning“-Modelle entwickelt, die Gensequenzdaten mit der mRNA-Kopienzahl für mehrere Pflanzenarten verknüpfen und die regulatorische Wirkung von Gensequenzvariationen vorhersagen. Die Ergebnisse hat das Team unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) mit Beteiligung des Forschungszentrums Jülich in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Die Aufklärung der Beziehung zwischen Sequenzen von regulatorischen Elementen und ihren Zielgenen ist der Schlüssel für das Verständnis der Genregulation und ihrer Variation zwischen Pflanzenarten und Ökotypen.

Quelle: IPK (pdf)

Forschenden ist es erstmals gelungen, effizient große Gen-Abschnitte stabil und präzise in die DNA von höheren Pflanzen einzubauen. Dafür optimierten sie die Gen-Editierungsmethode CRISPR/Cas, die gemeinhin als Genschere bekannt ist. Das verbesserte CRISPR-Verfahren bietet einen Fortschritt sowohl für die Züchtung als auch für die Wissenschaft und eröffnet Möglichkeiten der gezielten Veränderung des Erbguts höherer Pflanzen. Die Studie wurde von Prof. Alain Tissier und Dr. Tom Schreiber vom Leibniz-Institut für Pflanzenbiochemie (IPB) geleitet und ist im Fachjournal Molecular Plant erschienen.

Quelle: IPB

Mit eigenem botanischen Sammlungsmaterial und ihrer Expertise zur Evolution der Kreuzblütler, den Kohlgewächsen, haben Forschende der Universität Heidelberg mitgewirkt an einer internationalen Großstudie, die einen umfassenden „Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen erstellt hat. Für diesen Stammbaum analysierten Forscherinnen und Forscher weltweit die Erbinformation von mehr als 9.500 Arten aus fast 8.000 Gattungen. Die Heidelberger Forschenden vom Centre for Organismal Studies (COS) nutzten dafür umfangreiches Material aus Lebendsammlungen, Saatgutsammlung und Herbarium. Der „Stammbaum des Lebens“ für Blütenpflanzen wurde jetzt in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht. Beteiligt waren auch Forschende aus München und Bayreuth.

Quelle: Uni Heidelberg

Gebirge sind vom Klimawandel besonders betroffen: Sie erwärmen sich schneller als das Flachland. Mit der Erwärmung schwindet die Schneedecke und Zwergsträucher wie etwa das Heidekraut (Calluna vulgaris) dringen in höhere Lagen vor – mit starken Auswirkungen auf die jahreszeitlichen Abläufe der sensiblen alpinen Ökosysteme. Die Störung des zeitlichen Zusammenspiels von Pflanzen und Bodenmikroorganismen, das für den Ablauf von Stoffkreisläufen in Ökosystemen wesentlich ist, zeigt eine in der Fachzeitschrift Global Change Biology erschienene Studie mit Beteiligung des Innsbrucker Ökologen Michael Bahn, der über mehrere Jahre Feldstudien im Hinteren Ötztal in Tirol durchgeführt hat. "Eine frühere Schneeschmelze führt zu einem abrupten saisonalen Übergang der mikrobiellen Gemeinschaften. Die Funktion des Winter-Ökosystems wird dadurch verkürzt und seine Wirkweise eingeschränkt", erklärt Bahn.

Quelle: Uni Innsbruck

Mykoheterotrophe Pflanzen versorgen sich über einen Pilz-Partner mit Kohlenstoff, nicht über Photosynthese, wie andere Pflanzen. Vollständig mykoheterotroph lebende Pflanzen sind meist klein und werden am Waldboden schnell übersehen. Sie liefern allerdings den entscheidenden Nachweis für die Bedeutung des Wood Wide Web (Mykorrhiza-Netzwerke): Sie besitzen keine grünen Blätter und können somit keine Photosynthese betreiben, weshalb sie sich vollständig auf Kosten der Mykorrhiza-Pilze ernähren. Diese Pilzpartner gehen gleichzeitig eine zweite Partnerschaft mit Waldbäumen ein und können einen Kohlenstoffaustausch zwischen den Pflanzen vermitteln. „Damit belegen die vollständig mykoheterotrophen Pflanzen die Existenz von Mykorrhiza-Netzwerken, an denen mindestens drei Partner – zwei Pflanzen und ein Pilz – beteiligt sind“, sagt Prof. Dr. Gerhard Gebauer von der Universität Bayreuth, der an in Nature Plants erschienenen Studie beteiligt war.  Somit können Mykorrhiza-Netzwerke in Wäldern den Kohlenstofftransfer zwischen Pflanzen unterstützen und stellen dadurch das oben genannte Dogma des Kohlenstoff-gegen-Nährstoff-Transfers in der Symbiose zwischen Pilz und Pflanze infrage.

Quelle: Uni Bayreuth

Forschende haben eine neue Indikation für Cnicin, einen Inhaltsstoff des Benediktenkrauts (Cnicus benedictus), entdeckt, das seit Jahrhunderten in Form von Extrakten oder Tees beispielsweise bei Verdauungsbeschwerden verwendet wird: Im Tiermodell sowie mit humanen Zellen zeigten sie, dass Cnicin das Wachstum von Axonen, den Fortsätzen von Nervenzellen, deutlich beschleunigt. Die Studie haben die Forschenden des Zentrums für Pharmakologie der Uniklinik Köln und der Medizinischen Fakultät der Universität zu Köln in der Zeitschrift Phytomedicine veröffentlicht. Eine erhöhte Regenerationsgeschwindigkeit könnte einen großen Unterschied machen, damit Nervenfasern nach einer Verletzung ihre ursprünglichen Zielgebiete rechtzeitig erreichen, bevor irreversible Funktionsverluste eintreten.

Quelle: Uni Köln

Selbst wenn Treibhausgas-Emissionen ab heute drastisch reduziert würden, müsste die Weltwirtschaft aufgrund des Klimawandels bis 2050 bereits mit einem Einkommensverlust von 19 Prozent rechnen, so eine jetzt in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte Studie. Diese Schäden sind sechsmal höher als die Vermeidungskosten zur Begrenzung der globalen Erwärmung auf zwei Grad. Auf der Grundlage von empirischen Daten aus mehr als 1.600 Regionen der letzten 40 Jahre haben Forschende des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) die zukünftigen Auswirkungen veränderter klimatischer Bedingungen auf das Wirtschaftswachstum berechnet.

Quelle: PIK

Laut einem Forschungsteam unter der Leitung von Paläontolog*innen der Universität Wien entwickelte sich die für Blütenpflanzen typische netzartige Blattäderung bereits deutlich früher als gedacht, starb aber mehrfach wieder aus. Mithilfe neuer Methoden wurde die fossile Pflanze Furcula granulifer nun als ein solcher Vorreiter identifiziert: Die Blätter dieser Samenfarnart wiesen bereits in der späten Trias (etwa vor 201 Millionen Jahren) die hierarchische, vernetzte Äderung auf. Die Studie erschien aktuell im Fachjournal New Phytologist.

Quelle: Uni Wien

Polyploide Pflanzen mit mehrfachen Chromosomensätzen sind salztolerant oder dürreresistent und erzielen oft höhere Erträge. Frisch gebildete polyploide Pflanzen sind jedoch oft steril oder nur vermindert fruchtbar und für die Züchtung resistenter Linien ungeeignet. Grund dafür ist, dass bei diesen Pflanzen der Pollenschlauch nicht korrekt wächst und deshalb die Befruchtung nicht stattfindet. Das Pollenschlauchwachstum wird zur Hauptsache von zwei Genen gesteuert, die für die Züchtung von Nutzpflanzen interessant sein könnten. Kirsten Bomblies, ETH-​Professorin für Molekulare Pflanzenevolutionsgenetik, und ihr Team haben nun einen bisher unerkannten Mechanismus für die verminderte Fruchtbarkeit von Polyploiden gefunden und im Fachmagazin Science vorgestellt.

Quelle: ETH Zürich

Palmöl ist ein weitverbreiteter Bestandteil zahlreicher Lebensmittel und Kosmetika. Der Boom des Ölpalmanbaus in Indonesien in den vergangenen Jahrzehnten hat die Lebensbedingungen zahlreicher Landwirte verbessert, dabei aber zum Verlust der biologischen Vielfalt und großflächigen Zerstörung der Regenwälder geführt. Jedoch ist eine Abkehr vom Palmöl mittelfristig nicht zu erwarten – zu vielfältig und wirtschaftlich bedeutsam sind seine zahlreichen Verwendungen. Ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universitäten Göttingen und Hohenheim hat nun Wege für die Zukunft des Ölpalmanbaus skizziert, die wirtschaftlichen Wohlstand und ökologische Nachhaltigkeit besser in Einklang bringen sollen. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

Die Reaktion auf anhaltenden oder akuten kurzzeitigen Bormangel ähnelt der Antwort von Raps auf Schädlinge und Infektionen, zeigt eine neue Studie. Einen Bormangel sieht man den betroffenen Pflanzen äußerlich lange nicht an, insbesondere in der Wachstumsphase vor der Blüte. Trotzdem hat dieser schwerwiegende Folgen: Zuerst hemmt der Mangel das Wurzelwachstum, dann verkümmern die Blüten und sterben schließlich vorzeitig ab. Enorme Ertragsverluste können damit verbunden sein. Um die zugrundeliegenden Mechanismen zu verstehen, haben Forschende der Technischen Universität München (TUM), der Universität Bielefeld, und des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) untersucht, welche Gene bei Bormangel und welche bei ausreichender Versorgung aktiv sind. Die Ergebnisse, die in der Zeitschrift Physiologia Plantarum erschienen, legen die Grundlage für die Züchtung von Pflanzen, die besser mit Bormangel umgehen können, und für die Vermeidung von Ertragsverlusten, die durch Bormangel verursacht werden.

Quelle: TUM

Fruchtfressende Vögel spielen eine wichtige Rolle in den Waldökosystemen, insbesondere im Atlantischen Regenwald in Brasilien. Wildlebende Vögel können das Kohlenstoffpotenzial in sich regenerierenden tropischen Wäldern um bis zu 38 Prozent erhöhen. Die Erhöhung der Waldbedeckung auf über 40 Prozent kann für den Erfolg von Wiederherstellungsinitiativen entscheidend sein. Das berichten Forschende des Crowther Lab der ETH Zürich in der Zeitschrift Nature Climate Change.

Quelle: ETH Zürich

Das Klima reguliert das Pflanzenwachstum, aber das Klima wird auch von Pflanzen beeinflusst. Je nach Pflanzenmix haben Ökosysteme sogar einen starken Einfluss auf das Klima in Europa, wie eine Studie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) im Journal Global Change Biology zeigt. Die Forschenden verknüpften Satellitendaten mit rund 50.000 Vegetationsaufnahmen aus ganz Europa. Gut fünf Prozent der regionalen Klimaregulation lassen sich durch die Pflanzenvielfalt vor Ort erklären. Die Analyse zeigt zudem, dass die Effekte von vielen weiteren Faktoren abhängen. Pflanzen beeinflussen das Klima, indem sie Sonnenlicht reflektieren oder durch Verdunstung ihre Umgebung abkühlen.

Quelle: MLU

Forschende haben ein bisher unbekanntes Gen in Cyanobakterien  - auch Blaualgen genannt - entdeckt, das eine zentrale Rolle in der Koordination des Stickstoff- und Kohlenstoffwechsels spielt: Die Cyanobakterien steuern damit indirekt das Wachstum von Mikroorganismen, welche die Photosynthese fördern. Das Gen kodiert ein Protein mit dem Namen NirP1. Dieses wird nur hergestellt, wenn die Zellen einen Mangel an Kohlenstoff relativ zu dem verfügbaren Stickstoff feststellen. „Unsere Arbeit zeigt, dass es vielfältige, bisher nicht bekannte Wechselbeziehungen selbst zwischen den kleinsten Organismen in der Umwelt gibt und dass eine Vielzahl bisher unbekannter Gene dabei eine Rolle spielt“, sagt Prof. Dr. Wolfgang R. Hess. Die Ergebnisse des Teams um den Professor für Genetik an der Universität Freiburg sind in der Fachzeitschrift Nature Communications erschienen.

Quelle: Uni Freiburg

Es gibt zwar mehr als 120 Kaffeesorten, aber rund 70 Prozent der weltweiten Kaffeeproduktion gehen auf die Sorte Arabica zurück. Sie verträgt jedoch steigende Temperaturen weniger gut und ist anfälliger für Krankheiten. Außerdem schrumpft durch den Klimawandel die Anbaufläche, auf der Kaffee angebaut werden kann, und die Wasserknappheit führt zu erheblichen Ertragseinbußen. Die Pflanzenforschung ist daher auf der Suche nach neuen Arabica-Sorten. Nun haben Expert*innen ein Arabica-Referenzgenom entwickelt und in einer öffentlich zugänglichen digitalen Datenbank verfügbar gemacht, wie sie in der Zeitschrift Nature Genetics berichten. Beteiligt waren u.a. Forschende von Nestlé, aus Brasilien, Frankreich, den UDS sowie der Uni Leipzig. Ihre Ergebnisse erleichtern die Analyse verschiedener Merkmale der Kaffeesorte, um spezifische Eigenschaften wie bessere Erträge, die Größe der Kaffeekirschen und eine größere Widerstandsfähigkeit gegen Krankheiten oder Trockenheit sowie Geschmacks- oder Aromamerkmale zu ermitteln.

Quelle: Uni Leipzig

Biodiversität erhalten ohne landwirtschaftliche Produktivität zu reduzieren: Bislang scheiterte die Quadratur dieses Kreises daran, dass das sozialökologische System der Landwirtschaft hochkomplex ist und die Wechselwirkungen zwischen Mensch und Umwelt mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu erfassen sind. Dank neuer Technologie zeigt ein Forschungsteam der Technischen Universität München (TUM) und der Universität Hohenheim in Stuttgart einen vielversprechenden Weg auf, die bisherigen Gegensätze zu versöhnen. Dabei setzen die Mitglieder des Teams auf eine Weiterentwicklung von Künstlicher Intelligenz in Kombination mit kollektivem, menschlichem Urteilsvermögen: die Nutzung von hybrider Intelligenz, die sie in der Fachzeitschrift Nature Food vorstellen.

Quelle: TUM

Mehrere Tausend einheimische Insektenarten in Deutschland hängen von einheimischen Gehölzen ab. Allerdings werden in der Bundesrepublik im Zusammenhang mit Anpassungen an den Klimawandel zunehmend gebietsfremde Baumarten gepflanzt. Das Senckenberg-Forschungsteam zeigt in Kooperation mit weiteren Wissenschaftlern, dass die Verwendung einheimischer Baumarten unabdingbar ist, um dem Rückgang einheimischer Insektenarten zu begegnen. Die Ergebnisse haben sie in der Zeitschrift des Bundesamtes für Naturschutz „Natur und Landschaft“ veröffentlicht.

Quelle: Senckenberg

Schluss mit einer einseitigen industriellen Landwirtschaft, denn eine diversifizierte Landwirtschaft nützt sowohl Mensch und Umwelt, zeigt eine aktuelle Studie. Die umfangreiche globale Studie unter der Leitung der Universität Hohenheim in Stuttgart und der Universität Kopenhagen in Dänemark hat weltweit die Auswirkungen einer diversifizierten Landwirtschaft untersucht. Die Mischung von Viehhaltung und Ackerbau, die Integration von Blühstreifen und Bäumen, sowie Wasser- und Bodenschutz und vieles mehr: Die positiven Effekte nehmen mit jeder Maßnahme zu, während negative Auswirkungen kaum zu finden sind. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse, an denen u.a. auch das Leibniz Institut zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB) beteiligt war, heute in der aktuellen Ausgabe von Science.

Quelle: Uni Hohenheim

Pflanzen sind sehr widerstandsfähig und überleben auch in rauen Umgebungen. Das liegt unter anderem am bemerkenswert effizienten Wundheilungsprozess – den Wissenschafter*innen schon seit mehr als hundert Jahren untersuchen. Eine neue Studie des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) zeigt nun, dass der Prozess weniger kompliziert ist als gedacht und durch Druck sowie mechanische Kräfte angetrieben wird. Die Ergebnisse, die nun im Fachjournal Developmental Cell veröffentlicht sind, könnten praktische Anwendungen in der Landwirtschaft haben.

Quelle: ISTA

Das Forschungsteam hat nun erstmals einen molekularen Mechanismus aufgedeckt, über den die beiden Module der Photosynthese, die sog. Licht- und Kohlenstoffreaktion, ihre Aktivitäten über den „Thylakoid-K+-Exchange-Antiporter 3“ (KEA3) miteinander synchronisieren. Das hat das Forschungsteam aus Bergen, Bochum, Düsseldorf, Münster und Potsdam hat unter Leitung von Prof. Dr. Ute Armbruster der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) sowohl Computersimulationen als auch verschiedene experimentelle Ansätze henutzt, unter anderem Biosensoren. In der Fachzeitschrift Nature Communications beschreiben sie einen entscheidenden molekularen Mechanismus, der die beteiligten Prozesse synchronisiert und der Pflanzen dabei hilft ihre Photosynthese auf Lichtänderungen anpassen.

Quelle: HHU

Wenn Kulturpflanzen auf arsenhaltigen Böden wachsen, sammelt sich das giftige Element in der Nahrungskette an. Eine Studie im Fachmagazin PNAS mit Beteiligung der Universität Basel hat nun einen Mechanismus nachgewiesen, mit dem Maispflanzen die Aufnahme von Arsen reduzieren: Dafür verantwortlich ist ein spezieller Wirkstoff, den Wurzeln - wie ein Gegengift - in den Boden abgeben.

