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Anthropologie
Menschenaffen als
intuitive Statistiker
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Neurologie / Physik
Spezielle Röntgenbildgebung
macht Nervenzellen sichtbar
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DLR
Sensordatenfusion
in der Verkehrsüberwachung
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Agrarwissenschaften
Stallhaltung
aus Verbrauchersicht
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Physik
Wechselwirkung zwischen
Top-Quarks und Higgs-Boson
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Agrarökologie
Gartenhummel,
volkswirtschaftlich betrachtet
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Entwicklungsbiologie
Genantrieb mit Gen-Scheren:
Probleme identifiziert
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Fairer Welthandel
Skala zur Messung
moralischer Bedenken
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Molekulare Biowissenschaften
Förderung des SFB 860 verlängertWeitere Informationen

Hörschwäche
Neuer Ansatz für
künstliche Hörhilfen
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Ur- und Frühgeschichte
Älteste Holzskulptur der Welt
ist 11.500 Jahre alt
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Agrarökologie
Handbuch zum biodiversitäts-
gerechten Kakaoanbau
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Volkswirtschaften
Deutlich geringeres Wachstum
als angenommen
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Ernährung
Analyse des
globalen Hungerproblems
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Neurologie
Körperliche Aktivität
auch für Nachkommen gut
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Ökolandbau
Potenziale und Grenzen
der Biolandwirtschaft
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Geobiologie
Mikrobielles Leben
schon vor 3,5 Milliarden Jahren
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Winterweizen blühen früher
Folgen von Klimawandel und ZüchtungWeitere Informationen

Neurobiologie
Zusätzliche Funktion von OpsinenWeitere Informationen

Pflanzenökologie
Bestäubung: Bienen bringen’sWeitere Informationen

Agrarökologie
Globaler Konflikt:
Agrarproduktion vs. Artenvielfalt
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Molekularbiologie
Neue Erkenntnisse
bei Hunchback-Protein
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Agrarwirtschaft
Wildbienen bevorzugen
kleine Felder
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Evolutionsbiologie
Neue Hypothese zur
sexuellen Fortpflanzung
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Forstwissenschaften
Waldpädagogik:
Studienbegleitender Lehrgang
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Genforschung
Insekten und Wirbeltiere
ähnlicher als gedacht
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Nachhaltige Bioenergieversorgung
Praxisbezogene
Studienergebnisse
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Nanoskopie
Welt der Synapsen
wird transparenter
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Elektronenmikroskopie
Attosekunden-Pulse erzeugtWeitere Informationen

Agrarwissenschaften
Ersatz für Sojaschrot
als Tierfutter
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DLR
Sensordatenfusion
in der Verkehrsüberwachung

Zusammenarbeit zwischen Uni und DLR
Das Zusammenführen der Daten verschiedener Sensoren – die sogenannte Sensordatenfusion – ist ein fundamentaler Bestandteil moderner, intelligenter Systeme im Straßenverkehr. Das Institut für Verkehrssystemtechnik des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR) und die Forschungsgruppe Datenfusion am Institut für Informatik der Universität Göttingen arbeiten auf diesem Gebiet künftig enger zusammen. Gemeinsam wollen die Wissenschaftler/innen neue Verfahren zur Sensor­datenfusion in der Verkehrs­über­wachung entwickeln und erproben.
„Fortschritte bei der Sensordatenfusion sind eine Grundlage für die Entwicklung von effektiven Assistenz- und Automationsfunktionen, so dass wir die Forschung mit dieser Kooperation stark voranbringen können“, erklärt Sascha Knake-Langhorst, vom DLR-Institut für Verkehrssystemtechnik. Die Zusammenarbeit erstreckt sich von der gemeinsamen Betreuung studentischer Arbeiten über die Implementierung von Funktionen für die hochautomatisierten Fahrzeuge FASCar und ViewCar am DLR bis hin zu gemeinsamen Forschungsprojekten. Darüber hinaus wollen die Kooperationspartner Wissen und Sensordaten aus Feldversuchen austauschen.
Die Sensordatenfusion sorgt unter anderem in Fahrerassistenzsystemen und hochautomatisierten Fahrzeugen dafür, dass beispielsweise aus Kameras, Laser- und Radarsensoren ein umfassendes und vollständiges Bild der Fahrzeugumgebung erstellt wird. Dieses Bild ist umso zuverlässiger und genauer, wenn Sensordaten entsprechend ihrer Zuverlässigkeit gewichtet werden und die Sensoren sich gegenseitig ergänzen, um potenzielle Datenlücken zu schließen. Die Veröffentlichung der Ergebnisse einer gemeinsam betreuten studentischen Masterarbeit, die sich mit genau diesem Problem beschäftigt, ist bereits geplant.
Kontakt: Theresa Sieberhein, Tel. 0531 295-2664, Theresa.Sieberhein@dlr.de; Prof. Dr. Marcus Baum, Tel. 39-172024, marcus.baum@cs.uni-goettingen.de

Fairer Welthandel
Skala zur Messung moralischer Bedenken
pug — Agrarwissenschaftler der Universität Göttingen haben eine Methode entwickelt, um die moralischen Normen einer Gesellschaft genau erfassen zu können. Produkte, die von Verbrauchern als ethisch bedenklich eingestuft werden, können so im Handel besser kontrolliert werden. Denn die Welthandelsorganisation (WTO) hat die Möglichkeit, über den Rechtfertigungsgrund „öffentliche Sittlichkeit“ Importverbote oder verpflichtende Kennzeichnungen für moralisch bedenklich produzierte Erzeugnisse – etwa aus Kinderarbeit – auszusprechen. Das Messinstrument der Göttinger Forscherinnen und Forscher kann die WTO dabei unterstützen.
„Die WTO benötigt ein verlässliches Messsystem, um zu wissen, wie stark die Gesellschaft bei bestimmten Produktionsformen moralisch besorgt ist“, erläutert Dr. Winnie Sonntag, Hauptautorin der Studie. Die Göttinger Forscher befragten 1.000 Bürgerinnen und Bürger zu den Themen Kinderarbeit und Tierschutz. „Wir konnten eine ethisch fundierte Ablehnung bei beiden Fragen feststellen, die Bürger wollen diese Produkte aus Käfighaltung oder aus Kinderarbeit nicht“, berichtet Prof. Dr. Achim Spiller, der die Arbeit betreute. 70 Prozent der Deutschen wollen auch bei Preisnachlass keine Eier aus Käfighaltung, 76 Prozent zu keinem Preis Produkte aus Kinderarbeit kaufen. „Insgesamt kann dieses Messinstrument helfen, den Welthandel fairer zu machen, da wir nun echte moralische Bedenken von Protektionismus, bei dem Staaten nur ausländische Konkurrenz verhindern wollen, unterscheiden können“, sagt Sonntag.
Veröffentlicht in: Sustainability 2018. www.mdpi.com/2071-1050/10/5/1375.
Kontakt: Prof. Dr. Achim Spiller, Tel.: 39-26241, a.spiller@agr.uni-goettingen.de

Molekulare Biowissenschaften
Förderung des SFB 860 verlängert
pug — Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) hat die Förderung des Sonderforschungsbereichs (SFB) 860 „Integrative Strukturbiologie dynamischer makromolekularer Komplexe“ erneut um vier Jahre verlängert. Die DFG unterstützt die Wissenschaftler/innen ab dem 1. Juli mit insgesamt rund 9,7 Millionen Euro. Der SFB 860 besteht seit Juli 2010 und ist am Göttinger Zentrum für Molekulare Biowissenschaften (GZMB) angesiedelt. Neben den Fakultäten für Biologie und Psychologie, für Mathematik und Informatik sowie für Physik der Universität Göttingen sind die Universitätsmedizin Göttingen und das Göttinger Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie beteiligt. Koordiniert wird der SFB von Prof. Dr. Ralf Ficner vom Institut für Mikrobiologie und Genetik der Universität.
In insgesamt 20 Projekten untersuchen die Wissenschaftler/innen die dreidimensionalen Strukturen und die Dynamik makromolekularer Komplexe, die aus vielen Protein- und zum Teil auch aus Ribonukleinsäure-Molekülen bestehen. Um die Funktionsweise dieser makromolekularen Komplexe auf atomarer Ebene zu verstehen, müssen deren dreidimensionale Strukturen aufgeklärt werden. Allerdings verändern sich diese laufend – und diese Dynamik ist mit der zellulären Funktion der Komplexe eng verknüpft.
„Alle fundamentalen Prozesse des Lebens werden durch große makromolekulare Maschinen angetrieben“, erklärt SFB-Sprecher Ficner. „In den vergangenen Jahren konnten wir neue und tiefe Einblicke in die Struktur und Funktion bestimmter makromolekularer Komplexe gewinnen.“ Die Analyse solch großer Komplexe erfordert die Kombination verschiedener komplementärer Methoden der Biochemie, Strukturbiologie und Biophysik. Daher arbeiten im SFB 860 zahlreiche Arbeitsgruppen mit ganz unterschiedlichen experimentellen Fachkenntnissen eng zusammen.