Quelle: Uni Basel

Ein neu entdecktes Bakterium bildet ein Team mit einer Grünalge, das sich gegenseitig beim Wachstum unterstützt. Das Bakterium Mycetocola lacteus hilft der Mikroalge Chlamydomonas reinhardtii außerdem dabei, den Giftstoff eines anderen, schädlichen Bakteriums zu neutralisieren. Das grundlegende Verständnis des Zusammenspiels von Algen und Bakterien spielt auch beim Klimaschutz eine wichtige Rolle, da es dazu beitragen kann, diese ökologisch wichtige Partnerschaft zu verstehen und somit zu schützen. Die Ergebnisse der Studie werden am 5. April in der wissenschaftlichen Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. "Während das Bakterium bestimmte überlebenswichtige B-Vitamine und eine schwefelhaltige Aminosäure erhält, wird das Wachstum der Grünalge optimiert“, sagt Prof. Dr. Maria Mittag, Professorin für Allgemeine Botanik der Friedrich-Schiller-Universität Jena. "Neben Landpflanzen produzieren Algen und Cyanobakterien einen großen Teil des Sauerstoffs und binden etwa die Hälfte des Kohlendioxids in der Atmosphäre durch Photosynthese. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag für das Leben auf der Erde“, stellt Mittag fest. 

Quelle: Uni Jena

Forschende haben verblüffende Parallelen zwischen der Immunantwort von Pflanzen und Tieren entdeckt: Proteinfamilien, die in beiden Lebensformen ähnlich sind, sind auf den Kalziumgehalt angewiesen, um eine Immunreaktion auszulösen. Das berichten die Forschenden unter Federführeng des Instituts für Pflanzenwissenschaften und Mitglied im CEPLAS Exzellenzcluster für Pflanzenwissenschaften in einer Veröffentlichung in der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe. Eine aktuelle Studie gibt Aufschluss darüber, wie bestimmte Immunproteine Pflanzen widerstandsfähig gegen Krankheiten machen.

Quelle: Uni Köln beim idw

Gerste ist weltweit eine der wichtigsten Getreidekulturen. Viele Sorten produzieren ein giftiges Alkaloid namens Gramin. Dies schränkt die Nutzung als Futtermittel ein, schützt Gerste aber vor Krankheitserregern und Insekten. Bisher war die genetische Grundlage der Gramin-Biosynthese nicht geklärt, daher konnte die Produktion nicht gesteuert und diese Möglichkeit nicht für die Züchtung genutzt werden. Nun ist es Forschungsgruppen des IPK Leibniz-Instituts und der Leibniz Universität Hannover gelungen, den kompletten Biosyntheseweg von Gramin zu entschlüsseln. Damit wird nicht nur die Produktion in Modellorganismen möglich, sondern kann umgekehrt auch in Gerste unterbunden werden. Die Ergebnisse wurden heute in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Quelle: Uni Hannover

Ein internationales Forschungsteam hat untersucht, auf welche Weise Pflanzen die Genexpression verändern, wenn sich ihre Umwelt ändert. Wie die letzte Woche in The Plant Cell veröffentlichte Studie zeigt, reagieren Pflanzen flexibel auf verschiedene Arten von Stress. Sie können die Genexpression auf der Ebene des alternativen Spleißens anpassen, damit sie überleben können. Dazu hatten die Biotechnologin Dr. Julieta Mateos von der Fakultät für Biologie der Universität Bielefeld und Prof. Dr. Dorothee Staiger bei Arabidopsis untersucht, wie die genetische Information in den Zellen verarbeitet wird, insbesondere beim sogenannten alternativen Spleißen von RNA.

Quelle: Uni Bielefeld

Forschende haben Neuland betreten und gezeigt, dass ein HMG-Box-Gen in Braunalgen für die Bestimmung des männlichen Geschlechts entscheidend ist. Dieser Durchbruch erweitert das Verständnis der Mechanismen zur Geschlechtsbestimmung in eukaryotischen Organismen erheblich. Bislang waren die Gene, die maßgeblich zur Geschlechtsbestimmung beitragen, nur bei einigen wenigen Wirbeltieren und Pflanzen identifiziert worden. Die von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Biologie in Tübingen in der Fachzeitschrift Science veröffentlichte Studie beleuchtet die evolutionären Parallelen in den Entwicklungswegen zwischen Tieren und Algen, obwohl sie vor Millionen von Jahren unabhängig voneinander entstanden sind. Sie unterstreicht die wiederkehrende Verwendung eines gemeinsamen genetischen „Bausatzes“ für lebenswichtige biologische Funktionen bei weit voneinander entfernten Abstammungslinien. Die Forschungsergebnisse bieten nicht nur tiefere Einblicke in die Fortpflanzungsbiologie von Braunalgen, sondern decken auch entfernte evolutionäre Konvergenzen auf.

Quelle: MPI für Biologie

Wer analysieren will, braucht Daten: Forschende der Universität Bonn und ETH Zürich haben eine Datenbank veröffentlicht, die über 6.000 Agrar-Umwelt-Politiken enthält. Damit erhalten Forschende aber auch Politiker und Unternehmen die Möglichkeit, den verschiedensten Fragenstellungen nachzugehen. Dies demonstrieren die Forschenden anhand der Beispiele, wie die wirtschaftliche Entwicklung eines Landes mit der Einführung von Agrar-Umwelt-Politiken zusammenhängt oder welchen Einfluss nationale Strategien auf die Bodenerosion haben. Die Studie wurde nun in Nature Food veröffentlicht. Die Datenbank ist öffentlich zugänglich unter: https://zenodo.org/records/10842614 

Quelle: Uni Bonn

Wie ein internationales Forschungsteam an Maispflanzen herausfand, tragen nicht nur die Eigenschaften des Bodens, sondern auch die Erbanlagen der Pflanze dazu bei, welche der Mikroben sich an der Wurzel tummeln. Dies wurde auch durch den Einsatz des Werkzeugkastens der quantitativen Genetik ermöglicht. Die Ergebnisse der Studie unter Federführung der Universität Bonn (siehe Meldung oben) und unter Beteiligung des IPK Leibniz-Institutes sind im Journal Nature Plants erschienen und könnten helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: IPK (pdf)

Winzlinge wie Bakterien und Pilze helfen Pflanzenwurzeln bei ihrer Arbeit und fördern ihre Gesundheit. Eine gängige Vorstellung ist, dass die Zusammensetzung dieser Mikroben von den Bodeneigenschaften abhängt. Jedoch hat nun ein internationales Forschungsteam unter Federführung der Universität Bonn an verschiedenen lokalen Maissorten herausgefunden, dass die Erbanlagen der Pflanze ebenfalls dazu beitragen, welche Mikroorganismen sich an der Wurzel tummeln. Die Ergebnisse, die nun in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht sind, könnten künftig dabei helfen, besser an Dürre und Nährstoffmangel angepasste Maissorten zu züchten.

Quelle: Uni Bonn

Welche genetischen Mechanismen das flächige Wachstum der Blätter steuern, haben Dr. Emanuele Scacchi und Professorin Marja Timmermans vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen analysiert. Gemeinsam mit einem internationalen Team schildern sie im Fachblatt Nature Plants, wie eine Art eingebautes GPS jede Blattzelle über ihre relative Position im wachsenden Blatt informiert. Das Ordnungsmuster entspricht einem biologischen Konzept der Selbstorganisation, das der legendäre Mathematiker und Denker Alan Turing vorhergesagt hatte. In der aktuellen Studie hatte ein Team aus der Mathematik und praktischen Biologie zusammengearbeitet, um mit Hilfe von Computermodellen, Methoden der molekularen Genetik und bildgebenden Verfahren am lebenden Organismus die Prozesse zu verfolgen. Das Team entdeckte, dass im wachsenden Blatt sogenannte kleine RNAs eine entscheidende Rolle bei der Steuerung spielen. Als mobile Boten sind sie bei der Kommunikation der Zellen untereinander im Einsatz und helfen den Zellen, ihre relative Position zueinander im Gefüge wahrzunehmen – wie ein GPS. Außerdem übermitteln die kleinen RNAs Informationen, über die koordiniert wird, welche Gene jeweils an der Ober- und Unterseite aktiviert oder gehemmt werden müssen, damit das Blatt die richtige Form und Funktion erhält.

Quelle: Uni Tübingen

Mit neuartigen Technologien hat ein Forschungsteam das komplexe Erbgut der bedeutenden Sauerkirschsorte Prunus cerasus L. untersucht. Das Team unter Federführung des Julius Kühn-Instituts (JKI), der Universität Greifswald und der niederländischen Firma KeyGene zieht im Fachjournal Frontiers in Plant Science Rückschlüsse auf Entstehung der Obstart, das ein umpfangreiches, tetraploides Genom hat. In der Publikation beschreiben die Forschenden, wie sie mittels einer neuartigen Technologie, mit der lange DNA-Sequenzen erzeugt werden können, sowie Bioinformatik-Kniffen die Bausteine des Erbguts entschlüsselt haben. Mit der Genomsequenz der Schattenmorelle liegen nun alle wichtigen genetischen Daten vor, um Rückschlüsse auf die Entstehung der Sauerkirschen zu ziehen.

Quelle: JKI

Um Bakterienstämme zu verfolgen, die Pflanzengewebe im Wettbewerb mit anderen Mitgliedern des Mikrobioms besiedeln, haben Forschende nun ein modulares Toolkit entwickelt. Das Team unter der Leitung von Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) hat die Studie in der Zeitschrift Nature Microbiology veröffentlicht. Bislang reichte die Erstellung von DNA-Sequenz-basierten Mikrobiota-Profilen nicht aus, um die tatsächliche genetische Vielfalt der mikrobiellen Gemeinschaft auf dem Pflanzenwirt zu erfassen. Das Toolkit wird als DNA-Strichcode für Bakterienstämme eingesetzt. Ein DNA-Strichcode wird zunächst in das Chromosom eines einzelnen Stammes einer Mikrobiomgemeinschaft eingefügt. Bei anschließenden Analysen von Mikrobiomprofilen auf Pflanzen wird der DNA-Strichcode als synthetisches mikrobielles Markergen betrachtet. Neben dem DNA-Strichcode wurden zudem genetische Bausteine für fluoreszierende Proteine eingebaut. Letztere ermöglichen es, mit hochempfindlichen Fluoreszenzdetektoren zu kartieren, wo ein kodierter Bakterienstamm in Konkurrenz zu anderen Mikrobiom-Mitgliedern pflanzliches Gewebe besiedelt. Getestet haben die Forschendend das Toolkit mit dem pflanzenwachstumsfördernden Bakterium Pseudomonas capeferrum.

Quelle: MPIPZ

Namibias berühmte Feenkreise sind geheimnisvolle kreisförmige Kahlstellen im trockenen Grasland am Rande der Namib-Wüste. Ihre Entstehung wird seit Jahrzehnten erforscht und in jüngster Zeit viel diskutiert. Mit umfangreicher Feldarbeit haben Forschende der Universität Göttingen und der Ben-Gurion-Universität (Israel) untersucht, wie frisch gekeimte Gräser im Feenkreis absterben. Dazu haben sie 500 einzelne Graspflanzen in vier Regionen der Namib anhand von Messungen der Wurzel- und Blattlängen, statistischen Tests und vergleichenden Fotodokumentationen. Zudem nahmen sie viele hundert Messungen der Bodenfeuchte während und nach der Regenzeit 2023 und 2024 vor. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sie durch Wassermangel im Feenkreis verkümmern. Der Oberboden, also die obersten 10 bis 12 Zentimeter des Bodens, wirken dabei als eine Art „Todeszone“, in der junge Gräser nicht dauerhaft überleben. Stattdessen sterben sie zwischen 10 und 20 Tage nach dem Regen. Dass sie dabei keine Spuren von Termitenfraß zeigen, widerlegt den Forschenden nach eine konkurrierende Theorie. Die Ergebnisse haben die Forschenden in der Fachzeitschrift Perspectives in Plant Ecology, Evolution and Systematics veröffentlicht.  

Quelle: Uni Göttingen

Die dreidimensionale Struktur des Mikrobioms bei Pflanzenwurzeln haben nun Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und des Max-Planck-Instituts für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln an der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) untersucht. Die Forschenden nutzten dazu einen sogenannten „Multi-omics“-Ansatz. In der Fachzeitschrift Cell Host & Microbe berichten sie von unterschiedlichen räumlichen Zusammensetzungen, die sich auch auf den Stoffwechsel auswirken. Hierzu hatten sie zwei experimentelle Anzuchtsysteme entwickelt, mit denen sie die Wurzelmikrobiota von Arabidopsis analysieren können: CD-Hüllen-Rhizotrone und ArtSoil-Wachstumsmedien. Mit Hilfe dieser beiden Systeme wiesen sie eine räumliche Differenzierung der Mikroflora entlang der Längsachse der Wurzel organisierter Mikrobiota nach, eine entsprechende Differenzierung pflanzlicher Metabolite und der Stoffwechselaktivitäten. Hauptautorin Dr. Eliza Loo vom Institut für Molekulare Physiologie der HHU: „Mithilfe von bioinformatischen und genetischen Methoden identifizierten wir drei sogenannte SWEET-Zuckertransporter, die zur Verteilung von Zucker und anderen Stoffwechselprodukten entlang der Wurzel beitragen. Diese Transportmoleküle sind für die räumliche Besiedlung durch Wurzelbakterien erforderlich.“ „Die Erkenntnisse können dazu beitragen, die mikrobiellen Gemeinschaften zu optimieren und damit einen verbesserten Schutz der Pflanzen vor Krankheitserregern und so eine bessere Pflanzengesundheit zu erreichen", sagt Dr. Paloma Durán vom MPIPZ, die zweite Hauptautorin der Studie.

Quelle: HHU

Pflanzenbeobachtungen, die mit Pflanzenbestimmungs-Apps wie Flora Incognita gesammelt werden, erlauben Aussagen über die Entwicklungsstadien von Pflanzen - sowohl kleinräumig als auch europaweit. Das zeigen Forschende des Max-Planck-Instituts für Biogeochemie in Jena und der Technischen Universität Ilmenau. Demnach können Pflanzenbestimmungen mit kostenlosen Smartphone-Apps wie Flora Incognita oder Meldedaten aus Plattformen wie iNaturalist Unterschiede in der Phänologie von Pflanzenarten abbilden und sind damit als neue, wachsende Datenquelle für weitere Forschungsfragen sehr gut geeignet. Die Studie ist am 6. März im Fachjournal npj Biodiversity  erschienen.

Quelle: MPI für Biogeochemie

Ein neues Modell des Elbe-Ästuars, welches die Bewegung von Phytoplankton untersucht, haben Forschende des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg sowie aus Neuseeland entworfen. Das neue Modell basiert auf Individuen des Elbe-Ästuars, das mögliche Rückhaltemechanismen für Phytoplankton untersucht. „Unsere Simulationen zeigen, dass das Aufsteigen in der Wassersäule den Fortbestand begünstigt und dass Flussufer und Marschen für das Überleben von Phytoplankton-Populationen von wesentlicher Bedeutung sind“, sagt Doktorand Laurin Steidle vom Graduiertenkolleg 2530 der Universität Hamburg. Grund dafür ist, dass Phytoplankton-Organismen mit starkem Auftrieb oder dem Potenzial, sich in der Wassersäule nach oben zu bewegen, eher in flache Gebiete in der Nähe der Flussufer oder der Marschen transportiert werden, die Zufluchtsorte vor starken Strömungen bieten. Die Ergebnisse sind im Fachmagazin Nonlinear Processes in Geophysics veröffentlicht und tragen zum Verständnis bei, das für ein besseres ökosystembasiertes Management von Ästuaren erforderlich ist.

Quelle: Uni Hamburg

Die Phasentrennung, die beim Mischen von Öl und Wasser auftritt, spielt auch im Immunsystem von Pflanzen eine wichtige Rolle. Demnach muss eine wichtige Gruppe von Immunproteinen sich in Tröpfchen kondensieren, um aktiviert zu werden und dadurch Pflanzen vor Infektionen mit mikrobiellen Krankheitserregern zu schützen. Die Forschenden um Jijie Chai von der Westlake University, China, Jane Parker und Paul Schulze-Lefert vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ), haben nun herausgefunden, dass sich die Toll/Interleukin-1-Rezeptor(TIR)-Domänen-Proteine bei steigender Konzentration in den Pflanzenzellen wie Öltropfen im Wasser verteilen - ein typisches Merkmal von Proteinen, die sich untereinander vernetzen - und so die immunbedingte Zelltodreaktion auslösen. Außerdem sind diese Protein-Ensembles in Pflanzenzellen nicht statisch, da sich die TIR-Domänen-Proteine ständig in die Tröpfchen hinein und aus ihnen heraus bewegen. Durch die Konzentration und Organisation von Enzymansammlungen ist die Phasentrennung ein wirksames Mittel zur Verfielfachung der TIR-Enzymaktivität. Obwohl bekannt war, dass dieses Phänomen für pflanzliche Immunreaktionen wichtig ist, war bisher unklar, warum. Die Studie ist in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: MPIPZ

Erstmals ist es Forschenden gelungen, die Geruchsstoffe zu identifizieren, die für die charakteristische Litschi-Note von Trauben der Rebsorte Muscaris verantwortlich sind. Die neuen Erkenntnisse sind Basis für weitere Studien, die untersuchen, inwieweit die aromarelevanten Verbindungen aus den Trauben in Wein übergehen. Gleichzeitig bieten sie eine wissenschaftliche Grundlage für die gezielte Züchtung innovativer und widerstandsfähiger Rebsorten mit ausgeprägt fruchtigen Aromaeigenschaften. „Die Ergebnisse unserer Geruchsstoffanalysen sind wegweisend für die weitere Aromaforschung an Rebsorten wie Muscaris. Die frei verfügbaren Studiendaten [im Journal of Agricultural and Food Chemistry] eröffnen zudem neue Perspektiven für die Zukunft des Weinbaus, da sich fruchtige Weine einer immer größer werdenden Beliebtheit erfreuen“, resümiert Studienleiter Martin Steinhaus, der am Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie die Arbeitsgruppe Food Metabolome Chemistry leitet.

Quelle: Leibniz-Institut für Lebensmittel-Systembiologie

Die kleinste Seerose der Welt ist doch nicht ausgestorben und wird nun besonders geschützt. Die Seerose Nymphaea thermarum, deren Blüte nicht größer als ein Ein-Cent-Stück groß wird, ist ein Lokal-Endemit, die weltweit in der Natur lediglich in Quellbächen wächst - in einem Gebiet, das kleiner als ein Fußballfeld ist. Somit galt diese Pflanze seit ihrer Entdeckung als extrem gefährdet, da nahegelegene Landwirtschaft und Bergbau ihren Lebensraum stark einengten. Durch intensiver werdende Landwirtschaft und durch Ausweitung des Bergbaugebiets kam es zum Verschwinden der Seerosen-Art in der Natur. Zuletzt wurde sie noch im Jahr 2008 in ihrem natürlichen Lebensraum gesehen, sie wurde aber im Jahr 2010 durch die International Union for Conservation of Nature (IUCN) als ausgestorben-in-der-Natur deklariert. Im Juli / August 2023 entdeckten Forschende der Universität Koblenz unweit des ursprünglichen Standorts eine neue oder überlebende Population dieser kleinsten Seerose der Welt. Die Freude über ihre Wiederentdeckung ist auch bei ihrem Erstentdecker Prof. Dr. Eberhard Fischer groß. Über die Widerentdeckung berichten sie im Februar im Fachjournal Oryx.  

Quelle: Uni Koblenz

Regierungen suchen weltweit neue Ansätze, um den Nutzen und Wert von Ökosystemen angemessen zu bewerten. Dies soll helfen, die Konsequenzen von Naturzerstörung in politischen Entscheidungsprozessen sichtbarer zu machen. Ursprünglich im Auftrag der britischen Regierung hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Moritz Drupp von der Universität Hamburg vom Exzellenzcluster Climate, Climatic Change, and Society (CLICCS) nun einen neuen Berechnungsansatz vorgeschlagen. In bisherigen Rechenmethoden wird lediglich der heutige finanzielle Gegenwert von Ökosystemdienstleistungen einbezogen. Tatsächlich aber steigt die Wertschätzung für Natur mit der Zeit. „Unsere Studie stellt Regierungen eine Formel zur Verfügung, mit denen die zukünftigen Werte von knappen Ökosystemdienstleitungen abgeschätzt und in Entscheidungen berücksichtigt werden können“, so Drupp. Zwei Faktoren bestimmen diese Wertanpassung maßgeblich. Werden diese Faktoren berücksichtigt, muss der Wert von Ökosystemdienstleistungen in heutigen Kosten-Nutzen-Analysen sehr viel höher angesetzt werden; nach der neu entwickelten Formel allein um mehr als 130 Prozent, wenn lediglich das steigende Einkommen über die kommenden 100 Jahre berücksichtig wird. Die Wertanpassung für schrumpfende Ökosysteme fällt nochmals höher aus. Die neue Formal mit Beteiligung der Uni Leipzig stellen die Forschenden im Fachmagazin Science vor.

Quelle: Uni Hamburg

Ob sich die chemische Verteidigung von Pflanzen verändert, wenn sie sich in neuen geographischen Regionen etablieren, hat ein internationales Team von Forschenden analysiert. Gewächshausversuche mit Populationen des Spitzwegerichs (Plangato lanceolata) aus verschiedenen Ländern und Kontinenten, zeigten, dass eingewanderte bzw. eingeführte Spitzwegerich-Populationen unter Berücksichtigung von Klimafaktoren ihres Lebensraums eine höhere chemische Abwehrkraft aufwiesen, ohne dass ihr Wachstum beeinträchtigt war. Das zeigen die Arbeitsgruppen um Sybille Unsicker von der Universität Kiel und ehemalige Gruppenleiterin am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie (MPI-ICE) und Christiane Roscher, die am Umweltforschungszentrum UFZ und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung iDiv forscht. Die im Fachjournal Functional Ecology veröffentlichten Ergebnisse widerlegen gängige Theorien und belegen, wie schwierig es ist, allgemeingültige Annahmen in der Ökologie zu formulieren.

Quelle: MPI-ICE

Ob eine Steigerung der Baumartenvielfalt als Anpassungsstrategie aus forstbetrieblicher Perspektive auch unter kurzfristigeren extremen Wetterereignissen vielversprechend ist, hat ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Göttingen, der Nordwestdeutschen Forstlichen Versuchsanstalt und dem Natural Resources Institute Finland (Luke) nun untersucht. Die Ergebnisse offenbaren ein Investitionsrisiko: Weil eine Pflanzung und Pflege vielfältiger Wälder teurer ist, werden die Kosten für die Wiederbewaldung oft nicht mehr durch die spätere Holznutzung gedeckt, wenn Störungen das Wachstum der Bäume frühzeitig beenden. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Scientific Reports erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

Eine besondere Organisation der Photosynthese zeigt die einzellige Meeresalge Prorocentrum cordatum, die auch in Algenblüten vorkommt. Ein Forschungsteam um den Mikrobiologen Prof. Dr. Ralf Rabus von der Universität Oldenburg hat die ungewöhnliche Zellbiologie der weltweit verbreiteten Art aus der Gruppe der Dinoflagellaten („Panzergeißler“) erstmals sowohl auf molekularbiologischer Ebene als auch mit bildgebenden Verfahren detailliert untersucht. Wie das Team jetzt in der Zeitschrift Plant Physiology berichtet, ist die Photosynthese der Einzeller ungewöhnlich organisiert, was ihnen helfen könnte, mit wechselnden Lichtverhältnissen im Meer zurecht zu kommen. Demnach hat die Alge eine besondere dreidimensionale Form der Chloroplasten, dessen Form einem Fass ähnelt und der 40 Prozent des Zellvolumens einnimmt, wie das Team mit Hauptautorin Jana Kalvelage mit einem Rasterelektronenmikroskop mit fokussiertem Ionenstrahl der Ludwig-Maximilians-Universität München herausfand. Bei P. cordatum identifizierte das Team eine einzelne, aus zahlreichen Proteinen zusammengesetzte große Struktur, einen sogenannten Megakomplex, in dem die Sonnenenergie in biochemische Energie umgewandelt wird - anders als in Pflanzen wie etwa Arabidopsis, wo die verschiedenen Schritte der Photosynthese räumlich getrennt ablaufen. Die Ergebnisse der Studie könnten dazu beitragen, das Auftreten schädlicher Algenblüten, die durch den Klimawandel möglicherweise begünstigt werden, in Zukunft besser zu verstehen.

Quelle: Uni Oldenburg

Erstmals gelang Forschenden ein tiefer dreidimensionaler Einblick in die Kopiermaschine von Chloroplasten. Die Forschenden stellen im Fachjournal Molecular Cell die RNA-Polymerase PEP der Chloroplasten hochaufgelöst in 3D vor. Die detaillierte Struktur bietet neue Einblicke in die Funktion und Evolution dieser komplexen zellulären Maschine, die eine Hauptrolle beim Ablesen der genetischen Bauanleitungen von Photosynthese-Proteinen spielt. Die Kopiermaschine selbst besteht aus einem mehrteiligen Basis-Komplex, dessen Protein-Untereinheiten im Chloroplasten-Genom kodiert sind, sowie mindestens zwölf angelagerten Proteinen, PAPs genannt. Für diese steuert das Kern-Genom der Pflanzenzelle die Baupläne bei. „Bislang konnten wir zwar ein paar wenige Einzelteile der Chloroplasten-Kopiermaschine strukturell und biochemisch charakterisieren, aber ein präziser Einblick in ihre Gesamtstruktur und die Funktionen der einzelnen PAPs fehlte“, erläutert Prof. Dr. Thomas Pfannschmidt, Professor am Institut für Botanik der Leibniz Universität Hannover, der die Ergebnisse gemeinsam mit seinem Team sowie Forschenden des Max-Planck-Instituts für Multidisziplinäre Naturwissenschaften erzielte.  

Quelle: Uni Hannover

Pflanzen lassen sich mit speziell hergestellten Molekülen auf Basis von RNA oder DNA sicher vor Viren schützen. Das zeigt ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) in einer neuen Studie im International Journal of Molecular Sciences am Beispiel eines gängigen Virus. Mit den speziell hergestellten Wirkstoffen konnten die Forschenden den Virenbefall in bis zu 90 Prozent der Fälle abwehren. Außerdem entwickelten sie eine Methode, um genau auf das Virus abgestimmte Substanzen finden zu können. Dieses Verfahren hat das Team nun patentieren lassen.

Quelle: MLU

Wenn ein Baum von vielen gleichartigen Individuen umgeben ist, steigt seine Mortalität an, was wahrscheinlich durch spezialisierte Krankheitserreger oder Pflanzenfresser verursacht wird. Dieser Effekt tritt in Wäldern auf der ganzen Welt auf, ist aber bei seltenen tropischen Baumarten ausgeprägter, was zu der erstaunlichen Baumartenvielfalt tropischer Wälder beitragen könnte. Dies fand ein Team von 52 Wissenschaftler*innen unter der Leitung von Lisa Hülsmann, Professorin für Ökosystemanalyse und -simulation an der Universität Bayreuth, und Florian Hartig, Professor für Theoretische Ökologie an der Universität Regensburg, heraus. Ihre Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.

Quelle: Uni Bayreuth

Die Bayreuther Pflanzenökologen Prof. Dr. Steven Higgins und Dr. Timo Conradi plädieren dafür, die kommenden klimatischen Veränderungen aus der Sicht von Pflanzen zu interpretieren, um die Risiken des Klimawandels für Ökosysteme besser abschätzen zu können. Wenn Informationen über die physiologischen Reaktionen von Pflanzenarten auf veränderte Temperaturen, Bodenwassergehalte und atmosphärische CO₂-Konzentrationen berücksichtigt werden, sind die Konsequenzen des Klimawandels für Ökosysteme besser vorhersagbar. Dies berichten sie in einem aktuellen Beitrag in der Fachzeitschrift Nature Ecology & Evolution.

Quelle: Uni Bayreuth

Eine Studie des Peatland Science Centre (PSC) der Hochschule Weihenstephan-Triesdorf (HSWT) zu Auswirkungen der Wiedervernässung und Klimaerwärmung auf Intensivgrünland sowie extensives Seggengrünland unterstreicht die Notwendigkeit für entschlossene Anpassungsmaßnahmen. Das PSCuntersuchte in einer Feldstudie auf landwirtschaftlich genutztem Grünland auf organischen Böden die Auswirkungen der Wiedervernässung und der prognostizierten Klimaerwärmung auf Intensivgrünland und auf extensiv bewirtschaftetes Seggengrünland. Die Versuchsvarianten für die beiden Grünlandtypen waren entwässerte bzw. wiedervernässte Bedingungen, Umgebungsbedingungen bzw. Erwärmung sowie eine Kombination von Wiedervernässung und Erwärmung. Gemessen wurde der Netto-Ökosystemaustausch von CO₂, Methan und Lachgas sowie die Biomasse-Erträge. Die Ergebnisse des ersten Jahres der Treibhausgasmessungen nach der Verpflanzung erwachsener Carex-Bodenmonolithen, einschließlich des kontrollierten Anstiegs von Wasserstand und Temperatur hat das Team in der Fachzeitschrift Biogeochemistry veröffentlicht. Bei allen Varianten wurden höhere Lachgasemissionen als erwartet festgestellt. Dies war vor allem für die wiedervernässten Intensivwiesen und die Carex-Varianten unerwartet, aber größtenteils darauf zurückzuführen, dass der Beginn der Wiederbefeuchtung mit Frost-Tau-Zyklen zusammenfiel. Dies hat jedoch keinen Einfluss auf die Gesamtergebnisse zu den Minderungs- und Anpassungstrends. Es stellte sich heraus, dass wärmere Bedingungen die gesamten Treibhausgasemissionen des entwässerten Intensivgrünlands um nahezu 40 Prozent auf rd. 67 Tonnen CO₂-Äquivqlent pro Hektar und Jahr erhöhten. Die Umstellung der Grünlandbewirtschaftung auf die Seggen-Paludikultur führte zu der größten Treibhausgasreduzierung. Überraschenderweise stellte sich heraus, dass diese starke Senke auch unter den simulierten warmen Bedingungen aufrechterhalten werden. Das Emissionsreduktionspotenzial für die Seggen-Paludikultur betrug minus 80 Tonnen CO₂-Äquivalent pro Hektar und Jahr.

Quelle: HSWT beim idw

Auf mehr als 32 Milliarden US-Dollar summierten sich zwischen 1975 und 2020 die bekannten Gesamtkosten invasiver Wasserpflanzen für die Weltwirtschaft. Das hat ein Team unter Leitung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) und des Institute for Global Food Security der irischen Queen's University Belfast errechnet. Dabei waren die Kosten für invasive Pflanzen in Süßgewässern mit 65 Prozent wesentlich höher als in Brackwasser oder marinen Ökosystemen. Die Forschenden identifizierten auch die Regionen und Sektoren, die am stärksten von den Kosten betroffen waren, und listeten im Fachmagazin Science of The Total Environment die zehn kostenintensivsten Wasserpflanzen auf.

Quelle: IGB

Die Kernmatrix, eine Art von Stützgerüst für das Chromatin in eukaryotischen Zellen, ist eine seit Jahrzehnten bekannte Struktur. Wie sie den Chromatin-Status in Pflanzenkernen beeinflusst, war bisher weitgehend unklar. Ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat nun erstmals die genomweite Verteilung von Regionen untersucht, die in Pflanzen durch die Kernmatrix verankert sind. Außerdem klärten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die besondere Rolle des Proteins AHL22 bei der Steuerung mehrerer Regulatoren auf. Ihre Ergebnisse wurden am 12. Februar in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Wie eine Studie zeigt, verhalten sich regulatorische Proteine für die Eisenaufnahme im Zellkern besonders dynamisch, wenn die Zellen mit blauem Licht bestrahlt werden, einem wichtigen Signal für das Pflanzenwachstum. Das Forschungsteam vom Institut für Botanik der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Prof. Dr. Petra Bauer beschreibt im Journal of Cell Biology, dass sich die zunächst homogen verteilten Proteine kurze Zeit nach der Bestrahlung eng aneinanderlegten und sich im Zellkern zu „biomolekularen Kondensaten“ vereinen.

Quelle: HHU

Damit Pflanzen zur richtigen Jahreszeit blühen, besitzen sie eine innere Uhr, mit der sie die Tageslichtlänge messen können. Eine Studie von Biologinnen und Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) berichten in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Plant Physiology, dass die Mutation eines bestimmten Gens den Blühzeitpunkt der Gerste nahezu unabhängig von der Tageslänge macht. Um Pflanzen an verschiedene Anbaugebiete, Klimazonen und Photoperioden anzupassen, ist eine wichtige Stellschraube, die Reaktion der Kulturpflanzen auf unterschiedliche Tageslängen zu verändern. Diese Mutation kann daher nützlich für die Züchtung von Sorten sein, die an veränderte Klimabedingungen mit relativ warmen Wintern und heißen, trockenen Sommern angepasst sind.

Quelle: HHU

Organismen-Gemeinschaften passen sich kollektiv an Graslandnutzung an. Ein Forschungsteam um Prof. Dr. Peter Manning vom Senckenberg Biodiversität und Klima Forschungszentrum Frankfurt und Dr. Margot Neyret von der Universität Grenoble Alpes hat die Auswirkungen landwirtschaftlicher Graslandnutzung auf Organismen- Gemeinschaften untersucht. Ihre jetzt im wissenschaftlichen Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie zeigt erstmals, dass Eingriffe wie Düngung und Mahd Lebewesen auf allen Ebenen eines Ökosystems – und über sämtliche Nahrungsketten hinweg – beeinflussen und damit das gesamte System beschleunigen.

Quelle: Senckenberg

Mit Satellitendaten und Methoden Maschinellen Lernens gelingt es, 15 Landnutzungsformen zu identifizieren und zu lokalisieren – vom Anbau verschiedener Nutzpflanzen wie Kaffee, Kakao und Kautschuk, über Weideland bis Bergbau. Das zeigt eine Studie in Nature Scientific Reports. Die hochauflösenden Karten können helfen, die fortschreitende Entwaldung in den Tropen einzudämmen. Das ist auch hilfreich zur Umsetzung einer neuen EU-Verordnung zum Nachweis „entwaldungsfreier Lieferketten“. Dies liefert die Studie von Forschenden um Robert N. Masolele und Johannes Reiche von der Wageningen University in den Niederlanden und Martin Herold vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ in Potsdam, die im Fachmagazin Scientific Reports erschienen ist.