Neurobiologie
Zusätzliche Funktion von Opsinen
pug — Forscher der Universität Göttingen haben entdeckt, dass Opsinen – Fotopigmente in den Augen von Tieren – noch eine weitere Aufgabe erfüllen: Sie kommen nicht nur in den Augen, sondern auch in den Mechanorezeptoren entlang des Körpers vor, wo sie für die Fortbewegung verantwortlich sind.
Um sich koordiniert fortbewegen zu können, benötigen Tiere Mechanorezeptoren, die ihre Bewegungen registrieren. Untersuchungen an Larven der Fruchtfliege Drosophila haben nun gezeigt, dass für diese Bewegungskontrolle Opsine notwendig sind, die visuellen Fotopig­ment-Proteine. Fehlen die Opsine, reagieren die Mechanorezeptoren nicht mehr auf mechanische Reize – Drosophila-Larven ohne visuelle Opsine sind nicht in der Lage, ihre Körperteile zu koordinieren und sich fortzubewegen.
„In den Mechanorezeptoren sind die Opsine nicht für die Aufnahme von Licht verantwortlich, sondern haben eine strukturelle Funktion“, erläutert Diego Giraldo, Doktorand in der Abteilung Zelluläre Neurobiologie der Universität Göttingen. „Offensichtlich tragen sie zur Strukturbildung der Zilien bei. Ohne Opsine degenerieren die Zilien, wodurch die Ionenkanäle ihre Verankerung verlieren.“ Die grundsätzliche Existenz von Opsinen in Mechanorezeptoren finden die Forscher wenig überraschend: Da Mechano- und Fotorezeptoren eng miteinander verwandt sind, scheint sich hier eine evolutionäre Lücke zu schließen. „Bislang dachten wir allerdings, dass die Opsine entstanden sind, um Licht verschiedener Farben zu unterscheiden“, sagt Postdoktorand Dr. Bart Geurten, einer der federführenden Autoren. „Doch offenbar gab es Fotopigmente schon, bevor überhaupt das Farbsehen aufkam.“ Auch Studien an Wirbeltieren unterstützen die Theorie, dass die mechanosensorische Funktion der Opsine Millionen von Jahren alt ist. Als nächstes wollen die Forscher der Frage nachgehen, welche spezifische Rolle die Opsine bei der Strukturbildung von Zilien spielen könnten.
Veröffentlicht in: Neuron 2018. Doi: 10.1016/j.neuron.2018.02.028.
Kontakt: Prof. Dr. Martin Göpfert, Telefon 39-177955, mgoepfe@gwdg.de

Molekularbiologie
Neue Erkenntnisse
bei Hunchback-Protein

pug — Das sogenannte Hunchback-Protein spielt offenbar eine zentrale Rolle bei der Entwicklung der Blut-Hirn-Schranke. Die Existenz dieses Proteins ist seit langem bekannt. Biologinnen und Biologen der Universität Göttingen konnten nun aber erstmals zeigen, dass der Verlust der Funktion in der Taufliege Drosophila melanogaster dazu führt, dass die Blut-Hirn-Schranke nicht mehr funktioniert. Die Blut-Hirn-Schranke sorgt dafür, dass das Gehirn einerseits mit ausreichend Nährstoffen versorgt wird, andererseits Schadstoffe aus dem Körper ferngehalten werden. Für die Bildung dieser Schutzhülle sind in verschiedenen Tiergruppen sehr ähnlich gebaute spezialisierte Zellen verantwortlich, die zu den Gliazellen gehören. Neben den eigentlichen Nervenzellen sind dies die wichtigsten Bestandteile des Nervensystems.
Die Göttinger Forscher sequenzierten zunächst alle Gene, die aktiv an der Entwicklung des komplexen Auges der Taufliege beteiligt sind. Viele dieser Gene werden vom Hunchback-Protein reguliert, das Entwicklungsbiologen schon lange als wichtiger Faktor in der Embryonalentwicklung bekannt war, allerdings noch nicht in Zusammenhang mit der Entwicklung des Auges. „Von dieser Entdeckung motiviert, haben wir die Funktion des Proteins genauer untersucht“, erklärt die Erstautorin Montserrat Torres Oliva vom Johann-Fried­rich-Blumen­bach-Ins­titut für Zoologie und Anthropologie. Die Forscher fanden heraus, dass Hunchback in speziellen Gliazellen aktiv ist, die zunächst in das Auge einwandern, dort zur Entwicklung beitragen und anschließend das Auge in Richtung Gehirn verlassen. „Welche Aufgaben die Gliazellen dann dort erfüllen, war bislang völlig unklar“, erläutert der Leiter der Studie, Dr. Nico Posnien. Um das herauszufinden, schalteten die Biologen das Protein im Versuch ab. „Der Verlust der Hunchback-Funktion führte dazu, dass die Gliazellen nicht mehr korrekt gebildet werden konnten“, so die Wissenschaftler/innen. „Und in Fliegen mit unvollständigen Gliazellen war die Blut-Hirn-Schranke nicht intakt.“
Da die Blut-Hirn-Schranke der Taufliege ähnlich aufgebaut ist wie die des Menschen, können die Ergebnisse neue Impulse für die Erforschung von Krankheiten liefern, bei denen die Funktion der Blut-Hirn-Schranke beeinträchtig ist. Dazu zählen beispielsweise Multiple Sklerose und einige Arten von Schlaganfällen.
Veröffentlicht in: Plos genetics 2018. http://jour­nals.plos.org/plos­genetics/article?id=10.1371/journal.pgen.1007180.
Kontakt: Dr. Nico Posnien, Telefon 39-20817, nposnie@gwdg.de

Forstwissenschaften
Waldpädagogik:
Studienbegleitender Lehrgang

pug — Waldpädagogik ist im Trend: Ob Kindergärten, Schulklassen oder Erwachsenengruppen – die Nachfrage nach erlebnisorientiertem Lernen im Wald ist in allen Altersstufen groß. Ab sofort können Göttinger Bachelorstudierende der Forstwissenschaften studienbegleitend ein Zertifikat in Waldpädagogik absolvieren. Der mehrmonatige Lehrgang wurde gemeinsam von Universität und Niedersächsischen Landesforsten entwickelt, Vertreter der Niedersächsischen Landesforsten sind an den Prüfungen beteiligt. Zertifizierte Waldpädagogen können sowohl im Forstdienst als auch freiberuflich als Umweltpädagoginnen und -pädagogen tätig werden.
„Durch den nun geschlossenen Vertrag zwischen den Niedersächsischen Landesforsten und der Universität Göttingen bietet die Fakultät für Forstwissenschaften und Waldökologie ihren Studierenden die Möglichkeit, eine wertvolle Zusatzqualifikation zu erwerben und damit ihre Chancen auf dem Arbeitsmarkt zu erhöhen“, sagt Studiendekan Prof. Dr. Achim Dohrenbusch. „Der von der Fakultät angebotene Lehrgang orientiert sich an den bundesweit einheitlich geltenden Rahmenrichtlinien zum Thema Waldpädagogik“, erklärt Dr. Sabine Ammer, Dozentin für Waldpädagogik, die das Modul entwickelt hat.
Neben den im Studium enthaltenen forstlichen Grundlagen erwerben die Teilnehmenden pädagogisch-didaktisches Werkzeug. Prof. Dr. Andrea D. Bührmann, Vizepräsidentin für Studium, Lehre und Chancengleichheit an der Universität Göttingen, freut sich über das Zusammenspiel von Natur- und Sozialwissenschaften. „Die Waldpädagogik ist aus meiner Sicht ein gelungenes Beispiel für die praktische Umsetzung des UNESCO-Programms der Bildung für Nachhaltige Entwicklung“, sagt sie. Der Präsident der Niedersächsischen Landesforsten, Dr. Klaus Merker, ergänzt: „Uns ist es wichtig, dass die Menschen mit allen Sinnen erleben, was nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder in Niedersachsen bedeutet. Schon vor über 300 Jahren haben Forstleute in Deutschland erkannt, dass Ressourcen endlich sind und dass daher eine nachhaltige Bewirtschaftung der Wälder geboten ist.“
Kontakt: Dr. Sabine Ammer, Telefon 39-33625, sabine.ammer@forst.uni-goettingen.de

Elektronenmikroskopie
Attosekunden-Pulse erzeugt
pug — Forschern der Universität Göttingen ist es gelungen, Elektronenblitze zu formen und zu messen, die kürzer als ein einzelner Lichtzyklus sind.
Fotografiert man eine Person, die sich zu schnell bewegt, erscheint sie auf dem Foto unscharf. Da helfen nur eine kürzere Belichtungszeit oder ein Blitz. Dieser verkürzt das Zeitintervall, in dem viel Licht auf den Kamerachip fällt, so stark, dass die Person in der Bewegung eingefroren erscheint. Nach dem gleichen Prinzip funktionieren ultraschnelle Elektronenmikroskope: Hier übernehmen sehr kurze Elektronenpulse die Rolle des Blitzes beim Fotografieren.
Die Arbeitsgruppe um Prof. Dr. Claus Ropers am IV. Physikalischen Institut hat den Elektronenstrahl durch Wechselwirkung mit intensiven Lichtfeldern zeitlich so strukturiert, dass er aus einer periodischen Abfolge von ultrakurzen Pulsen besteht. Die Elektronenblitze sind nur jeweils wenige hundert Attosekunden lang – eine Attosekunde ist ein Milliardstel einer Milliardstel Sekunde. Die Dauer dieser Elektronenblitze bestimmt die Zeitauflösung, das heißt je kürzer die Pulse, desto schneller die Prozesse, die beobachtet werden können. Das Forscherteam hat in seinen Experimenten ein Elektron mithilfe von Laserlicht in einen quantenmechanischen Überlagerungszustand aus verschiedenen Geschwindigkeiten gebracht. Im weiteren Flug des Elektrons durch das Elektronenmikroskop bildet sich dadurch ein zeitlicher Kamm mit kurzen „Zacken“ aus – wie bei einem Wettlauf, in dem die langsamsten Läufer zuerst und die schnellsten zuletzt starten, sodass alle gleichzeitig im Ziel eintreffen.
Der quantitative Nachweis dieser Attosekunden-Zeitstruktur gelang den Forschern in Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Thorsten Hohage vom Institut für Numerische und Angewandte Mathematik der Universität Göttingen. Gemeinsam entwickelten sie eine Methode, die den Quantenzustand freier Elektronen rekonstruiert. Die vollständige Beschreibung des Quantenzustands wird erreicht, indem sowohl die Geschwindigkeitsverteilung als auch die Phase der Elektronen bestimmt wird. Die Göttinger Forscher übertragen damit erstmals Konzepte der Tomographie, wie sie aus der Medizin oder der Quantenphysik des Lichts bekannt sind, auf einen Strahl freier Elektronen. Dr. Katharina Priebe, Erstautorin der Studie, sagt: „Mit unseren zeitlich strukturierten Elektronenpulsen wird es in Zukunft möglich sein, nicht nur die Bewegung von Atomen, sondern auch von den noch viel schnelleren Elektronen in Festkörpern sowohl mit hoher räumlicher als auch zeitlicher Auflösung zu untersuchen.“
Veröffentlicht in: Nature Photonics 11, 793-797, https://dx.doi.org/10.1038/s41566-017-0045-8.
Kontakt: Prof. Dr. Claus Ropers und Dr. Katharina E. Priebe, Telefon: 39-4549 und 39-4551, claus.ropers@uni-goettingen.de und katharina.priebe@uni-goettingen.de


Anthropologie
Menschenaffen als intuitive Statistiker
Möglicherweise evolutionär alte Fähigkeit

pug — Jahrzehntelang nahmen Wissenschaftler an, dass statistische Fähigkeiten eng an Sprachvermögen und mathematische Erziehung gekoppelt sind. Ein internationales Forscherteam der Universität Göttingen, des Max-Planck-Insti­tuts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig und der schottischen University of St. Andrews hat nun aber gezeigt, dass auch Menschenaffen intuitive Statistiker sind: Sie können intuitiv Zusammenhänge zwischen Stichproben erfassen und daraus Wahrscheinlichkeiten ableiten.

Menschenaffen
Zwei der Probanden in Uganda: Kalema und EddieFoto: J. Eckert

Menschenaffen mögen Erdnüsse deutlich lieber als Karotten. In einer Auffangstation in Uganda stellten die Forscherinnen und Forscher Schimpansen vor die Wahl, aus welcher von zwei Futtermischungen sie eine Kostprobe haben wollten: Eine Mischung bestand aus 200 Erdnüssen und 20 Karottenstückchen, bei der anderen waren die Verhältnisse umgekehrt. Doch zunächst mussten die Schimpansen Menschen beobachten, die ebenfalls Kostproben entnahmen – einmal gezielt, also mit Blick auf die Futtermischung, das andere Mal blind. „Wählten die Menschen gezielt Erdnüsse oder Karotten aus, ignorierten die Schimpansen die Proportionen und entschieden sich für die Stichprobe des Forschers mit der gleichen Vorliebe wie sie selbst“, erläutert Erstautorin Johanna Eckert vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie die Ergebnisse. „Wählten die Menschen blind, änderten die Affen ihr Verhalten und bevorzugten das bessere Mengenverhältnis.“

Bemerkenswerterweise bevorzugten die Affen die Wahl der Experimentatoren nur dann, wenn die gezogenen Stichproben wiederholt nicht repräsentativ für das Mischverhältnis waren, zum Beispiel nur Erdnüsse aus der Karottenmischung gezogen wurden, nicht aber, wenn sie den statistischen Wahrscheinlichkeiten entsprach, also beispielsweise nur Erdnüsse aus der Erdnussmischung. „Unsere Studie zeigt, dass Schimpansen ähnlich wie Kleinkinder bei statistischen Schlussfolgerungen sowohl Proportionen als auch Bedingungen der Probenentnahme beobachten“, so Eckert. „Das lässt darauf schließen, dass intuitive Statistik eine evolutionär alte Fähigkeit ist, die wir mit unseren nächsten lebenden Verwandten teilen.“
Veröffentlicht in: Current Biology 2018. Doi: 10.1016/j.cub.2018.04.077.
Kontakt: Johanna Eckert, Telefon 0341 3550-406, johanna_eckert@eva.mpg.de; Prof. Dr. Hannes Rakoczy, Telefon 39-9235, hrakocz@uni-goettingen.de

 

Neurologie / Physik
Spezielle Röntgenbildgebung macht Nervenzellen sichtbar
Vermessung mit Phasenkontrast-Tomografen

pug — Das menschliche Kleinhirn beherbergt auf 10 Prozent des Gehirnvolumens etwa 80 Prozent aller Nervenzellen – auf einen Kubikmillimeter können also über eine Million Nervenzellen entfallen. Diese verarbeiten Signale, welche vor allem erlernte und unbewusste Bewegungsabläufe steuern. Ihre genauen Positionen und Nachbarschaftsbeziehungen sind bislang weitgehend unbekannt. Forscher/innen der Göttinger Universität und der Universitätsmedizin haben nun mit einer besondere Variante der Röntgenbildgebung etwa 1,8 Millionen Nervenzellen in der Kleinhirnrinde dargestellt.

Phasenkontrasttomografie
PhasenkontrasttomografieFoto: Universität

„Durch Tomografie im sogenannten Phasenkontrastmodus und der anschließenden automatisierten Bildbearbeitung können die Zellen in ihrer genauen Lage lokalisiert und dargestellt werden“, erklärt Erstautorin Mareike Töpperwien vom Institut für Röntgenphysik der Universität Göttingen. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler entnahmen mit einer Biopsie-Nadel zylindrische Gewebeproben aus Gewebeblöcken, um sie in einem speziellen Phasenkontrast-Tomografen zu vermessen, den die Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Tim Salditt entwickelt hat. Konventionelle Instrumente haben den Nachteil, dass kleine Strukturen sowie Gewebe geringer Dichte – wie bei Nervenzellen – wenig bis keinen Kontrast geben und daher nicht abgebildet werden können. Die innovative Methode der Göttinger setzt hingegen nicht auf die Absorption der Röntgenstrahlung, sondern auf deren veränderte Ausbreitungsgeschwindigkeit. Die dadurch entstehenden Laufzeitunterschiede werden durch Strahlausbreitung auf einer Freiflugstrecke zwischen Objekt und Detektor indirekt sichtbar. Um scharfe Abbildungen zu erhalten, bearbeiten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Aufnahmen noch durch Algorithmen. Sie können dann die dreidimensionale Elektronendichte des Gewebes aus der gesamten tomografischen Bildreihe rekonstruieren.

„Mit dieser Methode wollen wir in Zukunft auch pathologische Veränderungen, wie sie zum Beispiel bei neurodegenerativen Erkrankungen auftreten, dreidimensional darstellen, zum Beispiel Veränderungen des Nervengewebes bei Krankheiten wie der Multiplen Sklerose“, erklärt Prof. Dr. Christine Stadelmann-Nessler, Neuropathologin der Universitätsmedizin Göttingen. Durch Kombination von Aufnahmen unterschiedlicher Vergrößerungen erhielt das Göttinger Team eine Kartierung des Kleinhirns über viele Größenordnungen. „In Zukunft möchten wir noch weiter in interessante Hirnregionen reinzoomen können, fast so wie bei Google Maps“, sagt Salditt.