Quelle: GFZ

Das Behaarte Schaumkraut gehört zu den Pflanzen, die ihre Samen zur effektiven Verbreitung wie Geschosse in alle Richtungen schleudern. Nun hat ein Forschungsteam entdeckt, dass diese Art dafür einen bisher unbekannten Mechanismus verwendet, der wie eine Art Muskel wirkt und in den Schoten für die Kontraktion und Explosion verantwortlich ist. Dr. Gabriella Mosca vom Zentrum für Molekularbiologie der Pflanzen der Universität Tübingen war eine Hauptautorin der Studie, die unter der Leitung von Dr. Angela Hay vom Max-Planck-Institut (MPI) für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln stand. Sie wurde im Fachmagazin Current Biology veröffentlicht.

Quelle: Uni Tübingen

Werden die weiblichen Keimzellen in Pflanzen befruchtet, aktiviert ein Signal aus den Spermien die Zellteilung und neue Pflanzensamen werden gebildet. Diese Aktivierung lässt sich auch ohne Befruchtung gezielt auslösen, wie Forschende der Universität Zürich im Fachjournal Science zeigen. Dies eröffnet neue Wege für die asexuelle Vermehrung von Kulturpflanzen.

Quelle: Uni Zürich

Der Amazonas-Regenwald könnte sich einem Kipppunkt nähern, der zu einem großflächigen Zusammenbruch mit schwerwiegenden Auswirkungen auf das globale Klima führen könnte. Eine im Fachmagazin Nature veröffentlichte Studie eines internationalen Forschungsteams unter Beteiligung des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) zeigt, dass bis zu 47 Prozent des Amazonaswaldes betroffen sein können und identifiziert zugleich kritische Grenzwerte für Klima- und Landnutzungsveränderungen, die nicht überschritten werden sollten, um die Widerstandsfähigkeit des Amazonas zu erhalten.

Quelle: PIK

In Nord-, Mittel- und Südamerika erfüllen Drei Viertel der verschiedenen Vegetationstypen nicht die Zielvorgabe der Globalen Biodiversitätskonvention, 30 % der weltweiten Land- und Meeresflächen unter Schutz zu stellen. Das hat eine internationale Studie unter Leitung des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) ergeben, die in Global Ecology and Conservation veröffentlicht wurde. Diese umfasst über 300 Vegetationstypen, die die spezifischen Pflanzengemeinschaften und lokalen Umweltbedingungen berücksichtigen. Die Studie zeigt außerdem, dass über 40 % der bedrohten Vogel- und Säugetierarten vor allem in einem einzigen Vegetationstyp vorkommen. Dadurch könnten sie vom Aussterben bedroht sein, wenn diese kritischen Lebensräume nicht ausreichend geschützt werden.

Quelle: iDiv

Der Vinschgau im Westen Südtirols ist das größte zusammenhängende Apfelanbaugebiet in Europa. Der Südtiroler Apfel ist bekannt für sein perfektes Aussehen. Dafür werden in der Produktion oft große Mengen an Pestiziden eingesetzt. Eine Studie der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) und der Universität für Bodenkultur in Wien (BOKU), die in der Zeitschrift Nature Communications Earth & Environment erschien, zeigt, dass diese Pestizide nicht auf der Anbaufläche bleiben, sondern im ganzen Tal bis in Höhenlagen zu finden sind. Die festgestellten Pestizidmischungen der vielen Stoffe können sich schädlich auf die Umwelt auswirken.

Quelle: RPTU

Ein Forschungsteam konnte Einblicke in die Kontrollmechanismen der genetischen Rekombination gewinnen. Für ihre Studie nutzten die Forschenden um André Marques vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung in Köln (MPIPZ) die Schnabelriede, eine grasartige Blütenpflanze (Rhynchospora breviuscula), ein hervorragendes natürliches Werkzeug zur Untersuchung der Entstehung genetischer Rekombination. Die Modellpflanze besteht im Gegensatz zu Pflanzen deren Chromosomen nur ein Zentromer besitzen (monozentrische Pflanzen) aus Chromosomen mit Hunderten von kleinen Zentromeren, die in einer Linie über das Chromosom angeordnet sind. Mit diesem so genannten holozentrischen Chromosomen schließen die Forschenden den Einfluss eines lokalisierten Zentromers ebenso aus, wie die in Abschnitte unterteilte Organisation eines Chromosoms, bei der Zentromere und Gene gleichmäßig über das Chromosom verteilt sind. Zum ersten Mal gelang es den Forschenden, eine genetische Rekombinationskarte in einer holozentrischen Pflanze zu erstellen und das Auftreten von genetischem Materialaustausch zu analysieren. Im Gegensatz zu monozentrischen Chromosomen trat die Crossing-Over-Aktivität auch in der Nähe der Zentromere auf. Auffallend ist jedoch, dass der genetische Austausch ungleichmäßig über die Chromosomen verteilt war - mit einer höheren Konzentration an den Enden der Chromosomen. Darüber hinaus zeigt das Team in der Fachzeitschrift Nature Plants, zeigen, dass die Verteilung der Crossing-Overs von der Verteilung genetischer und epigenetischer Chromosomenmerkmale weitgehend unbeeinflusst blieb. Die Zentromer Region sowie epigenetischen Regulierungen scheinen also nicht der Hauptfaktor für die Steuerung der Crossing-Over-Verteilung zu sein. Stattdessen schlagen Marques und sein Team vor, dass das Verhalten während der Paarung homologer Chromosomen die primäre Triebkraft für ein Crossing-Over ist, wobei die Telomere, spezifische Strukturen an den Enden jedes Chromosoms, eine Schlüsselrolle spielen.

Quelle: MPIPZ

Ein Forschungsteam mit Beteiligung der Universität Freiburg hat neue Daten zum Genom der Modellpflanze in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlicht. Auch wenn das Kleine Blasenmützenmoos (Physcomitrium patens; früher: Physcomitrella patens) als Modellorganismus bereits verstehen half, die Evolution und Entwicklung von Pflanzen besser zu verstehen, enthielt das bisher bekannte Genom noch zahlreiche unvollständige oder fehlerhafte Bereiche. Ein internationales Forschungsteam hat nun eine neue, annähernd vollständige Genomversion vorgelegt. Sie zeigt unter anderem, dass das Genom des Mooses nur 26 und nicht, wie bisher vermutet, 27 Chromosomen umfasst. „Künftige Forschungen zur Evolution der Chromosomenstruktur werden von unseren Daten profitieren“, erklärt der Zellbiologe Prof. Dr. Stefan Rensing, Professor für Datenintegration und Systemmodellierung von eukaryotischen Modellorganismen an der Universität Freiburg und Mitautor der Studie. Konkret bedeutet die jetzt von dem Forschungsteam vorgelegte Genomversion, dass Wissenschaftler*innen mit größerer Sicherheit ableiten können, welche Gene in Moosen im Vergleich zu Blütenpflanzen erworben wurden und welche verloren gingen. Letztlich lässt sich damit die Evolution der Chromosomenstruktur – Centromere, Telomere und konservierte Genabfolgen – der Landpflanzen insgesamt besser verstehen.

Quelle: Uni Freiburg

Wie Pflanzen neugebildete Biomasse auf die einzelnen Organe verteilen, beeinflusst u.a. die Aufnahme von Nährstoffen, die Fortpflanzung und Wechselwirkungen zwischen Pflanzen eines Bestandes. Die genetischen Regulationen, die diese Reaktionen der Pflanzen auf die Umwelt steuern, sind aber bisher weitgehend unbekannt. Ein internationales Forschungsteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) stellt im Fachjournal New Phytologist rekombinante Weizenlinien vor, die als Einzelpflanzen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden. Das Forschungsteam nutzte einen neuen Ansatz, der Prinzipien aus der Pflanzenökologie und der quantitativen Genetik kombinierte und verfolgte zwei Ziele: Zum einen sollte die licht- und größenabhängige Verteilung der Biomasse analysiert werden. Zum anderen wollten das Team Gene identifizieren, die die Verteilung auf Blätter, Stängel, Ähren und Körner regulieren, wenn die Pflanzen von ihren Nachbarn im Bestand beschattet werden.

Quelle: IPK (pdf)

Da Pflanzen nicht weglaufen können, müssen sie sich an herausfordernde Bedingungen anpassen können, um zu überleben. Welche Strategien sie nutzen, um auf schnell wechselnde Umweltbedingungen optimal zu reagieren, untersuchen Forschende vom Fachgebiet Pflanzenphysiologie an der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU). Doktorandin Annalisa John hat in ihrer Arbeit an der Modellpflanze Acker-Schmalwand (Arabidopsis thaliana) entschlüsselt, welche zellulären Mechanismen die Pflanze nutzt, um sich an kalte Umgebungstemperaturen und Frost anzupassen und dazu ihre Zellmembranen zu ändern. Demnach ist der Abbau des Transport-Proteins FAX1 (Fatty Acid Export Protein 1) durch das Enzym RBL11 Protease (Rhomboid-Like Protease1) in der Kälte für die Anpassung an geringe Umwelttemperaturen. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift The Plant Cell erschienen.

Quelle: RPTU

Der Anstieg der Meerestemperatur und des Salzgehalts im Mittelmeer sowie die Einwanderung invasiver Arten könnten dort die Struktur und biologische Vielfalt der Seegraswiesen gefährden, die eine wesentliche Funktion für die Meeresumwelt haben. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Team von Forschenden unter Leitung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) in einer Studie, die kürzlich in der Zeitschrift Science of The Total Environment erschienen ist.

Quelle: ZMT

Erstmals haben Forschende die Verbreitung von Wheat Blast im Klimawandel modelliert. Ein internationales Team von Forschenden um Prof. Senthold Asseng von der Technischen Universität München (TUM) hat nun festgestellt, dass die weitere Ausbreitung der Pilzkrankheit die globale Weizenproduktion bis 2050 um 13 % reduzieren könnte. Für die globale Ernährungssicherheit ist das Ergebnis dramatisch; v.a. tropische Regionen in Südamerika, Afrika und Asien sind besonders betroffen. Die Ertragseinbußen verschärfe die Ernährungsunsicherheit in den betroffenen Regionen weiter, berichten die Forschenden im Fachmagazin Nature Climate Change.

Quelle: TUM

Die Glutaredoxin-Enzym-Gruppe kann helfen, oxidativen Stress abzubauen. Sie verhindert, dass reaktiver Sauerstoff bestimmte Proteine oxidiert. Sind diese Enzyme nicht vorhanden, können die Chloroplasten den Grundzustand nur langsam wiederherstellen, in dem die Proteine in reduzierter Form vorliegen. Veröffentlich hat das Forschungsteam um Professorin Dr. Stefanie Müller-Schüssele von der Rheinland-Pfälzischen Technischen Universität Kaiserslautern-Landau (RPTU) die Studie in der Fachzeitschrift Redox Biology. In der Studie stand das Kleine Blasenmützenmoos im Fokus der Untersuchung.

Quelle: RPTU

Seegräser entwickelten sich vor etwa 100 Millionen Jahren in drei unabhängigen Linien aus ihren im Süßwasser vorkommenden Vorfahren und sind die einzigen vollständig unter Wasser lebenden marinen Blütenpflanzen. Der Wechsel in eine so radikal andere Umgebung ist ein seltenes evolutionäres Ereignis – und er dürfte nicht einfach gewesen sein. Wie gelang den Seegräsern dieser Schritt? Neue hochqualitative Genome für drei Arten liefern Hinweise, die für den Erhalt von Seegras-Ökosystemen und deren nachhaltige Nutzung von Bedeutung sind, zeigt eine Studie im Fachmagazin Nature Plants. Dazu hatten eine internationale Gruppe von 38 Forschenden - darunter Professor Thorsten Reusch vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, drei der wichtigsten Seegras-Arten untersucht: das ikonische, nur im Mittelmeerraum vorkommende Neptungras (Posidonia oceanica), das weit verbreitete Kleine Neptungras (Cymodocea nodosa) und das in der Karibik endemische Schildkrötengras (Thalassia testudinum). Anschießend verglichen sie Genfamilien und genomische Modifikationen, die mit strukturellen und physiologischen Anpassungen verbunden sind: Seegräser haben sich nur drei Mal aus ihren Süßwasser-Vorfahren entwickelt – mit 84 zugehörigen Arten. Die Seegräser waren in der Lage, radikale Anpassungen durch Genomverdopplung vorzunehmen, wie sie oft mit starkem Umweltstress verbunden sind. Die drei unabhängigen Seegras-Linien haben demnach ihr gesamtes Genom vor etwa 86 Millionen Jahren verdreifacht. Die Ergebnisse ermöglichen es jetzt, experimentelle und funktionelle Studien voranzubringen, die für ein transformatives Management und die Wiederherstellung von Seegras-Ökosystemen besonders wichtig sind. Sie sind eine enorme Ressource für die Forschungsgemeinschaft, um auch die zukünftige Anpassungsfähigkeit von Seegras-Ökosystemen zu verstehen und möglicherweise gezielt zu erhöhen.

Quelle: GEOMAR

Die Hauptachsen von Gefäßpflanzen wie Gerste bestehen aus sich wiederholenden Grundeinheiten, sogenannten Phytomeren. Jeder Phytomer besteht aus einem Knoten, einem Seitenzweig und einem Internodium, dem Abschnitt zwischen zwei Knoten. Die Bildung der Knoten und die Verlängerung der Internodien sind dabei von entscheidender Bedeutung für die Fitness der Pflanze und ihren Ernteertrag; wie diese beiden Prozesse ablaufen, ist bisher aber weitestgehend unbekannt. Ein internationales Forscherteam unter Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) hat die Muster der Knotenbildung und der Internodienverlängerung deshalb systematisch untersucht. „Durch die Messung von 15.000 Datenpunkten, die die Länge und Anzahl der Phytomere von 2.500 Gerstenpflanzen mit großer genetischer Vielfalt repräsentieren, haben wir ein bisher nicht bekanntes Verlängerungsmuster für die Internodien entlang der Hauptachse aufgedeckt“, sagt Dr. Yongyu Huang, Erstautor der Studie, die jetzt im Journal Molecular Biology & Evolution veröffentlicht wurde.

Quelle: IPK (pdf)

Ursprünglich sehr unterschiedliche Lebensräume werden weltweit immer ähnlicher durch den Einfluss des Menschen. Dies zeigen Wissenschaftler*innen einer internationalen Forschungskooperation in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution. „Die Welt verliert ihre Vielfalt“, sagt der Geoökologe Prof. Dr. Manuel Steinbauer von der Universität Bayreuth. „Wir belegen dieses Phänomen anhand von Inseln im Pazifik, auf denen sich mit der Ankunft des Menschen die Pflanzenzusammensetzung zwischen verschiedenen Inseln angeglichen hat. Mit der Zeit ähneln sich die Inseln immer stärker, wodurch die Biodiversität insgesamt abnimmt.“ Hauptursachen für diesen Trend sind den Forschenden zufolge menschliche Aktivitäten wie die Veränderung von Ökosystemen, die Einführung nicht-einheimischer Pflanzen- und Tierarten und dadurch das Aussterben oder Verschwinden einheimischer Arten.

Quelle: Universtität Bayreuth

Landpflanzen sind in ihren Bauplänen extrem vielfältig. Von allen Organismen, die Photosynthese betreiben, sind sie in ihren Formen und Strukturen am komplexesten. Mit ihnen eng verwandte Grünalgen sind einfacher gebaut: Die Lebewesen mancher Arten bestehen nur aus einer Zelle, andere Arten sind mehrzellig und etwa fadenförmig oder verzweigt. Wie hat sich die morphologische Komplexität im Laufe der Evolution herausgebildet? Dem sind Forschende unter Leitung der Universität Göttingen bei der Gruppe der Streptophyten auf den Grund gegangen, zu denen die Landpflanzen und viele Grünalgen gehören. Wie sie  in der Fachzeitschrift Current Biology schildern, kam dabei ein neuer Stammbaum heraus, der die Algen in drei Ordnungen gruppiert und neue Hinweise zu ihrem Ursprung gibt. Mit modernen Methoden blickten sie weit in die Vergangenheit und untersuchten Vorfahren, die lange vor den ersten Landpflanzen entstanden sind. Die neuen Erkenntnisse präzisieren die Verwandtschaftsverhältnisse in einer Gruppe von Grünalgen und datieren das Aufkommen des ältesten mehrzelligen Vorfahren auf fast eine Milliarde Jahre zurück. Dazu hatten sie Algen der Klebsormidiophyceae verwendet, die verschiedene Lebensräume besiedeln: aus den heißesten bis zu den kältesten Regionen, von der Atacama-Wüste bis zur Antarktis, aus Bächen, Flüssen, Seeufern, Mooren und Bergbaufolgelandschaften, von Boden, Felsen, Baumrinde, Sanddünen, Stadtmauern und Gebäudefassaden.