Gefördert wurde diese Arbeit durch das Exzellenzcluster für Mikroskopie im Nanometerbereich und Molekularphysiologie des Gehirns und den Sonderforschungsbereich SFB 755 Nanoscale Photonic Imaging.
Veröffentlicht in: Proceedings of the National Academy of Sciences, doi/10.1073/pnas.1801678115.
Kontakt: Prof. Dr. Tim Salditt, Telefon 39-5556, tsaldit@gwdg.de; Prof. Dr. Christine Stadelmann-Nessler, Telefon 39-12610, cstadelmann@med.uni-goettingen.de

 

Agrarwissenschaften
Stallhaltung aus Verbrauchersicht
Natürlichkeit als Schlüsselreiz

pug — Die meisten Tiere in der Landwirtschaft werden in konventionellen Ställen gehalten. Wie Verbraucher reagieren, wenn sie realitätsnahe Bilder solcher Ställe sehen, haben Forscher/innen der Universitäten Göttingen und Bozen untersucht. Bilder aus üblichen Ställen werden demnach von Personen ohne landwirtschaftlichen Bezug sehr negativ bewertet. Aus den Ergebnissen kann abgeleitet werden, wie eine akzeptierte Tierhaltung in Europa ausgestaltet werden müsste.

Weidevieh
 
Allseits akzeptierte Viehhaltung: ViehweideFoto: Besfort Guri

Die Wissenschaftler befragten rund 1.000 Personen online, welchen Eindruck die Fotos auf sie machen. Ställe, die die Bewegungsfreiheit der Tiere einschränken, wurden negativer als übliche Ställe bewertet. Wird ein Zugang zum Außenbereich sichtbar, schneiden die Ställe besser ab. „Wir waren überrascht davon, wie schlecht die reine Stallhaltung bewertet wurde“, sagt Dr. Gesa Busch von der Universität Bozen, Hauptautorin der Studie.

Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass die wahrgenommene Natürlichkeit eines Stalles als Schlüsselreiz für dessen Bewertung herangezogen wird. Doch nicht alle Tiere können draußen gehalten werden, da das Land begrenzt ist und die Tiere Emissionen verursachen. „Hybridstrategien wie zum Beispiel Außenklimaställe mit Zugang zu Laufhöfen oder Joggingweiden, wie es sie in der Milchviehhaltung bereits gibt, könnten einen Kompromiss darstellen, der für die Tiere besser ist und von der Gesellschaft akzeptiert wird“, so Prof. Dr. Achim Spiller von der Universität Göttingen.
Veröffentlicht in: Animal Frontiers 8 (01), 27–33. https://academic.oup.com/af/article/8/1/27/4967585.
Kontakt: Prof. Dr. Achim Spiller, Tel.: 39-26241, a.spiller@agr.uni-goettingen.de; Dr. Gesa Busch, Tel. 0039 0471 017117, gesa.busch@unibz.it

 

Physik
Wechselwirkung zwischen Top-Quarks und Higgs-Boson

pug — Wissenschaftler/innen der ATLAS- und CMS-Forscher­gruppen am Large Hadron Collider (LHC) am CERN in Genf entdeckten 2012 experimentell das Higgs-Boson, das anderen Elementarteilchen ihre Masse verleiht. Seitdem erforschen sie, wie dieser Mechanismus der Masseverleihung und Wechselwirkung genau funktioniert. Nun ist es ihnen zum ersten Mal gelungen, die gleichzeitige Produktion eines Top-Quarks, des schwersten Elementarteilchens, und eines Higgs-Bosons zu beobachten. Eine Forschergruppe der Universität Göttingen spielte dabei in der ATLAS-Gruppe eine wichtige Rolle.

Teilchenkollision
Visualisierung einer Teilchenkollision im ATLAS-Detektor, bei der Top-Quarks und Higgs-Teilchen entstehenFoto: ATLAS-Arbeitsgruppe

Bei der Kollision von Protonen im LHC entstehen viele verschiedene Elementarteilchen. Nur sehr selten werden dabei zwei Top-Quarks zusammen mit einem Higgs-Boson erzeugt. Außerdem lässt sich die Wechselwirkung von Top-Quark und Higgs-Boson nur indirekt anhand von anderen Teilchen nachweisen, die beim Zerfall entstehen. „Das Top-Quark zerfällt in ein W-Boson und ein b-Quark, während das Higgs-Boson zum Beispiel in ein Photon-Paar, vier Leptonen oder ein b-Quark-Antiquark-Paar zerfällt“, so der Göttinger Teilchenphysiker Prof. Dr. Arnulf Quadt.

Seine Arbeitsgruppe hat sich auf die Suche nach Ereignissen mit zwei b-Quarks im Endzustand konzentriert. „So konnten wir die direkte Interaktion zwischen Higgs-Boson und den beiden schwersten Quarks studieren. Unsere Analysen, ebenso wie diejenigen der anderen Arbeitsgruppen am Large Hadron Collider, bestätigen das Standardmodell der Teilchenphysik“, erklärt Quadt. Das Standardmodell ist die Theorie, die die Eigenschaften und die Wechselwirkung zwischen verschiedenen Elementarteilchen beschreibt. „Wir können jetzt noch genauer hinschauen und überprüfen, ob wir etwas Unerwartetes sehen“, sagt die Göttinger Wissenschaftlerin Elizaveta Shabalina. Sie leitet derzeit die ATLAS-Arbeitsgruppe zur Physik des Top-Quarks und hat die Top-Higgs-Arbeitsgruppe geleitet.

In den vergangenen Jahren haben Studierende sowie Wissenschaftler/innen des II. Physikalischen Instituts der Universität Göttingen entscheidende Entwicklungen zur Suche nach assoziierter Top-Higgs-Produktion beigesteuert. Unter anderem waren dies ein kinematischer „Likelihood Fitter“ und komplexe statistische Methoden, die Optimierung der b-Jet Identifikation, kinematische Kalibration und Techniken zur Untergrund-Unterdrückung oder -Abschätzung. Die Top-Higgs-Arbeitsgruppe in der ATLAS-Arbeits­gruppe wurde viele Jahre durch Forschende und Promovierende aus Göttingen geleitet. In Deutschland wird diese Forschung durch das Bundesministerium ,für Bildung und Forschung gefördert.
Kontakt: Prof. Dr. Arnulf Quadt Georg-August-Universität Göttingen Fakultät für Physik – II. Physikalisches Institut Friedrich-Hund-Platz 1, 37077 Göttingen E-Mail: aquadt@uni-goettingen.de

 

Agrarökologie
Gartenhummel, volkswirtschaftlich betrachtet
Effizienter als Honigbiene

pug — Nicht alle Insekten sind gleich effizient bei der Bestäubung. Gartenhummeln sind mit ihren langen Rüsseln zuverlässige Bestäuber der Ackerbohne, während die kurzrüsseligen Hummelarten und Honigbienen weniger effektiv sind. Das haben Wissenschaftler/innen der Universität Göttingen herausgefunden.

Gartenhummel
 
Gartenhummelauf Brombeere© Wikipedia CC BY-SA 3.0

„Honigbienen und Erdhummeln haben die Ackerbohnen am häufigsten angeflogen“, sagt Erstautorin Birgit Marzinzig, ehemalige Masterstudentin in der Abteilung Agrarökologie. „Sie haben die Blüten aber nicht immer bestäubt, sondern meistens Nektar geraubt.“ Dabei beißen die Tiere Löcher in die Blütenbasis. Der Besuch von langrüsseligen Gartenhummeln hingegen führte zu einem höheren Samenansatz und zu einer höheren Fremdbefruchtung. „Honigbienen können zwar aufgrund ihrer hohen Zahl viele Blüten bestäuben – allerdings ist ein einzelner Blütenbesuch vergleichsweise ineffizient“, so Lisa Brünjes aus der Abteilung Pflanzenzüchtung. In der Saatgutproduktion und Pflanzenzüchtung kommt es aber auf eine gute Durchkreuzung der Pflanzen untereinander an, denn eine hohe Fremdbefruchtung in den Samen führt in späteren Generationen zu höheren und stabileren Erträgen.

„Während Honigbienen und Erdhummeln kommerziell produziert und weltweit für die Bestäubung eingesetzt werden, entstammen die Gartenhummeln ausschließlich aus natürlichen Populationen“, sagt Dr. Catrin Westphal, Leiterin der Studie. Angesichts des anhaltenden Rückgangs von Bestäubern sollten auch Landwirte, Züchter und Saatguthersteller im eigenen Interesse vermehrt zum Erhalt und Schutz von wildlebenden langrüsseligen Hummelarten beitragen, schlussfolgern die Forscherinnen und Forscher.
Veröffentlicht in: Agriculture, Ecosystems and Environment. doi: 10.1016/j.agee.2018.05.003.
Kontakt: Lisa Brünjes, Telefon 39-4361, lbruenj@uni-goettingen.de; PD Dr. Catrin Westphal, Telefon 39-22257, cwestph@gwdg.de

 

Entwicklungsbiologie
Genantrieb mit Gen-Scheren: Probleme identifiziert
Risankantes Manipulieren am Erbgut

Biologen der Universität Göttingen haben Probleme aufgezeigt, die sich beim so genannten Genantrieb (englisch „Gene Drive“) mithilfe von Gen-Scheren ergeben. Wissenschaftler erhoffen sich, mit der Methode CRISPR/Cas als Gen-Schere zielgerichtete „selbstsüchtige Gene“ schaffen zu können, die sich über eine Art „Vererbungsturbo“ beschleunigt in Insektenpopulationen verbreiten, um diese unschädlich zu machen oder zu reduzieren. Die Göttinger Forscherinnen und Forscher konnten jedoch zeigen, dass der Einsatz dieser Gen-Schere zur Entstehung und Verbreitung von resistenten Genvarianten führt, die den Gene Drive blockieren.

Die Methode der Gene Drives ist in der Wissenschaft nicht unumstritten: Bei krankheitsübertragenden Mücken könnte man beispielsweise ein „Antimalaria-Gen“ in die Population einschleusen, damit die Mücken die Krankheit nicht mehr übertragen können. Bei Schädlingen ließe sich durch gezielte Mutation von Fruchtbarkeitsgenen ein Kollaps der gesamten Population herbeiführen. Kritiker dieser Methoden befürchten jedoch, dass sich Gene Drives unkontrolliert und unaufhaltsam in der Natur ausbreiten könnten. Die Göttinger Entwicklungsbiologen testeten im Labor unter entsprechenden Sicherheitsvorkehrungen ein selbstsüchtiges Gen, das sich in ein Gen zur Geschlechtsbestimmung einnistet und dieses zerstört – mit der Folge, dass genetisch weibliche Fliegen sich zu Männchen entwickeln, und dem Ziel, dass die Population schließlich zusammenbricht. Zu Beginn der Versuche nahm der Anteil der Männchen auch schnell zu – aber nach 15 Generationen hatte sich das Verhältnis der Geschlechter wieder ausgeglichen.

In der Population entstanden funktionstüchtige Gene Drive-resistente Genvarianten. Dies scheint nach Ansicht der Forscher ein grundsätzliches Problem beim Einsatz von Gen-Scheren zu sein, da die zelleigenen Reparaturmechanismen die geschnittene DNA teilweise ungenau reparieren und die Gen-Schere an diesen Stellen nicht mehr ansetzen kann. „Die Methode erhöht also selbst die Wahrscheinlichkeit von Mutationen und löst dadurch zwangsläufig die Entwicklung von Resistenzen aus“, erläutert der Leiter der Studie, Prof. Dr. Ernst Wimmer. „Der Effekt eines einfachen Gen-Scheren-basierten Gene Drives ist damit nicht nachhaltig.“

Die Forscher interpretieren ihre Ergebnisse zum einen als deutliche Warnung vor zu hohen Erwartungen, zum anderen aber auch als Entwarnung, da das Gefährdungspotenzial offenbar wesentlich geringer ist als befürchtet. Mithilfe von Simulationen konnten sie gemeinsam mit Biostatistikern der Universität von Kalifornien in Berkeley zudem Parameter identifizieren, die es vermutlich ermöglichen, einen vermännlichenden Gene Drive für bestimmte Schadinsekten zur lokalen Populationskontrolle erfolgreich einzusetzen. „Dies sind bislang jedoch rein theoretische Spekulationen, die sich wegen des ungeklärten Gefährdungspotenzials nicht einfach überprüfen lassen“, so Wimmer.
Veröffentlicht in: PNAS 2018. Doi: 10.1073/pnas.1713825115.
Kontakt: Prof. Dr. Ernst A. Wimmer, Telefon 39-22888, ewimmer@gwdg.de

 

Renaturierung
Forscherteam ermittelt Erholungszeitraum tropischer Torfsümpfe
170 Jahre bis zur ursprünglichen Vegetation

pug — Nach derzeitigen Erkenntnissen nimmt die Landbiosphäre 30 Prozent des vom Menschen produzierten CO2 auf und trägt so erheblich dazu bei, die globale Erwärmung zu drosseln. Zu den bedeutendsten terrestrischen Kohlenstoffspeichern gehören tropische Torfsumpfwälder, die jedoch zunehmend gerodet werden. Daten zu ihrer Regenerationsfähigkeit fehlten bisher völlig, sind aber für Schutz- und Renaturierungsprojekte unerlässlich. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen haben nun erstmals anhand von paläoökologischen Untersuchungen herausgefunden, in welchem Zeitraum sich ein tropischer Torfwald nach einer Störung erholen kann.

Torfsumpf auf Sumatra
 
Torfsumpf auf Sumatra, der einer Palmölplantage weichen mussteFoto: Tim Rixen/ZMT

Torfsümpfe bedecken in Südostasien eine Fläche von mehr als 27 Millionen Hektar. Bis zu 40 Prozent dieser Sumpfwälder wurden jedoch inzwischen gerodet und entwässert, viele mussten Palmöl- oder Akazienplantagen für die Papierherstellung weichen. Auch in der vorindustriellen Vergangenheit wurden einige der Sumpfwälder bereits genutzt, da sie eine reiche Flora und Fauna beheimaten. Bohrkerne aus den Torfablagerungen verraten, wie sich die Nutzung auf das Ökosystem ausgewirkt hat. An einem solchen Bohrkern, der Ablagerungen der vergangenen 13.000 Jahre umfasst, untersuchten die Forscherinnen und Forscher Holzkohlespuren als Hinweis auf menschliche Besiedlung, die Zusammensetzung der Pollen und Sporen sowie den Kohlenstoffgehalt in unterschiedlichen Bodenschichten, die sie mithilfe der Radiokarbonmethode datierten. Der Bohrkern entstammte einem Sumpfgebiet auf der indonesischen Insel Sumatra, in dem vom 9. bis 14. Jahrhundert das Königreich der Malayu herrschte. Der nahe gelegene buddhistische Tempelkomplex Muara Jambi aus dieser Zeit ist einer der größten Südostasiens und deutet auf eine florierende Hochkultur.

Wie die Torfproben und historische Quellen ergaben, nutzte die Bevölkerung damals die Sumpfwälder, um Brennholz und Baumaterial zu gewinnen, und sammelte dort auch Nahrung. Im 14. Jahrhundert verdrängten javanische Einwanderer die Malayu aus der Region, der Sumpfwald wurde wieder sich selbst überlassen. „Es handelte sich um eine eher schonende Nutzung, bei der die hydrologischen Bodenverhältnisse weitgehend erhalten blieben“, erklärt die Göttinger Biologin Kartika Anggi Hapsari, Erstautorin der Studie. „Dennoch haben wir herausgefunden, dass 60 Jahre vergehen mussten, bevor wieder ähnliche Mengen an Kohlenstoff in den Ablagerungen am Boden gespeichert waren, und 170 Jahre, bis die ursprüngliche Vegetation, wie man sie in einem unberührten Torfwald vorfindet, wiederhergestellt war.“

Die indonesische Regierung hat die enorme Bedeutung der Torfwälder erkannt, nicht nur als CO2-Senken sondern auch als biologische Schatzkammern mit reicher Biodiversität und etlichen gefährdeten Tierarten, wie etwa dem Orang Utan. Renaturierungsprojekte sind in Indonesien jedoch nur auf 60, maximal 95 Jahre angelegt. Nach den Befunden der Studie ist dieser Zeitraum viel zu kurz, um die volle Ökosystemleistung eines intakten Torfwaldes wieder herzustellen. „Angesichts der heutigen Praxis der flächendeckenden Abholzung und intensiven Nutzung als Plantagen ist zu vermuten, dass die Regenerationszeit noch viel länger ist“, sagt Tim Jennerjahn vom ZMT, einer der Autoren der Studie. „Die Frage ist auch, wie lange diese Torfgebiete überhaupt noch existieren werden. Durch die Entwässerung und weil der Abbau der organischen Torfböden CO2 freisetzt, senkt sich der Boden ab. Die meist küstennah gelegenen Torfgebiete könnten dem steigenden Meeresspiegel zum Opfer fallen.“
Veröffentlicht in: Journal of Ecology 2018. DOI: 10.1111/1365-2745.13000. https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2745.13000.
Kontakt: Kartika Anggi Hapsari, Tel: 39-7873, kartika.hapsari@biologie.uni-goettingen.de; Dr. Tim Jennerjahn, Tel: 0421 23800-44, tim.jennerjahn@leibniz-zmt.de

 

Hörschwäche
Neuer Ansatz für künstliche Hörhilfen

mpi/umg — Optogenetische Cochlea-Implantate lassen taube Menschen eines Tages möglicherweise Musik hören. Forscherteam aus Frankfurter und Göttinger Hörforschern findet Voraussetzung für die verbesserte Verarbeitung von Tonfrequenzen über rote Lichtpulse.

Anders als ein herkömmliches (oben) Cochlea-Implantat soll ein optogenetisches (unten) Implantat die Nervenzellen der Hörschnecke nicht elektrisch stimulieren, sondern mit Lichtpulsen aus sehr kleinen „Lichtquellen“. Die Zellen müssen dafür mit lichtempfindlichen Ionenkanälen in ihrer Membran ausgestattet werden.
Grafik: Inst. für Auditorische Neurowissenschaften, UMG

Künstliche Hörhilfen – sogenannte Cochlea-Implantate – stimulieren den Hörnerv mittels kleiner Elektroden und können so zumindest einen Teil des Hörver-mögens wiederherstellen. Allerdings ist das Hörvermögen der Betroffenen mit diesen Cochlea-Implantaten durch die reduzierte Information über die angebotenen Tonhöhen eingeschränkt. Eine Alternative zu den herkömmlichen Implantaten könnten in Zukunft optogenetische Implantate sein, wie sie derzeit am Göttingen Campus entwickelt werden. Dabei müssen den Hörnervenzellen im Ohr „molekulare Lichtschalter“ – sogenannte Kanalrhodopsine – eingesetzt werden.