Quelle: Uni Göttingen

Die einmalige BioZeit-Studie identifiziert Schlüsselfaktoren zur Verbesserung der Artenvielfalt sowie Maßnahmen für den Biodiversitätsschutz. Die Studie des Julius Kühn-Instituts, Bundesforschungsinstitut für Kulturpflanzen, zeigt: langfristig wirken sich deutliche Zunahme des ökologischen Anbaus, verbesserte Kleinstrukturen, schlaginterne Aufwertungen sowie eine Reduktion der Pestizidanwendungen positiv auf die Biodiversität in der Agrarlandschaft aus. In der BioZeit-Langzeitstudie wurden erstmalig zwischen 1991 und 2020 parallel die landwirtschaftlichen Nutzungen und die Biodiversität in Brandenburger Agrarlandschaften mit überwiegendem Ackerbauanteil erfasst. Dabei wurden die Auswirkungen der Bewirtschaftungen und der Landschaftsstrukturen auf die Biodiversität ermittelt. Analysiert wurden u. a. parallel die Anbaumethoden, die Anbaukulturen, die Kleinstrukturen, die floristische Artenvielfalt, die Segetalflora, die Tagfalter, die Vögel und bestimmte Maßnahmen, wie zusätzliche Kleinstrukturen und Pufferstreifen. Als Ergebnis des Forschungsprojekts wurden Schlüsselfaktoren zur Verbesserung der Artenvielfalt identifiziert sowie Maßnahmen abgeleitet für den Biodiversitätsschutz allgemein und insbesondere für den Insektenschutz in Ackerbaugebieten. Das Julius Kühn-Institut (JKI) hat nun den Abschlussbericht veröffentlicht (DOI: https://doi.org/10.5073/20230719-142513-0 ).

Quelle: JKI

In vielen Böden ist der wichtige Nährstoff Phosphor nur schlecht verfügbar. Ein Mechanismus, den Pflanzen nutzen, um die Verfügbarkeit zu erhöhen, ist die Freisetzung von Malat. Die organische Säure bildet mit Eisen oder Aluminium Komplexe und setzen damit Phosphat frei. Diese Reaktion kann jedoch auch zu einer erhöhten Eisenakkumulation führen, die das Wurzelwachstum hemmen kann. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) fand heraus, dass das Protein HYP1 dazu beiträgt, die Wurzeln vor einer erhöhten Eisenreaktivität zu schützen, die als Reaktion auf Phosphormangel ausgelöst wird. Das schildern die Forschenden im Fachjournal Nature Communications.

Quelle: IPK (pdf)

Das sogenannte Rice Yellow Mottle-Virus (kurz RYMV) verursacht in Afrika insbesondere bei Kleinbauern hohe Ernteverluste. Ein Forschungsteam von der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) und dem französischen Recherche pour le développement (IRD) hat nun mithilfe der Genomeditierung Reislinien erzeugt, die gegen das Virus resistent sind. Die Reissorten, deren Entwicklung sie in der Fachzeitschrift Plant Biotechnology Journal beschreiben, sind eine Vorstufe. Als nächster Schritt sollen nun relevante afrikanische Elitesorten auf gleiche Art editiert werden, um sie dann afrikanischen Kleinbauern zur Verfügung stellen zu können. Diesen Menschen zu helfen, ist Ziel des von der HHU geleiteten, internationalen Forschungskonsortiums Healthy Crops.

Quelle: HHU

Pflanzenforschende entschlüsseln einen Mechanismus, der zu höheren Samenerträgen führt. Dabei werden Fettsäuren – zusätzlich zu Zucker – über die Nährstoffleitbahnen transportiert, wie das Team um Prof. Dr. Antje von Schaewen von der Universität Münster im Herbst im Fachmagazin The Plant Journal zeigte und heute der Öffentlichkeit bekannt gab. Dazu hatten sie gentechnisch veränderte Tabakpflanzen untersucht, die unter Stress mehr Biomasse produzieren als ihre nicht modifizierten Verwandten. So sorgt eine subtile Veränderung im Kohlenhydratstoffwechsel durch die sogenannte Enzym-Ersatz-Methode dafür, dass die Pflanzen verstärkt Fettsäuren aus den Blättern in die Blütenstände und Samen transportieren, dafür aber zehn Prozent weniger Zucker. „Fettsäuren können bis zu einer Kettenlänge von 18 Kohlenstoffatomen noch in freier Form transportiert werden. Längere Kohlenstoffketten sind beim Transport wahrscheinlich an spezielle Trägerproteine gebunden“, erläutert Antje von Schaewen, was der Situation im Blut von Tieren und Menschen ähneln würde, wo Fettsäuren und Cholesterol an Serum-Albumin gebunden transportiert werden. Durch die Pilotstudien in Tabak motiviert, könnte man nun das Prinzip auf weitere Nachtschattengewächse wie Kartoffel, Tomate und Paprika mittels der neueren CRISPR/Cas9-Technik (als Genschere bekannt) übertragen oder in anderen Pflanzenarten mit wenig fettreichen Samen ausprobieren, um die generelle Stresstoleranz sowie den Samenertrag und die Energiedichte der Samen zu erhöhen.

Quelle: Uni Münster

Ein internationales Forschungsteam aus 173 Forschenden hat die Zusammenhänge zwischen extremer Trockenheit, Biodiversität und Produktionseinbußen auf globaler Ebene untersucht. Mithilfe eines weltweiten Experiments an 100 Standorten auf sechs Kontinenten haben sie erkannt: Artenvielfalt im Wirtschaftsgrünland ist ein wirksamer Schutz vor Ernteausfällen bei Dürren. Die Studie mit Beteiligung von Prof. Dr. Anke Jentsch, Inhaberin der Professur für Störungsökologie und Vegetationsdynamik der Universität Bayreuth und ihrer Arbeitsgruppe wurde nun in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht.

Quelle: Uni Bayreuth

Forschende haben die zentralen Gene identifiziert, die von kommensalen Bakterien benötigt werden, um Pflanzen zu besiedeln. Die Herausforderung des Teams vom Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) war vorwiegend technischer Natur: wie kann man das Verhalten einzelner Stämme in einem Heuhaufen von Mikroben und der Pflanze selbst präzise charakterisieren? Um das Problem anzugehen, untersuchten Nathan Vannier, Erstautor der im Fachmagazin Nature Communications erschienen Studie, und Stéphane Hacquard die Besiedlung einzelner Mikroben auf den Wurzeln von Pflanzen in komplexen Gemeinschaften. Da sie die Identität der Bakterien kannten und über Referenzsequenzen für ihr genetisches Material verfügten, konnten sie charakterisieren, welche mikrobiellen Gene während der Pflanzenbesiedlung aktiviert oder unterdrückt wurden. Die von Hacquard und seinem Team angewandte Strategie ermöglichte es, sowohl die strukturelle als auch die funktionelle Organisation komplexer mikrobieller Gemeinschaften zu verstehen, die Pflanzenwurzeln besiedeln. Die identifizierten Gene werden möglicherweise von sehr unterschiedlichen Bakterien genutzt, um sich auf ihren Wirten anzusiedeln und dort zu überleben.

Quelle: MPIPZ

Bisher gibt es kaum Daten darüber, wie die Artenvielfalt auf Paludikultur reagiert. Eine neue Studie, die im Oktober 2023 vom Journal Scientific Reports veröffentlicht und heute der Öffentlichkeit vorgestellt wurde, wirft Licht auf diese Thematik. Wie die Multi-Taxon-Studie unter der Leitung von Wissenschaftler*innen der Botanik und Landschaftsökologie sowie der Zoologie der Universität Greifswald, Partner im Greifswald Moor Centrum, zeigt, kann Paludikultur den Erhalt der Artenvielfalt in wiedervernässten Niedermooren unterstützen.

Quelle: Uni Greifswald

Mittels Optogenetik haben Forschende einen neuen Säuresensor in Pflanzenzellen nachgewiesen. Das Team um den Biophysiker Professor Rainer Hedrich von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) entdeckten zudem einen zellinternen Kalziumspeicher, wie es im Fachjournal Science berichtet. Dazu wurde ein lichtempfindlicher Protonenkanal aus einem Pilz, das Channelrhodopsin KCR2, für den Einsatz in Pflanzenzellen optimiert und in der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) eingebaut. So lassen sich nun auf einen Lichtimpuls hin gezielt Protonen in die Zellen schicken, um die Wechselbeziehungen zwischen Protonen und Kalziumionen zu analysieren. Darüber hinaus haben die Forschenden das KCR2 Gen zusammen mit dem ‚pHuji‘-Gen exprimiert, einem genetisch kodierten pH-Reporter. Über diesen Reporter lässt sich sehr einfach messen, welcher aktuelle pH-Wert in der Zelle herrscht, wenn KCR2 aktiviert wird.

Quelle: JMU

Pflanzen geben Duftstoffe ab, um zum Beispiel miteinander zu kommunizieren, Fressfeinde abzuwehren oder auf veränderte Umweltbedingungen zu reagieren. Ein interdisziplinäres Forschungsteam der Universität Leipzig, des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) hat in einer Studie untersucht, wie die Artenvielfalt den Ausstoß dieser Stoffe beeinflusst. Erstmals konnte so gezeigt werden, dass artenreiche Wälder weniger weniger biogene flüchtige organische Verbindungen (BVOCs) in die Atmosphäre abgeben als Monokulturen, wie das Forschungsteam im Fachjournal Communications Earth & Environment darlegt. Bisher wurde angenommen, dass artenreiche Wälder mehr Emissionen abgeben.

Quelle: TROPOS

Den Biosyntheseweg von Paclitaxel, einem sehr erfolgreich eingesetzten Chemotherapeutikum zur Krebsbehandlung, haben Forschende des Max-Planck-Instituts für molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) entschlüsselt: Das Team um Youjun Zhang konnte nun alle fehlenden Schritte, die zur Herstellung von Paclitaxel in Pflanzen erforderlich sind, auf einmal identifizieren. Sie analysierten die Daten von zwölf Experimenten, in denen mehrere zehntausend Gene in Eibenpflanzen untersucht wurden, um Sequenzen für Enzyme zu finden, die in ähnlicher Menge produziert werden wie die wenigen anderen Enzyme, von denen bereits bekannt ist, dass sie an der Paclitaxel Herstellung beteiligt sind. Mit Hilfe ausgefeilter chemischer Analysen und molekularbiologischer Werkzeuge gelang es ihnen, den gesamten Biosyntheseweg aus Eibenpflanzen zu reproduzieren und alle Enzyme in die australische Tabakverwandte Nicotiana benthamiana zu kopieren. Diese transgenen Nicotiana-Pflanzen produzierten tatsächlich ähnliche Mengen an Paclitaxel wie die Eibe, wie sie im Fachjournal Molecular Plant zeigen. Die Forschenden versuchten auch, den Paclitaxel-Stoffwechselweg in Bakterien zu kopieren, stellten aber fest, dass einige der Enzyme in Bakterienzellen einfach nicht funktionieren, was ggf. an deren anderen Membranen liegen könnte.

Quelle: MPI-MP

Die weltweit zunehmende Urbanisierung ist eine wachsende Bedrohung für die biologische Vielfalt. Gleichzeitig kommen Blütenpflanzen in Städten oft in größerer Vielfalt vor als auf dem Land. Das liegt an Zierpflanzen sowie Nutzpflanzen, deren Anbau zunehmend in die Städte verlagert wird. Eine aktuelle Studie zeigt, dass die Interaktionen zwischen Pflanzen und Bestäubern, die für die landwirtschaftliche Produktion wichtig sind, überraschend dynamisch sind. So unterscheiden sich die an der Bestäubung beteiligten Pflanzen- und Bienenarten stark zwischen den Jahreszeiten. Das ermittelte ein internationales Forschungsteam unter der Leitung der Universität Göttingen durch Untersuchungen in Gemüsebetrieben in der südindischen Metropole Bengaluru – einem Paradebeispiel für rasant wachsende Städte in den Tropen. Die Urbanisierung verstärkt die saisonalen Unterschiede der Pflanzen-Bestäuber-Netzwerke, wie ein Vergleich von städtischen und ländlichen Anbauflächen ergab. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Ecology Letters erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

Eine Studie zeigt eine natürliche Lösung zur Abschwächung von Auswirkungen des Klimawandels wie extremen Wetterereignissen auf. Forschende der Universität Leipzig, der Friedrich-Schiller-Universität Jena, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung Halle-Jena-Leipzig (iDiv) und anderer Forschungseinrichtungen fanden heraus, dass eine vielfältige Pflanzenwelt als Puffer gegen Schwankungen der Bodentemperatur wirkt. Dieser Puffer wiederum kann einen entscheidenden Einfluss auf wichtige Ökosystemprozesse haben. Ihre neuen Erkenntnisse haben die Forschenden im Fachjournal Nature Geoscience veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

Wo und wie können abwechslungsreiche, landwirtschaftliche Anbaupraktiken profitabel eingesetzt werden, um die Produktion und gleichzeitig die Biodiversität zu steigern? Das haben Forschende der Universität Bonn in einer Studie untersucht, die nun in der Zeitschrift Communications Earth & Environment erschienen ist. Welcher Ansatz der erfolgversprechendere ist, hängt dabei von der jeweiligen Fläche ab. Bereits intensiv genutzte landwirtschaftliche Flächen in Westeuropa, China, Teilen Indiens und Brasiliens sowie in Osteuropa könnten von einer Extensivierung wie der Einbeziehung von Mischpflanzungen und einer geringeren Anbaudichte profitieren. In Gebieten der Subsahara, in Teilen Brasiliens, Indiens und Tadschikistans sowie in Kanada und Australien hingegen gäbe es noch Potenzial für eine nachhaltige Intensivierung. Andere Gebiete wiederum könnten für beides geeignet sein, wie die meisten Teile Westafrikas.

Quelle: Uni Bonn

ROP-Proteine, eine Gruppe pflanzenspezifischer Proteine, steuern die Bildung von Pflanzengewebe. Hugh Mulvey und Liam Dolan vom Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) in Wien zeigen nun, dass sich ROP-Proteine am Übergang zwischen einzelligem und mehrzelligem Pflanzenleben entwickelten. Ihre Ergebnisse stellen sie im Fachmagazin Current Biology vor. Durch die Kombination von phylogenetischen und genetischen Komplementationsstudien konnten Mulvey und Dolan feststellen, dass die ROP-Signalübertragung im Streptophytenzweig der Pflanzen weitgehend konserviert ist: "ROP ist seit dem letzten gemeinsamen Vorfahren der fadenförmigen Streptophytenalgen und der Landpflanzen in hohem Maße konserviert", sagt Dolan. "Dies fällt mit dem Punkt in der Evolution zusammen, an dem sich in dieser Linie die Mehrzelligkeit entwickelte.”

Quelle: GMI beim idw

Ein internationales Team hat die morphologische Vielfalt fossiler Blüten analysiert und mit der Vielfalt lebender Arten verglichen. Das spannende Ergebnis: Blühende Pflanzen hatten bereits kurz nach ihrer Entstehung in der Kreidezeit eine große Anzahl verschiedener Blütentypen hervorgebracht und diese früheste Blütenvielfalt war größer als die heutige. Die Studie hat das Team um Botaniker*innen der Universität Wien soeben in der Fachzeitschrift New Phytologist veröffentlicht.

Quelle: Uni Wien

Ackerböden beherbergen oft viele Krankheitserreger, die Pflanzen befallen und Erträge mindern. Ein Schweizer Forschungsteam hat nun gezeigt, dass eine Impfung des Bodens mit Mykorrhiza-Pilzen helfen kann, den Ertrag ohne zusätzliche Düngung und Pflanzenschutzmittel zu halten oder gar zu verbessern. In einem gross angelegten Freilandversuch konnte die Ernte um bis zu 40 Prozent gesteigert werden, wie die Forschenden der Universität Zürich nun im Fachmagazin Nature Microbiology zeigen.

Quelle: Uni Zürich beim idw

Die Verfügbarkeit von Eisen als essentieller Mikronährstoff für Pflanzen ist stark vom pH-Wert des Bodens abhängig. Leiden Pflanzen unter Eisenmangel, so setzten bestimmte Pflanzen Cumarine frei. Welche Art dieser kleinen sekundären Metaboliten hauptsächlich freigesetzt wird, hängt vom jeweiligen pH-Wert des Bodens ab. Ein Forschungsteam unter Führung des IPK Leibniz-Instituts hat am Beispiel der Modellpflanze Arabidopsis thaliana gezeigt, wie unterschiedliche Cumarine genutzt werden, um die Eisen-Aufnahme unter sauren und unter alkalischen Bedingungen zu maximieren und darüber in der Fachzeitschrift The Plant Cell berichtet.

Quelle. IPK (pdf-Datei)

Ein internationales Team von Forschenden hat Baumringe aus ganz Europa analysiert: Die Luft in Europa ist in den letzten Jahrzehnten im Vergleich zur vorindustriellen Zeit deutlich trockener geworden. Dies ist auf den vom Menschen verursachten Klimawandel zurückzuführen. Eine trockenere Atmosphäre kann Dürreperioden und die Gefahr von Waldbränden verschärfen, was wiederum Folgen für Wälder und Landwirtschaft hat. Dies ist das Ergebnis einer neuen Studie, die in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurde. Sie stammt von einem internationalen Forschungsteam unter der Leitung von Kerstin Treydte von der Eidgenössischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft (WSL). Dafan beteiligt war auch ein Team vom Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ.

Quelle: GFZ

Pflanzen, bei denen ein Ionenkanal der Vakuole hyperaktiv ist, sind extrem gestresst und wachsen schlecht. Doch die Ackerbohne macht da eine Ausnahme, wie ein Würzburger Forschungsteam um Irene Marten nun im Fachmagazin eLife schildert. Sie untersuchten, ob es pflanzenartspezifische Variationen im TPC1-Gen gibt und wie sich diese Änderungen auf die Arbeitsweise des Kanals und damit auf die elektrische Erregbarkeit der Vakuole auswirken. In Patch-Clamp-Untersuchungen belegte Dr. Jinping Lu, die Erstautorin der eLife-Studie, dass bei der Ackerbohne der TPC1-Kanal sehr viel aktiver und damit stärker geöffnet ist als bei der Ackerschmalwand. Die Hyperaktivität des Ackerbohnen-Kanals löst bei den Vakuolen eine elektrische Hypererregbarkeit aus. Obwohl der Ackerbohnen-TPC1-Kanal länger geöffnet ist, sind die Ackerbohnen nicht gestresst und wachsen normal.

Quelle: Uni Würzburg

Überraschenderweise gibt es bei Pflanzen Proteine, die dem menschlichen MIF-Protein in der Abfolge ihrer einzelnen Bausteine (Aminosäuren) ähneln, und als MDL-Proteine bezeichnet werden. MIF (macrophage migration inhibitory factor) spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung verschiedener menschlicher Immunreaktionen. Ein Team um Professor Jürgen Bernhagen vom Institut für Schlaganfall- und Demenzforschung am Klinikum der LMU München und Professor Ralph Panstruga vom Lehr- und Forschungsgebiet Molekulare Zellbiologie der Pflanzen der RWTH Aachen schildert nun in der Fachzeitschrift Science Signaling, dass MIF- und MDL-Proteine auch in ihrer räumlichen Struktur einander verblüffend ähnlich sind. Ferner stellte es fest, dass die pflanzlichen MDL-Proteine, allein oder in Komplexen mit dem menschlichen MIF-Protein, an die Rezeptoren des MIF-Proteins binden und so entsprechende immunrelevante Signalwege aktivieren können – und dies zum Teil effizienter als das menschliche MIF-Protein allein. Dies könnte erklären, wie möglicherweise pflanzliche MDL-Proteine das menschliche Immunsystem beeinflussen und wie Pflanzenpartikel etwa Heuschnupfen oder Hautreaktionen und andere Unverträglichkeiten beeinflussen. Weitere Untersuchungen müssen aber noch zeigen, ob dies tatsächlich der Fall ist.

Quelle: LMU beim idw

Eine aktuelle Studie untersucht die genomische Struktur der fleischfressenden Kannenpflanze Nepenthes gracilis und zeigt, wie Polyploidie zu evolutionären Innovationen beiträgt. Also wie mehr als zwei Chromosomensätze in der Zelle bei der Evolution spielen und wie neue Gene entstehen.
"Interessanterweise stellte sich heraus, dass es die rezessiven Subgenome sind, die mit neuen Genen angereichert sind. Diese überraschende Entdeckung lässt vermuten, dass die rezessiven Subgenome einen wichtigen Beitrag zur evolutionären Anpassung der Pflanze leisten", sagt Pflanzenwissenschaftler Kenji Fukushima vom Lehrstuhl für Botanik I der Julius-Maximilians-Universität Würzburg (JMU). Dies gelte insbesondere für Merkmale wie die Kannenblätter, die zum Insektenfang verwendet werden, und die Zweihäusigkeit (Diözie), also das Vorhandensein getrennter männlicher und weiblicher Pflanzen. Neben der Erforschung der Genetik von Nepenthes gracilis erlaubt die in Nature Plants veröffentlichte Studie des Teams auch Rückschlüsse auf Pflanzenvielfalt und Anpassung im Allgemeinen und könnte wertvolle Beiträge zur Landwirtschaft leisten. „Gerade dort sind Mechanismen des Nährstofftransports und der Fortpflanzung von größtem Interesse“, erklärt Fukushima. Die Erkenntnisse aus der Studie könnten dazu beitragen, diese Prozesse besser zu verstehen und somit zu einer nachhaltigen und effizienten landwirtschaftlichen Praxis beitragen.

Quelle: Uni Würzburg

Ein Forschungsteam hat ein Gen entschlüsselt, das den Stressabbau in Pflanzen steuert. Umwelteinflüsse können Stress auslösen, wodurch ihr Wachstum und ihre Vermehrungsfähigkeit eingeschränkt werden. Das Forschungsteam hat nun die entscheidende Funktion des Gens GAS2 in der Modelpflanze Arabidopsis entschlüsselt: Das Gen steuert einen speziellen Signalweg, über den das Stresshormon Abscisinsäure abgebaut wird. Dieser Signalweg ermöglicht die Samenkeimung und auch die Überlebensfähigkeit beispielsweise bei Trockenstress. Wichtig sind diese neuen, im Magazin Nature Communications von Pflanzenbiolog*innen der Technischen Universität Braunschweig und des Julius Kühn-Instituts Braunschweig veröffentlichten Erkenntnisse etwa in der Landwirtschaft und Pflanzenzucht.

Quelle: TU Braunschweig

Die Auswirkungen des Klimawandels stellen den Getreideanbau in vielen Regionen vor große Herausforderungen. In einer vor etwa einer Woche in der Fachzeitschrift Nature Reviews Earth & Environment veröffentlichten Studie haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Zentrums für Agrarlandschaftsforschung (ZALF) untersucht, wie sich wärmere Temperaturen, ein erhöhter Kohlendioxidgehalt und eine veränderte Wasserverfügbarkeit auf weltweit wichtige Getreidearten wie Weizen, Mais, Hirse, Sorghum und Reis auswirken: Bei einem Klimawandelszenario ohne Anpassungsmaßnahmen liegen die simulierten globalen Ertragsverluste bei Getreide zwischen sieben und 23 Prozent.

Quelle: ZALF

Ein Forschungsteam hat in einer Studie nachweisen, dass in artenreicheren Umgebungen pflanzliche Biomasse entsteht, die sich nach dem Absterben im Boden langsamer zersetzt. Das hat zur Folge, dass mehr Kohlenstoff im Boden gespeichert wird. In trockenen und heißen Klimazonen ist dieses Phänomen besonders ausgeprägt. Die im Oktober im Fachjournal Nature Communications veröffentlichte Studie basiert auf Daten aus 84 Grasländern auf insgesamt sechs Kontinenten. Studienleiterin Marie Spohn von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften und 29 weitere Forschende aus der ganzen Welt haben mit ihrer Untersuchung das Verständnis dafür erheblich erweitert, wie die Kohlenstoffspeicherung in Grasländern funktioniert und mit der biologischen Vielfalt und dem Klima zusammenhängt. Professorin Sylvia Haider von der Leuphana Universität Lüneburg hat für die Studie eine Fläche in Bad Lauchstädt, südlich von Halle, untersucht.

Quelle: Leuphana Universität Lüneburg

Auf unseren globalisierten Handels- und Transportwegen verschleppen wir Menschen – ob absichtlich oder unabsichtlich – Pflanzen, Tiere, Bakterien oder Viren aus ihren ursprünglichen Verbreitungsgebieten in neue Lebensräume, wo sie zu großen Problemen führen können. Wie viele dieser gebietsfremden Arten es weltweit bereits gibt und welche Gruppen von Lebewesen besonders invasiv sind, hat eine Studie untersucht, die jetzt in der Fachzeitschrift Global Ecology and Biogeography erschienen ist. Dazu haben die Forschenden eine umfassende Liste der bislang beschriebenen gebietsfremden Arten erstellt – es sind rund 37.000 weltweit – und diese nach der biologischen Taxonomie gruppiert. Das Ergebnis: Egal ob mikroskopisch klein oder nilpferdgroß, ob an Land oder unter Wasser – von allen uns bekannten Lebewesen sind bislang im Durchschnitt etwa ein Prozent irgendwohin auf der Welt eingeschleppt worden oder eingewandert, wo sie ursprünglich nicht existierten. Bei einigen Gruppen hat sich außerdem gezeigt, dass sie überproportional häufig außerhalb ihres angestammten Verbreitungsgebiets etabliert sind, darunter Säugetiere, Vögel, Fische, Insekten, Spinnen und Pflanzen. „Das sind meist die Arten, die vom Menschen absichtlich für die Landwirtschaft, den Gartenbau, die Forstwirtschaft oder einfach aus Liebhaberei eingeführt wurden,“ erklärt Dr. Elizabeta Briski vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Insgesamt deuteten ihre Ergebnisse auf ein enormes Potenzial für zukünftige biologische Invasionen in verschiedenen Artengruppen hin, resümieren die Ökolog*innen. Daher mahnen sie dringend Maßnahmen an, um zukünftige Einschleppungen zu verhindern und die schädlichsten invasiven Arten, die bereits etabliert sind, unter Kontrolle zu bringen.  

Quelle: GEOMAR

Die Wiederherstellung natürlicher Wälder könnte rund 226 Gigatonnen (Gt) Kohlenstoff binden – allerdings nur dann, wenn die Menschheit auch ihre Treibhausgasemissionen stark reduziert. Zudem braucht es gemeinsame Anstrengungen zum Erhalt und zur Wiederherstellung der biologischen Vielfalt. Das ist das Ergebnis einer neuen Studie von Hunderten von Wissenschaftler*innen aus der ganzen Welt, darunter Forschende der Eidgenössischen Technischen Hochschule Zürich (ETH Zürich), die heute in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde. Die Studie unterstreicht die entscheidende Bedeutung der Erhaltung, Wiederherstellung und nachhaltigen Bewirtschaftung von Wäldern für das Erreichen der internationalen Klima-​ und Biodiversitätsziele. Die Forschenden betonen, dass dieses Potenzial durch Anreize für gemeinschaftliche Anstrengungen zur Förderung der Biodiversität erreicht werden kann.

Quelle: ETH Zürich

Ob ein bestimmter, zur Kohlenstofffixierung konkurrierender Stoffwechselweg bei der Photosynthese eine Schutzfunktion für die Pflanzen hat, hat nun ein deutsch-amerikanisches Forschungsteam unter Leitung der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) in Zusammenarbeit mit dem Max-Planck-Institut für Molekulare Pflanzenphysiologie (MPI-MP) untersucht. Im Laufe des Tages schwankt die Lichtintensität stark und daher fluktuiert die Menge an verfügbarer chemischer Energie in Form von ATP und NAD(P)H. Gefährlich wird es für die Pflanze, wenn sie plötzlichem Starklicht ausgesetzt ist: Da nur begrenzte Mengen der Vorläufermoleküle für ATP und NAD(P)H vorliegen, kann dann nur ein Teil der absorbierten Licht- in chemische Energie umgewandelt werden. Überschüssige Lichtenergie verursacht an Proteinen sogenannte photooxidative Schäden. Das Forschungsteam um Prof. Dr. Ute Armbruster vom HHU-Institut für Molekulare Photosynthese untersuchte daher, ob die Photorespiration Pflanzen bei stark wechselnden Lichtbedingungen vor photooxidativen Schädigungen schützt. Erstautorin der im Fachjournal Nature Communications Dr. Thekla von Bismarck resümiert: „Photorespiration scheint keine wesentliche Rolle zum Schutz der Pflanzen bei Starklichtphasen von fluktuierenden Lichtverhältnissen einzunehmen. Pflanzen ohne voll funktionsfähige Photorespiration wachsen eher besser unter fluktuierenden als unter konstanten Lichtbedingungen.“ Die Ergebnisse sind zur Verbesserung vom Ernteertrag durch synthetische Umgehungen der Photorespiration interessant. Die Aktivierung eines pflanzeneigenen alternativen Stoffwechselwegs im Chloroplasten könnte dazu genutzt werden, um bei der Photorespiration freiwerdendes CO₂ in der Nähe von Rubisco freizusetzen und somit Photosynthese unter dynamischen Lichtbedingungen zu verbessern.

Quelle: HHU

In den Straßen Kölns sind verschiedene Linien der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana) vorhanden und spezifisch an die verschiedenen Nischen angepasst, die sie in der städtischen Umwelt bewohnen. Das zeigt ein Forschungsteam der Universitäten Köln und Potsdam sowie des Kölner Max-Planck-Instituts für Züchtungsforschung in der Fachzeitschrift Journal of Ecology. Wie sie schildern, unterscheiden sich die regionalen Kölner Linien von A. thaliana stark in typischen Merkmalen des Lebenszyklus, wie etwa der Regulation von Blüte und Keimung. Dadurch können sie ihre Fortpflanzung an lokale Umweltbedingungen wie Temperatur und menschliche Störungen gezielt anpassen. Die Wissenschaftler*innen des Sonderforschungsbereichs / Transregio 341 "Pflanzenökologische Genetik" hatten dazu unterschiedliche Pflanzenlinien analysiert, die an Standorten in einem relativ kleinen Umkreis im Kölner Süden wuchsen.

Quelle: Uni Köln

Bei niedrigen Temperaturen verändern sich Nährstoffgehalt und Geschmack von Grünkohl – und zwar je nach Sorte auf unterschiedliche Art und Weise. Ein Team um die Biologen Dr. Christoph Hahn und Prof. Dr. Dirk Albach, beide Universität Oldenburg, berichtet in einer nun in einem Sonderband im Fachjournal Horticulturae veröffentlichten Studie, dass die Konzentration der für den typischen Kohlgeschmack verantwortlichen Glucosinolate bei manchen Sorten ansteigt, wenn es kalt wird, bei anderen dagegen sinkt.

Quelle: Uni Oldenburg

Fotos von Tier- und Pflanzenarten, die in den Sozialen Medien geteilt werden, können einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Biodiversität leisten – vor allem in tropischen Gebieten. Zu diesem Schluss kommt ein Forschungsteam unter Leitung des Deutschen Zentrums für Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ), der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der Universität von Queensland (UQ). In drei Studien, die in BioScience, One Earth und Conservation Biology veröffentlicht wurden, zeigen sie am Beispiel Bangladeschs, dass Facebook-Daten einen wichtigen Beitrag zum Biodiversitätsmonitoring und zur Bewertung potenzieller Schutzgebiete leisten können.

Quelle: iDiv

Der Verzehr von Obst und Gemüse trägt positiv zur Bakteriendiversität im menschlichen Darm bei. Das hat ein Forschungsteam erstmals in einer Meta-Studie gezeigt, die im Fachjournal Gut Microbes publiziert wurde. Das Team rund um Wisnu Adi Wicaksono und Gabriele Berg vom Institut für Umweltbiotechnologie der TU Graz konnte erstmals nachweisen, dass die Häufigkeit des Obst- und Gemüseverzehrs und die Vielfalt der verzehrten Pflanzen die Menge der obst- und gemüse-assoziierten Bakterien im menschlichen Darm beeinflusst. Insbesondere die frühe Kindheit stellt ein Zeitfenster für die Besiedlung mit pflanzenassoziierten Bakterien dar. Die Mikroorganismen pflanzlichen Ursprungs verfügen über probiotische und gesundheitsfördernde Eigenschaften, die ebenfalls aufgezeigt wurden.

Quelle: TU Graz

In einer großangelegten Studie mit fast 400 Partner*innen und unter Leitung von Forschenden der ETH Zürich haben Wissenschaftler*innen weltweit Daten über Baumarten zusammengetragen. Die jetzt in der Fachzeitschrift Nature Plants veröffentlichte Studie verbessert das Verständnis von unterschiedlichen Blatttypen der Bäume und ermöglicht so Rückschlüsse auf Ökosysteme und den CO₂-Kreislauf. So kam eine globale, bodengestützte Bewertung der Variation von Waldblatttypen zustande, indem die Daten von fast 10.000 Waldinventurflächen mit den Datensätzen der internationalen Plant Trait Database TRY zu Blattform (Laub- vs. Nadelblatt) und Habitus (immergrün vs. laubabwerfend) zusammengeführt wurden. Bayreuther Wissenschaftler*innen haben ihr Wissen über die Kilimanjaro-Region für diese Studie beigesteuert. „Wir fanden heraus, dass die globale Variation der Blatt Lebensdauer (LEAF HABIT) in erster Linie vom Ausmaß der saisonalen Temperaturschwankungen und den Bodeneigenschaften abhängt, während die Blattform in erster Linie von der Temperatur bestimmt wird“, sagt PD Dr. Andreas Hemp vom Lehrstuhl für Pflanzensystematik der Universität Bayreuth.

Quelle: Uni Bayreuth

Es gibt bestimmte Zeitfenster im Lebenszyklus von Weizen-Pflanzen, in denen Umweltfaktoren wie Temperaturen oder Niederschläge besonders großen Einfluss auf die späteren Erträge haben. Das hat ein Team um den Agrarwissenschaftler Prof. Dr. Tsu-Wei Chen von der Humboldt-Universität zu Berlin mit einem neuen statistischen Verfahren nachweisen können. Wie hoch die Ertragseinbußen bei ungünstigen Umweltbedingungen sind, ist auch von der genetischen Ausstattung einzelner Sorten abhängig. Daher können die Erkenntnisse wichtige Impulse für die künftige Züchtung von stressresistenten Weizensorten liefern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forschenden in der Fachzeitschrift Nature Plants. Das neue statistische Verfahren hatten die Forschenden aus Daten aus Feldversuchen generiert, mit 220 unterschiedlichen Winterweizensorten, die an sechs Versuchsstandorten in ganz Deutschland in drei aufeinanderfolgenden Saisons angebaut worden waren.

Quelle: HU Berlin

Das Citrus Bark Cracking Viroid (CBCVd) breitet sich bei Hopfenpflanzen aus, dem grünen Gold Deutschlands. Denn wenn diese Krankheitserreger in Hopfenpflanzen gelangen, sind Ertragseinbußen die Folge. Sie kommen über infiziertes Pflanzmaterial oder aus importierten Zitrusfrüchten, ergab eine Studie im Journal Plant Pathology von Dr. Michael Hagemann von der Universität Hohenheim in Stuttgart. Neuinfektionen können durch den achtlosen Umgang mit Resten von Zitrusfrüchten in Hopfenanbaugebieten ausgelöst werden. Ein bewusster Umgang mit diesen Faktoren könnte die Rettung für die Hopfenproduktion bedeuten.