Ein Forscherteam aus Wissenschaftlern vom Max-Planck-Institut für Biophysik in Frankfurt a.M., des Göttingen Campus (Institut für Auditorische Neurowissenschaften der Universitätsmedizin Göttingen, Deutsches Primatenzentrum Göttingen und Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin) und des Frankfurter Max-Planck-Instituts für Hirnforschung hat Kanalrhodopsine mit besonders kurzen Öffnungszeiten entwickelt und diese in Neuronen des Gehirns und des Ohrs von Mäusen eingesetzt. Besonderes Augenmerk wurde auf die rote Wellenlänge des anregenden Lichts gelegt, um eine möglichst hohe Gewebedurchlässigkeit zu gewährleisten. Damit gelang es den Forschern, das Feuern von Nervenimpulsen in verschiedenen Nervenzelltypen mit roten Lichtpulsen bis nahe an das physiologische Limit der jeweiligen Zellen „zu treiben“. Die Kanäle wurden mittels Genfähren gezielt in den Hörnerv des Ohrs eingebracht – eine wichtige Voraussetzung für die verbesserte Verarbeitung von Tonfrequenzen in zukünftigen optogenetischen Cochlea-Implantaten. Optogenetische Cochlea-Implantate könnten schwersthörigen Menschen damit eines Tages sogar den Genuss von Musik ermöglichen.

Ein Gespräch auf der Straße, der Besuch eines Konzertes – alltägliche Dinge sind für Menschen mit Hörbehinderung häufig nicht mehr möglich. Ursache ist in den meisten Fällen ein Verlust der Sinneszellen in der Hörschnecke (Cochlea) des Ohres. Die Zellen wandeln den akustischen Reiz wahr in elektrische Signale um. Diese werden dann durch die Hörnerven an das Gehirn weitergeleitet. Die Cochlea kann man sich vereinfacht wie eine Wendeltreppe vorstellen, wobei jede Treppenstufe einer Tonhöhe entspricht – zusammen etwa 3000 „Stufen“ von ganz hoch am Eingang bis ganz tief an der Spitze. Die Hörnervenzellen repräsentieren jeweils eine Tonhöhe und zusammen den ganzen hörbaren Frequenzbereich.

Herkömmliche Cochlea-Implantate (CIs) reizen die Hörnervenzellen in der Cochlea mittels 12 bis 24 Elektroden und umgehen so die defekten oder verlorenen Sinneszellen. Obwohl die Elektroden der Implantate klein sind, stimuliert jede von ihnen einen großen Frequenzbereich. Mit dem Bild der Wendeltreppe gesprochen: einen ganzen Treppenabsatz beim elektrischen Hören statt einzelner Treppenstufen beim normalen Hören. Dies erschwert es dem Gehirn jedoch, akustische Signale mit ähnlichem Frequenzgehalt voneinander zu unterscheiden. CI-Nutzer können daher zwar in der Regel Sprache verstehen, dies gelingt aber nur in ruhiger Umgebung. Die Melodien in Sprache und Musik sind CI-Nutzern kaum zugänglich. Wenn es gelänge, die Hörnervenzellen räumlich präziser zu stimulieren und damit die Unterscheidung von Frequenzen zu erleichtern, ließe sich das Hörvermögen erheblich verbessern.

 

Ur- und Frühgeschichte
Älteste Holzskulptur der Welt ist 11.500 Jahre alt

Holzskulptur
 
Kopf und verzierte Teile der 11.500 Jahre alten Figur aus dem Shigir-MoorFoto: Univ.

pug — Seit mehr als 100 Jahren steht im Museum von Jekaterinburg eine monumentale Holzskulptur, die 1894 rund 50 Kilometer nördlich der Stadt im Shigir-Moor von Goldschürfern entdeckt wurde. Ihr Alter war jahrzehntelang völlig unklar. Ein deutsch-russi­sches Forscherteam mit Beteiligung der Universität Göttingen hat nun erstmals eine systematische Radiokarbondatierung der Figur organisiert: Mit einem Alter von rund 11.500 Jahren ist die Figur deutlich älter als erwartet und die älteste bekannte Holzskulptur der Welt.

Die aus einem Lärchenstamm gefertigte Skulptur ist heute noch 3,80 Meter groß. Sie hat einen großen runden Kopf und ihr Körper ist mit Zickzack-Ornamenten und anthropomorphen Gesichtern verziert. Die Wissenschaftler/innen konnten nachweisen, dass das Holz damals in frischem Zustand bearbeitet wurde. Die Skulptur stand allem Anschein nach längere Zeit aufrecht und diente vermutlich als ritueller Pfahl. Aus Europa sind aus dieser Zeit vor allem geometrisch verzierte Objekte aus Knochen und Geweih bekannt, und nur selten sind Menschen als kleine Strichmännchen abgebildet.

„Die Shigir-Figur zeigt mit ihrer monumentalen Erscheinung eine bislang unbekannte Seite der Kunst der ersten nacheiszeitlichen Jäger- und Sammler-Gesellschaften“, erläutert Prof. Dr. Thomas Terberger vom Seminar für Ur- und Frühgeschichte der Universität Göttingen. „Zugleich verdeutlicht sie, dass die Höhlenmalereien der Eiszeit in der Nacheiszeit eine Fortsetzung in neuer Form fanden.“ Bislang galten die etwa 11.000 Jahre alten Steinstelen an der Fundstelle Göbekli Tepe im Südosten der Türkei als einzige monumentale Zeugnisse dieser Zeit. „Die Figur aus dem Shigir-Moor zeigt nun, dass unabhängig davon im Ural ähnlich komplexe Objekte gefertigt wurden“, so Terberger. „Die Jäger-Sammler-Gemeinschaften der beginnenden Nacheiszeit erscheinen damit in einem völlig neuen Licht.“
Veröffentlicht in: Antiquity 92/263 (2018), 334–350. www.cambridge.org/core/journals/ antiquity/article/ early-art-in-the-urals-new-research-on-the-wooden-sculpture-from-shigir/ 1EE151AB1E571968B10267E48B78362A.
Kontakt: Prof. Dr. Thomas Terberger, Telefon 0176 3565493, thomas.terberger@phil.uni-goettingen.de

 

Agrarökologie
Biodiversitätsgerechter Kakaoanbau
Wissenschaftler verfassen zweisprachiges Handbuch für Kleinbauern

pug — Indonesien gehört zu den weltweit wichtigsten Kakao-Produ­zenten. Seit vielen Jahren erforschen Göttinger Wissenschaftler/innen zusammen mit Kollegen und Kakaobauern aus Indonesien den Anbau in sogenannten Agroforstsystemen. Dabei wachsen die Nutzpflanzen nicht in Monokultur, sondern zusammen mit Schattenbäumen. Diese Landnutzungsform sichert nicht nur die Existenz von Millionen von Kleinbauern, sie hat auch den Vorteil großer biologischer Vielfalt. Vögel und Fledermäuse sind hier zum Beispiel reich vertreten und fressen Schädlinge, was zu höheren Ernten führt. Diese und andere Erkenntnisse haben die Wissenschaftler nun in einem zweisprachigen Buch zusammengefasst, um zu einem besseren Verständnis vom Management im Kakaoanbau vor Ort beizutragen.

Diskussion mit Kleinbauern
Diskussion mit KleinbauernFoto: Universität

Die Buchautorin Dr. Bea Maas, Agrarökologin an der Universität Göttingen und Tropenökologin am Department für Biodiversitätsforschung der Universität Wien, hat jahrelang eng mit Kakao-Kleinbauern und lokalen Forschern zusammengearbeitet und sich für ein besseres Verständnis dieser Nützlinge eingesetzt. „Vögel und Fledermäuse werden in ihrer Bedeutung für die Landnutzung oftmals unterschätzt“, so Maas. „Es war uns besonders wichtig, dass unsere Ergebnisse auch die lokalen Kleinbauern und Familien erreichen.“ Die Schädlingskontrolle durch Vögel und Fledermäuse hat allein in Indonesien, dem weltweit drittgrößten Anbaugebiet von Kakao, einen wirtschaftlichen Wert von über einer Milliarde US-Dollar pro Jahr.

Maas und ihre Kollegen von den Universitäten Göttingen und Tadulako (Sulawesi) zeigen in leicht verständlicher englischer und indonesischer Sprache Forschungsergebnisse und Perspektiven für das Management lokaler Kakaobauern auf. „Dieses Buch belegt, wie wichtig die enge und vertrauensvolle Zusammenarbeit mit lokalen Kleinbauern und ihren Familien für unsere Forschung ist“, so Prof. Dr. Teja Tscharntke, Leiter der Abteilung Agrarökologie an der Universität Göttingen und Koautor des Buchs. „Ein biodiversitäts-freundliches Landschaftsmanagement kann das Wohlergehen von Mensch und Natur verbessern – und dazu braucht es nicht nur mehr Forschung, sondern auch Aufklärungsarbeit vor Ort, um dieses sozial-ökologische Potential besser zu nutzen.“
Veröffentlicht in: University Press Göttingen 2018 (ISBN 978-3-86395-352-2). DOI: https://doi.org/10.17875/gup2018-1085.
Kontakt: Dr. Bea Maas, 0043 650 4200494, beamaas@gmx.at

 

Volkswirtschaften
Deutlich geringeres Wachstum als angenommen
Wirtschaftsdaten von 14 Industrieländern analysiert

pug — Viele ökonomische Modelle und politische Debatten gehen von der Annahme aus, dass Volkswirtschaften exponentiell, also in stetigen Raten von zwei bis drei Prozent wachsen. Ökonomen des Instituts für ökologische Wirtschaftsforschung (IÖW) und der Universität Göttingen haben Daten von 18 Ländern neu ausgewertet und fanden heraus, dass entwickelte Volkswirtschaften deutlich weniger wachsen als angenommen: Die Wirtschaft in vielen Ländern Europas sowie in Kanada und den USA wuchs in diesem Zeitraum eher linear, das heißt mit abnehmenden Wachstumsraten. Nur zwei der untersuchten Länder erreichten die angenommenen Wachstumsraten. Die Wissenschaftler fordern daher, diese verschiedenen Wachstumspfade in volkswirtschaftlichen Modellen und in der wirtschaftspolitischen Planung zu berücksichtigen.

Straßenverkehr in Berkeley
 
Folge ungezügelten Wachstums: Straßenverkehr, hier in Berkeley (USA)
Foto: Minesweeper

In ihrer Untersuchung haben die Wissenschaftler Wirtschaftsdaten von 14 Industrieländern Europas sowie von Kanada, den USA, Australien und Neuseeland analysiert. Elf Länder wuchsen seit 1960 demnach eher linear. Die Mehrheit der restlichen sieben Länder mit exponentiellem Wachstum wuchs mit einer geringeren Rate als angenommen. Nur Neuseeland wuchs exponentiell mit höheren Raten. „Auch wenn man die Daten aus der Zeit der Wirtschaftskrise von 2008 bis 2013 herausnimmt, liegen die pro-Kopf-Wachstumsraten in zehn Ländern bei weniger als 1,3 Prozent und damit unter der allgemeinen Annahme“, so Dr. Thomas Kopp vom Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung der Universität Göttingen. 1,3 Prozent pro-Kopf-Wachstum entsprechen in den ausgewählten Ländern einem Gesamtwachstum von 2 bis 3 Prozent.

„Die empirischen Erkenntnisse legen nahe, dass sich sowohl in der Wirtschaftspolitik als auch in den Modellen der Wirtschaftswissenschaften etwas verändern muss“, sagt Erstautor Steffen Lange vom IÖW. „Es muss damit gerechnet werden, dass das Wachstum prozentual gesehen weiter abnimmt. Die Politik zum Arbeitsmarkt, zur Finanzierung der Sozialversicherungssysteme, zu staatlichen Einnahmen und Ausgaben sowie zur Verteilung muss an diesen Trend angepasst werden.“
Veröffentlicht in: Ecological Economics Vol. 147, May 2018, Pages 123-133 https://doi.org/10.1016/j.ecolecon.2018.01.011.
Kontakt: Dr. Thomas Kopp, Tel. 0178 4917624, thomas.kopp@agr.uni-goettingen.de; Peter Pütz, peter.puetz@mathematik.uni-goettingen.de; Dr. Steffen Lange, Steffen.Lange@ioew.de

 

Ernährung
Analyse des globalen Hungerproblems
Gesundheitliche Folgen von Mangelernährung mit berücksichtigt

pug — Um Fortschritte beim weltweiten Kampf gegen den Hunger einschätzen zu können, muss man zunächst in der Lage sein, das Ausmaß des Hungers zu messen. Neben dem Problem der unzureichenden Kalorienversorgung gibt es auch den so genannten versteckten Hunger – den Mangel an Mikronährstoffen wie Vitaminen und Mineralstoffen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Göttingen haben nun eine Methode vorgeschlagen, die die unterschiedlichen Formen des Hungers und die daraus resultierenden gesundheitlichen Folgen berücksichtigt.

Ländliche Szene in Malawi
Ländliche Szene in Malawi: Vor allem in Afrika ist Hunger nach wie vor weit verbreitetFoto: Stefan Koppmair

Bisher wird das Ausmaß des Hungers in der Regel an der Zahl der Menschen gemessen, die an Kalorien- oder Mikronährstoffmangel leiden. Diese Zahl ist jedoch wenig aussagekräftig, da verschiedene Formen des Hungers ganz unterschiedliche gesundheitliche Probleme verursachen können. Die Forscher/innen am Department für Agrarökonomie und Rurale Entwicklung zeigten nun auf, wie sich die verschiedenen Formen des Hungers mit Hilfe von Gesundheitsdaten und der Berechnung des so genannten DALY-Indexes besser messen und vergleichen lassen. Anstatt nur die betroffenen Menschen zu zählen, berücksichtigt der DALY-Index die gesundheitlichen Folgen von Hunger und Mangelernährung, zum Beispiel erhöhte Kindersterblichkeit, körperliche und geistige Entwicklungsstörungen und verstärktes Auftreten von Infektionskrankheiten.

Auf der Basis von Daten aus rund 190 Ländern berechneten die Wissenschaftler den DALY-Index für unterschiedliche Zeitpunkte. Die Ergebnisse zeigen, dass die gesundheitlichen Folgen des Hungers in den vergangenen Jahrzehnten deutlich reduziert werden konnten. „Seit 1990 hat sich das Ausmaß des Hungerproblems mehr als halbiert“, erklärt Erstautorin Dr. Theda Gödecke. Weitere statistische Analysen zeigen, dass dies in erster Linie an wirtschaftlichem Wachstum in den jeweiligen Ländern lag, außerdem an Steigerungen in der Nahrungsproduktion, einer verbesserten Ausbildung vor allem für Mädchen und Frauen sowie einer verbesserten Gesundheitsversorgung.

„Allerdings waren die Fortschritte bei der Bekämpfung des Kalorienmangels deutlich größer als die bei der Bekämpfung des Mikronährstoffmangels“, so Gödecke. „Allgemeine wirtschaftliche und soziale Entwicklungen sind enorm wichtig, werden aber alleine nicht ausreichen, um den Hunger in absehbarer Zeit beenden zu können“, unterstreicht Prof. Dr. Matin Qaim, Koautor der Studie. „Vor allem zur Bekämpfung des versteckten Hungers sind auch gezieltere Maßnahmen erforderlich.“
Veröffentlicht in: Global Food Security 2018. https://doi.org/10.1016/j.gfs.2018.03.004.
Kontakt: Prof. Dr. Matin Qaim, Telefon 39-4806, mqaim@uni-goettingen.de

 

Neurologie
Körperliche Aktivität auch für Nachkommen gut
Epigenetische Vererbung wirkt auf die nächste Generation

dzne/umg — Körperliche und geistige Aktivität sind nicht nur gut für das eigene Gehirn, sie können auch die Lernfähigkeit späterer Nachkommen beeinflussen – zu-mindest im Mausmodell. Diese besondere Form der Vererbung wird durch bestimmte RNA-Moleküle vermittelt. Sie beeinflussen die Genaktivität und reichern sich nach körperlicher und geistiger Aktivität im Gehirn sowie in den Keimzellen an. Das berichten Prof. Dr. André Fischer und Fachkollegen vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) in Göttingen und München und der Universitätsmedizin Göttingen (UMG).

Erworbene Eigenschaften ändern nicht die DNA-Sequenz und können daher nicht an die Nachkommen weitergegeben werden – so lautete lange Zeit das Dogma der Genetik. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler jedoch einige Beispiele gefunden, die diesem Prinzip widersprechen. Eine schlechte Ernährung beispielsweise erhöht das Krankheitsrisiko – nicht nur das eigene, sondern auch das der Nachkommen. Zudem können sich Lebensumstände wie Stress oder Trauma auf die nächste Generation auswirken. Wissenschaftler nennen dieses Phänomen „epigenetische“ Vererbung, da sie nicht mit einer Veränderung der DNA-Sequenz einhergeht.