Quelle: Uni Hohenheim

Mikroalgen kompensieren Nährstoffmangel mithilfe einer lichtgetriebenen Protonenpumpe, womit sie sich auch an die Auswirkungen des Klimawandels anpassen können. Diesen Mechanismus haben Forschende des GEOMAR Helmholtz Zentrums für Ozeanforschung Kiel, der Universität von East Anglia (UEA) und der Universität Würzburg entdeckt. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichen sie heute in der Zeitschrift Nature Microbiology. Die Entdeckung öffnet den Weg für biotechnologische Entwicklungen, die den negativen Auswirkungen veränderter Umweltbedingungen wie der Erwärmung der Ozeane und sogar der sinkenden Produktivität von Nutzpflanzen entgegenwirken könnten.

Quelle: GEOMAR

Pflanzliches Plankton spielt eine entscheidende Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf. Eine neue Studie vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, die jetzt in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht wurde, zeigt, wie Änderungen in den Körperfunktionen des Phytoplanktons, insbesondere bei der Nährstoffaufnahme, die chemische Zusammensetzung des Ozeans und sogar der Atmosphäre beeinflussen können. Dies legt nahe, dass Veränderungen in der Physiologie des marinen Phytoplanktons einen Einfluss auf das globale Klima haben können.

Quelle: GEOMAR

Wie sich eine kleine Gruppe von Pflanzenstammzellenerfolgreich gegen Infektionen wehrt, zeigen Marco Incarbone, jetzt am MPIMP Golm, Gabriele Bradamante und ihre Koautoren am Gregor-Mendel-Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) nun im Fachmagazin PNAS. Demnach sind Salicylsäure und RNA-Interferenz für diese antivirale Immunität der Stammzellen verantwortlich. Die Ergebnisse wurden am 12. Oktober veröffentlicht.

Quelle: GMI

Die Nahrungsmittelproduktion verdoppeln, Wasser sparen und gleichzeitig die Kohlenstoffspeicherung erhöhen – das klingt paradox, wäre aber, zumindest nach dem biophysikalischen Potenzial der Erde, theoretisch möglich. Nötig wäre allerdings eine radikale räumliche Neuordnung in der Landnutzung. Das haben Forschende des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) und des Heidelberg Institute for Geoinformation Technology (HeiGIT), einem An-Institut der Universität Heidelberg, herausgefunden. Ihre Ergebnisse haben sie in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) veröffentlicht.

Quelle: KIT

Einzelne Arten ganz unterschiedlicher Pflanzenfamilien bilden spezielle, von Indol abgeleitete Abwehrstoffe, sogenannte Benzoxazinoide: Der Syntheseweg dieser Verbindungen war jedoch bislang nur für Gräser wie Mais bekannt. Ein Team des Max-Planck-Instituts für chemische Ökologie konnte nun durch die Untersuchung von zwei weit entfernt verwandten Pflanzenarten, der Gewöhnlichen Goldnessel und der Zebrapflanze, zeigen, dass im Vergleich zum Mais ganz unterschiedliche Enzyme für die Bildung dieser speziellen Abwehrstoffe verantwortlich sind. Die Biosynthese dieser Stoffe hat sich im Laufe der Evolution mehrfach unabhängig voneinander entwickelt, legen sie im Fachmagazin PNAS dar.

Quelle: MPI für chemische Ökologie

Je baumartenreicher Wälder sind, desto schneller wachsen die Bäume und desto mehr CO₂ können sie binden. Welche Mechanismen dahinter legen, zeigt eine gemeinsame Studie von TU Dresden, Leuphana Universität Lüneburg, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, Universität Leipzig, Universität Montpellier und dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) Halle-Jena-Leipzig. Die Ergebnisse sind nun im Journal Science Advances erschienen.

Quelle: TU Dresden

Eine wachsende Weltbevölkerung benötigt ausreichend Nahrungsmittel. Deren Produktion führt durch Überdüngung zu einer erhöhten Stickstoffbelastung in der Landwirtschaft, was sich negativ auf Menschen, Klima und Ökosysteme auswirkt. Dass die heutige Getreideproduktion mit einer deutlich geringeren globalen Gesamtdüngung aufrechterhalten werden könnte, wenn der Einsatz von Stickstoffdünger weltweit gleichmäßig über die Anbauflächen verteilt würde, zeigen Modelle von Forschenden des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT). Über ihre Ergebnisse berichten sie in Communications Earth & Environment.

Quelle: KIT

In Europa und Amerika stammen viele der dortigen gebietsfremden Pflanzenarten vom eigenen Kontinent und haben ihren Ursprung meist in den Regionen der niedrigeren Breitengrade – ein Problem, das durch den Klimawandel noch verschärft werden könnte. Zu diesem Schluss kommt ein internationales Forschungsteam unter der Leitung Konstanzer Biologinnen und Biologen in seiner aktuellen Studie. In der Studie in Science Advances konnten die Forschenden nachweisen, dass auf den betrachteten Kontinenten mehr als die Hälfte (56.7%) der gebietsfremden Pflanzenarten, die sich erfolgreich in neuen Gebieten angesiedelt haben, ursprünglich vom eigenen Kontinent stammten. Besonders hoch waren die Anteile in Europa und Nordamerika. Auffällig niedrig war der Anteil hingegen in Australien. Bei den drei der untersuchten Kontinente mit dem höchsten Anteil an intrakontinentalen gebietsfremden Pflanzen – Europa, Nord- und Südamerika – stellten die Forschenden zudem Gemeinsamkeiten in den Ausbreitungsmustern fest: Die intrakontinentale Verbreitung erfolgte in der Mehrzahl der Fälle von den äquatornahen Regionen in Richtung der jeweiligen Pole. „Mit steigender Nähe zum Äquator steigt auch die Vielfalt der in einer Region natürlicherweise vorkommenden Arten. Es gibt in diesen Regionen also schlichtweg einen viel größeren Fundus an Arten, der in Richtung der Pole verbreitet werden kann, als umgekehrt“, gibt Zhijie Zhang, Erstautor der Studie, eine Erklärung für das Phänomen.

Quelle: Uni Konstanz

Ein Chloroplasten-Enzym schützt Pflanzen vor pathologischen Proteinansammlungen, die bei Menschen die Huntington-Krankheit sowie andere neurodegenerative Erkrankungen auslösen können. Das schildern Forschende der Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD und für Pflanzenwissenschaften CEPLAS der Universität zu Köln in der Fachzeitschrift Nature Aging. In ihrer Veröffentlichung „In-planta expression of human polyQ-expanded huntingtin fragment reveals mechanisms to prevent disease-related protein aggregation“ zeigen sie, dass ein aus Pflanzen gewonnenes synthetisches Enzym – die sogenannte stromal processing peptidase (SPP) – Proteinverklumpungen verhindert, die für die krankhaften Veränderungen in Modellen der Huntington-Krankheit (menschliche Zellen und der Fadenwurm Caenorhabditis elegans) verantwortlich sind.

Quelle: Uni Köln

Sogenannte Molekulare Uhren haben die Evolutionsbiologie revolutioniert: Anhand von DNA-Mutationen zwischen den Arten lässt sich auch ohne datierte Fossilien abschätzen, wann genau sich neue Äste im Stammbaum des Lebens bilden. Für kurze Zeiträume sind solche Uhren allerdings nicht brauchbar, da sie zu langsam getaktet sind. Forschende der Technischen Universität München (TUM), des GEOMAR und der Universität Georgia stellen im Fachjournal Science eine neuartige, schnell tickende molekulare Uhr vor, die auf Epimutationen – zufälligen Veränderungen im Erbgut – beruht. Diese neue Uhr wird dazu beitragen, die Veränderungen der biologischen Vielfalt in der jüngsten Vergangenheit zu verfolgen.  

Quelle: GEOMAR

Der richtige Mix von Spurenelementen ist entscheidend für eine gesunde Ernährung. Diese Devise gilt auch für das Phytoplankton. Die winzigen Algen im Südpolarmeer haben als Kohlendioxid-Speicher maßgebliche Effekte auf das Weltklima. So zeigt eine neue Studie des AWI und der Uni Bremen einen interessanten Zusammenhang: Wenn das Phytoplankton gleichzeitig mehr Eisen und Mangan bekommt, verändert sich seine Lebensgemeinschaft. Die Algen können dann mehr CO₂ binden und bilden mehr klebrige, kohlenstoffreiche Kolonien, die besser auf den Meeresgrund sinken. Dadurch holen sie den Kohlenstoff effizienter aus der Atmosphäre, berichtet das Forschungsteam des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) im Fachjournal Current Biology.

Quelle: AWI

Wie auf molekularer Ebene Pilz-Infektionen reguliert werden, haben Forschende der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) hat zusammen mit Kolleginnen und Kollegen aus Frankfurt/Main und Aachen aufgeklärt. Dazu untersuchten sie, wie der den Maisbeulenbrand verursachende Pilz Ustilago maydis auf RNA-Ebene reguliert wird. Angewendet hat das Team eine leistungsfähige RNA-Markierungstechnik für Pilze, die im lebenden Organismus (in vivo) funktioniert. Die Forschenden fanden heraus, wie ein wichtiges RNA-bindendes Protein (kurz RBP) mit Namen Khd4 das Wachstum infektiöser Hyphen reguliert, also die fadenförmige Erscheinungsform der Pilze, die eine Infektion auslösen. Prof. Dr. Michael Feldbrügge (HHU) resümiert: „Wir haben erstmals ein neues regulatorisches Konzept für Infektionen entdeckt: Ein einziges RBP steuert das polare Wachstum von infektiösen Hyphen, indem es die Stabilität von mRNAs bestimmt, die wiederum den Membranverkehr regulieren. Dies eröffnet Ansatzpunkte für die Entwicklung neuer Fungizide, die RBPs als neue Ziele für die Bekämpfung von Pilzen nutzen.“ Seine Ergebnisse hat das Team um Feldbrügge im Fachjournal PNAS veröffentlicht.

Quelle: HHU

Forschende der Universität Zürich konnten mit Hilfe von Big Data, maschinellem Lernen und Feldbeobachtungen im experimentellen Garten der Universität Zürich zeigen, wie Arabidopsis-Pflanzen auf eine sich verändernde Umwelt - wie etwa im Klimawandel - reagieren. Ihre Entwicklung namens PlantServation ist eine robuste und hochauflösende Bildaufnahme-Hardware, kombiniert mit einer KI-unterstützten Software zur Bildanalyse, die bei jedem Wetter funktioniert. Für die Studie hatte das Team mit maschinellem Lernen mehr als vier Millionen Bilder verarbeitet, wie es in Nature Communications berichtet.

Quelle: Uni Zürich

Die Veränderung der Klimabedingungen stellt den europäischen Wald vor immer größere Herausforderungen. Forschende der Technischen Universität München (TUM) haben erstmalig einen satellitenbilderbasierten Datensatz von über 64.000 Waldbränden zwischen 1986 und 2020 in Europa ausgewertet. Das Ergebnis: Die Zahl der Brände stagnierte, allerdings treten extrem große und schwere Feuer in Europa vor allem bei hoher Trockenheit auf. Der Klimawandel mit seinen trockenen Sommermonaten schafft für zukünftige Waldbrände daher ideale Bedingungen. Über ihre Ergebnisse berichtet das Team im Fachjournal Global Change Biology.

Quelle: TUM

Pflanzen werden vielfach Fähigkeiten zugeschrieben, wie sie in der Tier- oder Menschenwelt bekannt sind. Demnach sind Bäume zu Gefühlen fähig und dazu in der Lage, wie Mütter für ihren Nachwuchs zu sorgen. In einem Beitrag für das Review Journal Trends in Plant Science sind nun 32 internationale Pflanzen- und Forstwissenschaftler solchen Zuschreibungen nachgegangen. Die Forscherinnen und Forscher haben unter der Leitung von Prof. Dr. David G. Robinson, emeritierter Professor am Centre for Organismal Studies der Universität Heidelberg, die Aussagen in zwei populären Veröffentlichungen zum Thema Wald analysiert und kommen zu dem Schluss, dass hier Mutmaßungen mit Fakten gleichgesetzt werden.

Quelle: Uni Heidelberg

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena erforschen den bislang weitgehend unbekannten Biosyntheseweg, der in Pflanzen zur Bildung von Herzglykosiden führt. In einer in der Zeitschrift Nature Plants
veröffentlichten Studie stellen sie zwei Enzyme aus der Familie CYP87A als Schlüssel-Enzyme vor, die in zwei verschiedenen Pflanzenfamilien die Bildung von Pregnenolon, dem Ausgangsstoff für die Biosynthese der pflanzlichen Steroide, katalysieren. Die Entdeckung solcher Enzyme soll dazu beitragen, Plattformen für eine günstige und nachhaltige Herstellung hochwertiger Steroidverbindungen für die medizinische Nutzung zu entwickeln.

Quelle: MPI für Chemische Ökologie

Der Klimawandel setzt der Vegetation global gesehen stark zu. Das bestätigt eine Studie, die der Potsdamer Geowissenschaftler Dr. Taylor Smith gemeinsam mit Prof. Niklas Boers von der Technischen Universität München und dem Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung durchgeführt hat. Die beiden Forschenden haben eine neuartige Methode entwickelt, um die Widerstandsfähigkeit der Vegetation auf verschiedenen räumlichen Ebenen anhand von Satellitendaten zuverlässiger abschätzen zu können. Ihre in Nature Ecology & Evolution veröffentlichte Arbeit zeigt die Schwierigkeiten auf, die mit der Abschätzung der Vegetationsresilienz auf globaler Ebene verbunden sind und stellt eine Methodik vor, mit der sich quantifizieren lässt, wie zuverlässig diese Abschätzungen sind.

Quelle: Uni Potsdam

Wälder erneuern sich von Natur aus selbst. Wie die Waldverjüngung genau funktioniert, ist bisher jedoch kaum erforscht. Wie Forschende nun berichten, ist Konkurrenz zwischen Bäumen eine der treibenden Kräfte der natürlichen Waldverjüngung. Wassermangel verschärft den Wettbewerb massiv; kleine Bäume werden dabei unterdrückt. In Mischwäldern spielen unterschiedliche Verjüngungsstrategien der beteiligten Baumarten zusammen. Das berichtet das Team Forschende der ETH Zürich und der WSL im Journal of Ecology. 

Quelle: ETH Zürich

Die Gemeine Fichte (Picea abies) nutzt andere Proteine als die meisten Landpflanzen, um Energie aus Sonnenlicht zu gewinnen. Der Baum greift dabei auf Proteine zurück, die sonst vor allem in Grünalgen zu finden sind. Ein zentraler Baustein des  "Photosystem II"-Proteinkomplexes ist das Lichtsammelprotein Lhcb8. In den meisten Landpflanzen ist dagegen das verwandte Protein Lhcb4 zu finden. Nur unter bestimmten Bedingungen bilden Landpflanzen stattdessen Lhcb8. Das berichtet ein Team der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg (MLU) und der Palacký-Universität in der Tschechischen Republik im Fachjournal Nature Plants. Diese ungewöhnliche Proteinwahl könnte Fichten dabei helfen, besser als andere Landpflanzen mit überschüssigem Licht umzugehen.

Quelle: MLU

Ob in Salatdressings, zum Anbraten und Frittieren oder im Kuchenteig – pflanzliche Öle sind eine Hauptzutat bei der Zubereitung von Lebensmitteln. Forschenden des Lehrstuhls für Lebensmittelchemie an der Bergischen Universität Wuppertal ist es nun gelungen, bisher unbekannte Fettsäuren in Raps- und Leinsamenöl aufzuspüren. So konnten sie die aktuell nur wenig erforschte Densipolsäure, eine Omega-3-Fettsäure, in diesen Ölen eindeutig identifizieren und ihren Gehalt bestimmen, wie sie im Journal of Agricultural and Food Chemistry berichten.

Quelle: Uni Wuppertal

Wie sich der Anbau von Kakao durch die richtige Bestäubungstechnik verbessern lässt, at jetzt ein Forschungsteam untersucht, an dem auch die Uni Würzburg beteiligt war. Wie sich der Ertrag und die Qualität von Bio-Kakao durch ein effizienteres Plantagendesign, das ökologische Aspekte berücksichtigt steigern lassen ergab die Feldforschung in Peru. Zu diesem Zweck verglich das Team zunächst die Selbstbestäubung der Blüten mit der Fremdbestäubung. Bei der Selbstbestäubung wird die Blütennarbe mit Pollen der eigenen Blüte (die genetisch identisch sind) bestäubt, während bei der Fremdbestäubung der Pollen von einer Blüte eines anderen Kakaobaums stammt. Das Ergebnis: Während die Selbstbestäubung nur zu einem geringen Erfolg führte, verbesserte sich dieser Wert bei fremdbestäubten Pflanzen um das Drei- bis Achtfache. Ein hoher genetischer Unterschied, also der geringstmögliche Verwandtschaftsgrad zwischen Pollenspender und Pollenempfänger, ist für den Bestäubungserfolg entscheidend. Neben der genetischen Ausstattung konnten die Forschenden sogar weitere Umweltfaktoren ermitteln, die sich auf den Bestäubungserfolg auswirken, etwa die Temperatur und die relative Luftfeuchtigkeit. Veröffentlicht sind die Ergebnisse im Fachmagazin Agriculture, Ecosystems and Environment.

Quelle: Uni Würzburg

Kolumbien ist das Land mit der dritthöchsten Artenvielfalt auf unserem Planeten, wenn es um die Diversität von Pflanzen und Wirbeltieren geht. Nun hat ein kolumbianisch-deutsches Forschungsteam des Botanischen Gartens Berlin gemeinsam mit seinen kolumbianischen Partnern belegt, dass diese Lebensfülle auch für die Organismengruppe der Flechten gilt: Nicht weniger als 666 Arten fanden sie auf Expeditionen im kolumbianischen Amazonasgebiet, darunter sind 28 neu für die Wissenschaft. Beschrieben sind die neuen Arten im Fachmagazin BioOne.

Quelle: Botanischer Garten Berlin

Bei einem leichten Stickstoffmangel kommt es zu einer Verlängerung der Haupt- und Seitenwurzeln. Wie Pflanzen mit ihren Wurzelhaaren auf einen derartigen Mangel reagieren und welche Mechanismen dahinterstecken, hat nun ein internationales Forschungsteam unter Führung des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK) in der Pflanze Arabidopsis thaliana untersucht. Ihm ist es gelungen, eine dreistufige Abfolge molekularer Komponenten aufzudecken, über die das Wachstum der Wurzelhaare zur Aufnahme von Stickstoff gesteuert wird. "Und wir haben Transkriptomstudien, molekulargenetische und zellbiologische Ansätze integriert, um nachzuweisen, dass die durch den Stickstoffmangel induzierte Wurzelhaarverlängerung auf einer räumlich koordinierten Auxin-Signalkaskade aufbaut. Diese greift über das Transkriptionsmodul RHD6-LRL3 in das Entwicklungsprogramm der Wurzelhaare ein,“ sagt erklärt Prof. Dr. Nicolaus von Wirén vom IPK. Da mehr und längere Wurzelhaare für Pflanzen eine effiziente Strategie sind, um ihre Wurzeln mit den Nährstoffen im Boden in Kontakt zu bringen, eröffnen diese Erkenntnisse die Möglichkeit, neue Zuchtziele für die Entwicklung von Pflanzen mit verbesserter Stickstoffaufnahme zu definieren. Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Current Biology veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Als wesentlichen Faktor der Wolkenbildung haben Forschende des Paul Scherrer Instituts (PSI) Sesquiterpene identifiziert. Die von Pflanzen emittierten, gasförmigen Kohlenwasserstoffe befanden sich bislang noch nicht im Fokus der Forschung - auch weil sie schwer zu messen sind. Die Studie des internationalen CLOUD-Projekts (Cosmics Leaving Outdoor Droplets) am Kernforschungszentrum CERN erschien nun im Fachmagazin Science Advances. Die Erkenntnisse könnten helfen, die Unsicherheiten von Klimamodellen zu reduzieren und präzisere Vorhersagen zu treffen.

Quelle: PSI

In den heute nur spärlich bewachsenen Polargebieten der Arktis gab es im Eozän vor rund 50 Millionen Jahren ausgedehnte, üppige Laubwälder bei einer Kombination aus Treibhausklima und einem gegenüber heute fast doppelt so hohen Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre. Allerdings herrschten in diesen Regionen hoher Breitengrade – wie heute – extreme Lichtverhältnisse: monatelanges Dauerdunkel im Winter und eine, wenn auch tiefstehende, nie untergehende Sonne im Sommer. Vergleichbare Umweltbedingungen sind in dieser Kombination heute auf der Erde nicht zu finden. Daher untersuchte ein Forschungsteam die Lebensbedingungen damals, wollte wissen, ob die Pflanzen ihren Lichtbedarf in dem extremen Wechsel der Tageslängen ausgleichen konnten und ob dabei die damals verbreitete Großblättrigkeit der Laubbäume eine Rolle spielte. Das Team der Universität Tübingen und vom Staatlichen Museum für Naturkunde in Stuttgart wendete quantitative Modelle der Fotosyntheseleistung an, welche die speziellen Lichtverhältnisse nachbilden können, auf fossile Verwandte des Lebkuchenbaumes (Cercidiphyllum japonicum) an. Insgesamt kam das Team auf eine überraschend hohe Produktivität der Wälder. Legt man die aktuellen pflanzenphysiologischen Daten zum Fotosyntheseapparat zugrunde, so dürfte die Fotosyntheseleistung um mindestens 30 bis 60 Prozent höher gelegen haben als an einem heutigen Standort gemäßigter mittlerer Breiten. Hauptfaktor der Verstärkung ist dem Team zufolge der erhöhte Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre gewesen. Verallgemeinern ließen sich ihre Ergebnisse jedoch nicht, betonen die Forschenden, die ihre Studie in der Fachzeitschrift Paleoceanography and Paleoclimatology veröffentlichten.

Quelle: Uni Tübingen

Nach der Ernte im Herbst werden meist sogenannte Zwischenfrüchte angebaut. Diese verhindern die Erosion und die Auswaschung von Nährstoffen. Zudem stabilisieren sie mit ihren Wurzeln das Bodengefüge. Bislang nahm man an, dass Mischungen aus mehreren Zwischenfrüchten zu einer besonders intensiven Durchwurzelung führen. Eine Studie der Universitäten Bonn, Kassel und Göttingen findet dafür jedoch nur bedingt Belege. Stattdessen bilden die Mischungen dünnere Wurzeln, als wenn nur eine einzelne Zwischenfrucht-Art angebaut wird. Das Ergebnis ist unerwartet. Es dokumentiert, wie wenig die Interaktionen von Pflanzenwurzeln bislang verstanden sind. Die Studie ist in der Fachzeitschrift Plant and Soil erschienen.

Quelle: Uni Bonn

Ein Forschungsteam hat einen wichtigen Rezeptor bei wilden Kartoffelsorten aufgespürt, der für neuartige breite Resistenz gegen Knollenfäule verantwortlich ist. Die Bekämpfung der Kraut- und Knollenfäule bei Kartoffeln, die durch Phytophthora infestans verursacht wird, erfordert weltweit den Einsatz zahlreicher Pflanzenschutzmittel. Im Fachmagazin Science berichtet das Team der Universitäten Tübingen, Wageningen und des Sainsbury Laboratory in Norwich, wie sich wilde Kartoffelsorten in einer Umgebung mit konstantem Druck durch Krankheitserreger behaupten und untersuchten dazu die so genannten PRR-Rezeptoren an der Außenseite der Zelloberfläche. Die Grundlagenforschung untersuchte eine Art von PRR-Rezeptor namens PERU, der an ein spezielles Stück Protein von Phytophthora bindet, nämlich an Pep-13, und veranlasst die Kartoffelpflanze so, die Krankheit zu erkennen. Neu ist demnach die Erkenntnis, dass es nicht nur eine Version dieses Rezeptors gibt, sondern Varianten, die unterschiedliche bindende Moleküle erkennen können. Die Erkenntnisse über diese Rezeptoren bereiten den Weg für einen nachhaltigeren Kartoffelanbau der Zukunft. Das Forschungsteam um Prof Dr. Thorsten Nürnberger von der Universität Tübingen, Dr. ir. Vivianne Vleeshouwers der Uni in Wageningen und um Sebastian Schornack vom Sainsbury Laboratory in Norwich geht davon aus, dass es in Zukunft Kartoffeln geben wird, die mit spezifischen Resistenzgenen und verbesserten allgemeinen Abwehrkräften ausgestattet sind.

Quelle: Uni Tübingen

Forschende haben untersucht, wie das Verhalten einer einzelnen Weizenpflanze unter einschränkenden Lichtbedingungen die Leistung der gesamten Gemeinschaft beeinflusst. Sie bewerteten morphologische und biomassebezogene Phänotypen von Einzelpflanzen, die in Mischungen unter Sonnenlicht und simuliertem Schatten angebaut wurden, sowie die Relevanz dieser Phänotypen für die Monokulturgemeinschaft im Feld. Demnach sind kooperative Verhaltensweisen und sehr fruchtbare Blütenstände in einer lichtbegrenzten/schattigen Umgebung sind für eine ertragreiche Getreidepflanzengemeinschaft am wichtigsten. Die Forschenden des Leibniz-Instituts für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung (IPK)  stellten fest, dass Verhaltensweisen, die die Fitness der einzelnen Pflanze fördern, nicht vorteilhaft und in einigen Fällen sogar schädlich für die Leistung der gesamten Gemeinschaft sind. Die Ergebnisse wurden kürzlich in der Zeitschrift Plant, Cell & Environment als Teil der Sonderausgabe Tradeoffs in Plant Responses to the Environment veröffentlicht.

Quelle: IPK (pdf)

Auf privaten und öffentlichen Grünflächen in Deutschland könnten rund 40 Prozent der rückläufigen und gefährdeten heimischen Pflanzenarten gepflanzt werden und seien damit für Conservation Gardening geeignet. Zu dieser Erkenntnis kommen Forschende des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) und der Universität Leipzig, nachdem sie die neuesten Daten der laut Roter Liste gefährdeten Arten aller 16 deutschen Bundesländer gesammelt haben. Die Ergebnisse ihrer Studie wurden nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

Wie können wir den drastischen Rückgang der Artenvielfalt stoppen? Eine aktuelle Studie zeigt nun Lösungsmöglichkeiten für Agrarlandschaften. Die Untersuchungen belegen, dass Mischfruchtanbau die Vielfalt von Insekten und anderen Gliederfüßlern in der Landwirtschaft fördert, ohne die Erträge zu beeinträchtigten. Die Studie unter Federführung des Leibniz-Institutes zur Analyse des Biodiversitätswandels (LIB) wurde jetzt im Fachmagazin Ecological Solutions and Evidence veröffentlicht.

Quelle: LIB

Steigende Meeresspiegel als Folge des Klimawandels und künstliche Bewässerung führen dazu, dass Böden zunehmend versalzen. Diese Versalzung wirkt sich auf die Landwirtschaft – auch den Weinbau – negativ aus: Pflanzen sterben ab, Erträge sinken. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) haben deshalb eine Wildrebe untersucht, die toleranter gegenüber Salz ist. Ziel ist, die genetischen Faktoren zu identifizieren, welche die Rebe widerstandsfähig machen, um sie in kommerzielle Sorten einführen und den Anbau sichern zu können. Ihre Ergebnisse haben sie in Plant Physiology veröffentlicht.

Quelle: KIT

Die erstaunliche Vielfalt pflanzlicher Lebewesen geht auf ein Ereignis zurück, das in der Erdgeschichte einmalig ist: der Landgang der Pflanzen. Damals entwickelte sich eine Gruppe aquatischer Algen zu den ersten Pflanzen, die weltweit Land als neuen Lebensraum eroberten. Nachkommen dieser Algen werden noch heute im Labor untersucht, um die Evolution zu enträtseln. Nun hat ein internationales Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Jan de Vries von der Universität Göttingen für die einzellige Alge Mesotaenium endlicherianum, ein Vertreter der engsten Verwandten der Landpflanzen, einen großen Datensatz zur Genexpression erstellt und daraus molekulare Netzwerke ermittelt. Dabei zeigten sich Gemeinsamkeiten zwischen der Alge und Landpflanzen. Das Forschungsteam hatte dazu zehn Milliarden RNA-Schnipsel untersucht und „Knotenpunkt-Gene“ ermittelt, die in verschiedenen Algen und Pflanzen zusammenarbeiten. Das ist, als würde man in der Musik herausfinden, welche Noten in verschiedenen Liedern und Genres immer wieder harmonieren. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Nature Plants erschienen.

Quelle: Uni Göttingen

Eine umfangreiche Messkampagne im experimentellen Regenwald der Biosphäre 2 zeigt die Auswirkungen von Trockenheit und Wiedervernässung auf die Flüsse biogener flüchtiger organischer Verbindungen (VOC) im Boden: Demnach wandelt sich bei einer Bodenfeuchtigkeit unter 19 Prozent der Regenwaldboden von einer Netto-VOC-Senke zu einem VOC-Produzenten. Positionsspezifische 13C--Pyruvat-Markierungsexperimente zeigen den Zusammenhang mit Aktivität von Bodenmikroben auf. Die im Fachmagazin Nature Communications publizierte Studie, an der Forschende der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Chemie in Mainz beteiligt waren, ermöglicht genauere Klimamodellvorhersagen durch die Integration von VOC-Flüssen im Boden.

Quelle: Uni Freiburg

Die erste globale Studie zeigt das Ausmaß der Invasion gebietsfremder Bäume auf der ganzen Welt. Die Nähe zu menschlichen Aktivitäten ist ein entscheidender Faktor für das Auftreten von Invasionen. Einheimische Artenvielfalt kann das Ausmaß der Invasion nicht einheimischer Baumarten begrenzen, zeigt nun eine internationale Studie unter Leitung von Forschenden der ETH Zürich, die im Fachmagazin Nature veröffentlicht wurde.

Quelle: ETH Zürich

Forstwissenschaftler*innen haben in einer Langzeitstudie die Auswirkungen von Klimaveränderungen auf Bäume in der Region analysiert. Klimafolgen wie trockene und heiße Sommer reduzieren das Wachstum und erhöhen die Mortalität der Bäume im Schwarzwald, da sie die klimatische Wasserbilanz, also die Differenz zwischen Niederschlag und Verdunstung, negativ beeinflussen. So lautet das zentrale Ergebnis der Studie über den Einfluss von Klimaveränderungen auf die Bäume im Schwarzwald von Prof. Dr. Hans-Peter Kahle und Prof. Dr. Heinrich Spiecker, beide Professoren für Waldwachstum und Dendroökologie an der Universität Freiburg. „Die uns vorliegende Zeitreihe zum Wachstum und zur Mortalität der Bäume im Schwarzwald ist einzigartig und erlaubt eine quantitative Analyse der Folgen von Hitze und Dürre“, sagt Prof. Dr. Kahle. Als Datenbasis diente den Wissenschaftlern des Instituts für Forstwissenschaften eine konsistente Zeitreihe von 68 Jahren (1953 bis 2020) über die jährliche Mortalität aller Bäume auf einer Fläche von rund 250.000 Hektar im öffentlichen Wald des Schwarzwaldes. Diese Daten haben sie mit den Werten einer zweiten Zeitreihe in Verbindung gesetzt, die Aussagen zur klimatischen Wasserbilanz der Monate Mai bis September trifft. Die Studienergebnisse sind in der Fachzeitschrift Global Change Biology erschienen.

Quelle: Uni Freiburg

Eine neue Studie zeigt, dass sich einer der beiden Zweige der Immunabwehr bei Pflanzen wahrscheinlich schon während der Etablierung von Pflanzen an Land entwickelt hat. Demnach wird der erste Zweig der pflanzlichen Immunabwehr, die von vielen Blütenpflanzen und ihren Verwandten eingesetzt wird, auch in der zweiten Hauptgruppe der Landpflanzen gefunden, zu der Moose, Lebermoose und Hornmoose gehören. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich dieser Zweig der pflanzlichen Immunabwehr schon früh während der terrestrischen Evolution entwickelt hat und für die Anpassung der Pflanzen an Land wichtig gewesen sein könnte, wie die Forschenden jetzt in der Zeitschrift Current Biology berichten. Dieser Einblick in die prähistorische Pflanzenimmunität, der unter der Leitung von Hirofumi Nakagami am Max-Planck-Institut für Pflanzenzüchtungsforschung (MPIPZ) in Köln gewonnen wurde, könnte sich auf die Züchtung resistenterer Pflanzenarten auswirken.

Quelle: MPIPZ

In den Sinneshaaren der Venus-Fliegenfalle befindet sich ein Hitzesensor, der die Pflanze vor Buschfeuern warnt. Er reagiert auf schnelle Temperatursprünge. Den neu entdeckten Sensor stellen die Würzburger Forschenden im Fachmagazin Current Biology vor. „Im Gegensatz zum Menschen springt der Hitzesensor der fleischfressenden Pflanze nicht beim Überschreiten der Körpertemperatur an, sondern er reagiert auf die Geschwindigkeit der Temperaturänderung“, erklärt Biophysiker Professor Rainer Hedrich.

Quelle: Uni Würzburg

Durch mehr Nachkommen in Jahren mit niedrigem Schädlingsbefall bleiben natürliche Tabak-Mutanten mit Abwehrschwäche in der Pflanzenpopulation bestehen. Ein Team von Forschenden am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena zeigt in einer aktuellen Studie in der Zeitschrift PNAS, dass eine einzelne Mutation, die unmittelbare Auswirkungen auf die pflanzliche Fitness hat, in natürlichen Pflanzenpopulationen langfristig erhalten bleibt. Wenn weniger Fraßfeinde in der Nähe sind, wachsen Pflanzen mit dieser Mutation sogar schneller und erzeugen mehr Nachkommen.

Quelle: MPI chemische Ökologie

Die ersten drei Wochen des Monats Juli 2023 waren global betrachtet der bis jetzt heißeste Drei-Wochen-Zeitraum. In Deutschland waren in den Sommermonaten 2023 doppelt so viele Menschen täglich Temperaturen von 35 Grad Celsius und höher ausgesetzt als im Mittel der Jahre 1980 bis 1999. Dies geht aus einer nun am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) veröffentlichten Untersuchung hervor. Wie die Forschenden am Center for Disaster Management and Risk Reduction Technology (CEDIM) des KIT im Forschungsbericht (Preprint) weiter berichten, war in Europa die Hitzeexposition der Bevölkerung in Italien am stärksten.

Quelle: KIT