Labormaus
 
Viel Bewegung fördert die Lernfähigkeit – auch der Nachkommen
Foto: Seweryn Olkowicz

Prof. André Fischer und Fachkollegen untersuchten nun die Vererbung einer weiteren erworbenen Eigenschaft: der Lernfähigkeit. Es ist bekannt, dass geistige und körperliche Aktivität die Lernfähigkeit verbessern und das Risiko für Erkrankungen wie Alzheimer mindern. Bei Mäusen zeigten die Wissenschaftler nun, dass Lernfähigkeit epigenetisch vererbt wurde. Wenn Fischer und Kollegen Mäuse einer stimulierenden Umgebung aussetzten, in der sie viel Bewegung hatten, profitierten davon auch ihre späteren Nachkommen: Sie schnitten – im Vergleich zu den Tieren einer Kontrollgruppe – in Tests der Lernfähigkeit besser ab. Darüber hinaus war die sogenannte synaptische Plastizität im Hippocampus, einer wichtigen Lernregion des Gehirns, verbessert. „Synaptische Plastizität“ ist ein Maß dafür, wie gut Nervenzellen miteinander kommunizieren, sie sind damit die zelluläre Grundlage für das Lernen.

Als nächstes untersuchten die Wissenschaftler, welcher Mechanismus diesem Phänomen zugrunde liegen könnte. Sie konzentrierten sich dabei auf die epigenetische Vererbung von Vätern und suchten nach dessen materieller Grundlage in den Spermien. Spermien enthalten neben der väterlichen DNA – dem Molekül, in dem die Erbanlagen gespeichert sind – auch sogenannte RNA-Moleküle. In Experimenten überprüften die Wissenschaftler daher, welche Rolle diese RNA-Moleküle bei der Übertragung der Lernfähigkeit spielen. Dazu extrahierten sie RNA aus Spermien von Mäusen, die körperlich und geistig aktiv waren. Diese injizierten sie in befruchtete Eizellen und untersuchten die Tiere, die sich daraus entwickelten. Fazit: Auch in diesen Mäusen waren die synaptische Plastizität und die Lernfähigkeit verbessert. Die körperliche und geistige Aktivität wirkte sich also auf die kognitiven Fähigkeiten der Nachkommen positiv aus und dieser Effekt wurde durch die RNA in den Spermien übertragen.

In weiteren Experimenten mit RNA-Extrakten konnten die Wissenschaftler genauer eingrenzen, welche RNAs für die epigenetische Vererbung verantwortlich sind. Sie zeigten, dass zwei sogenannte microRNAs – miRNA212 und miRNA132 – zumindest einen Teil der vererbten Lernfähigkeit erklären können. microRNAs sind Steuermoleküle, sie beeinflussen die Aktivierung von Genen. „Unsere Arbeiten bringen zum ersten Mal ein epigenetisches Phänomen konkret mit bestimmten microRNAs in Verbindung“, sagt Fischer, leitender Wissenschaftler am DZNE und an der Klinik für Psychiatrie und Psychotherapie der UMG. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass sich miRNA212 und miRNA132 nach körperlicher und geistiger Aktivität sowohl im Gehirn, als auch in den Spermien der Mäuse anreichert. Im Gehirn fördern diese RNAs – das war bereits bekannt – die Bildung von Synapsen und damit die Lernfähigkeit. Über die Spermien werden sie auf die Nachkommen übertragen. „Hier verändern sie vermutlich sehr subtil die Gehirnentwicklung, so dass die Nervenzellen besser vernetzt sind und die Nachkommen einen kognitiven Vorteil haben“, sagt Prof. André Fischer.

Auch beim Menschen weiß man, dass körperliche Aktivität und geistiges Training die Lernfähigkeit steigern. Ob Lernfähigkeit epigenetisch vererbt wird, lässt sich beim Menschen jedoch nicht ohne weiteres untersuchen. Die Ergebnisse von Fischer und seinen Kollegen helfen jedoch, Hinweise auf diese Frage zu finden. So planen die Forscher nun, zu überprüfen, ob auch in menschlichen Spermien die Moleküle miRNA212 und miRNA132 nach Phasen körperlicher oder geistiger Aktivität angereichert werden.
Veröffentlicht in: Cell Reports 2018, DOI: 10.1016/j.celrep.2018.03.059.
Kontakt: Prof. Dr. André Fischer, Telefon 39-61211, andre.fischer@dzne.de

 

Ökolandbau
Potenziale und Grenzen der Biolandwirtschaft
Umwelt- und Klimavorteile  relativieren sich

pug — Eine Studie der Universität Göttingen belegt, dass nur die Kombination von ökologischen und konventionellen Anbautechniken eine global nachhaltige Landwirtschaft garantieren kann. Agrarökonomen untersuchten den Einfluss des Ökolandbaus auf Umwelt, Klima und Gesundheit in unterschiedlichen Teilen der Welt. Dabei fanden sie heraus, dass der Anbau von Biolebensmitteln zu viel Ackerfläche benötigt, um sich weltweit positiv auf die Artenvielfalt auswirken zu können. Zudem ist er in ärmeren Ländern zur Ernährungssicherung ungeeignet.

Im Vergleich zur industriellen Landwirtschaft wird der Anbau von Biolebensmitteln gemeinhin als schonender für Mensch, Tier, Umwelt und Klima wahrgenommen. Viele Studien bescheinigen dem Ökolandbau im Vergleich mit der konventionellen Landwirtschaft größere Artenvielfalt und geringere Schadstoffbelastungen auf dem Acker. Um herauszufinden, ob der Ökolandbau auch vor dem Hintergrund der globalen Herausforderungen als grundsätzlich nachhaltig eingestuft werden kann, werteten Dr. Eva-Marie Meemken und Prof. Dr. Matin Qaim von der Universität Göttingen rund 150 Einzelstudien und Meta-Analysen zu den Effekten des Ökolandbaus in unterschiedlichen Teilen der Welt aus. Dabei zeigte sich, dass Biolebensmittel im Vergleich mit Produkten aus konventioneller Landwirtschaft keinen unterschiedlichen Effekt auf die Gesundheit haben.

Biolandwirtschaft
 
Reisanbau in IndonesienFoto: Stefan Schwarze

Die Wissenschaftler entdeckten zudem, dass die Vorteile des Biolandbaus für Umwelt und Klima nicht gelten, wenn die Effekte pro Produkteinheit statt pro Hektar Ackerfläche verglichen werden. Für ökologische Lebensmittel benötigt man wegen der niedrigeren Erträge mehr Ackerfläche als für die gleiche Menge konventioneller Produkte. So relativieren sich die Umwelt- und Klimavorteile des Ökolandbaus und kehren sich für einige Parameter sogar um. „Die Ertragsunterschiede müssen berücksichtigt werden, weil die globale Nachfrage nach Lebensmitteln weiter wächst“, betont Qaim. „Bisher wird weltweit nur ein Prozent der Ackerfläche nach den Regeln des Ökolandbaus bewirtschaftet. Wollte man zukünftig die ganze Welt mit Bioprodukten ernähren, bräuchte man deutlich mehr Fläche, was nur auf Kosten von Wäldern und anderen natürlichen Lebensräumen möglich wäre.“ Des Weiteren sind Biolebensmittel zur Ernährungssicherung in Entwicklungsländern ungeeignet, da sie im Schnitt erheblich teurer als konventionelle Produkte sind. „Für einheimische Grundnahrungsmittel gibt es in Entwicklungsländern aufgrund der niedrigen Einkommen bisher kaum einen Markt für teurere Bioprodukte“, so Meemken.

Die Autoren der Studie kommen zu dem Schluss, dass der Ökolandbau zwar in bestimmten Situationen vorteilhaft ist, aber nicht als Leitbild für global nachhaltige Landwirtschaft und Ernährungssicherung gelten kann. Ebenso wenig kann die industrielle Landwirtschaft mit ihrem hohen Einsatz von Chemikalien als Modell für Nachhaltigkeit dienen. „Benötigt werden produktive und zugleich umweltfreundliche Systeme. Solche Systeme standörtlich angepasst zu entwickeln, erfordert die intelligente Kombination von Methoden des Ökolandbaus und der konventionellen Landwirtschaft – auch unter Berücksichtigung ganz neuer Technologien“, so Meemken und Qaim.
Veröffentlicht in: Annual Review of Resource Economics, https://doi.org/10.1146/annurev-resource-100517-023252
Kontakt: Prof. Dr. Matin Qaim, Telefon 39 4806, mqaim@uni-goettingen.de

 

Geobiologie
Mikrobielles Leben schon vor 3,5 Milliarden Jahren
Älteste Spuren des Lebens in Gesteinen Westaustraliens

Die Suche nach den ältesten Lebensspuren auf der Erde ist eine der größten Herausforderungen aktueller geobiologischer Forschung. Einer Forschergruppe unter der Federführung von Geobiologen der Universität Göttingen ist es nun gelungen, in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen Westaustraliens die ältesten molekularen Fossilien nachzuweisen.

Pilbara-Kraton in Westaustralien
Das Pilbara-Kraton in Westaustralien. Göttinger Geobiologen haben in 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen aus dieser Region die ältesten molekularen Fossilien der Erde gefunden.Foto: Universität

Die wenigsten Lebensformen der Erdgeschichte sind in Form von sichtbaren Fossilien erhalten, denn die Bildung von Hartteilen wie Knochen oder Schalen ist eine vergleichsweise junge evolutionäre Entwicklung. Zudem verwischen geologische Prozesse wie zum Beispiel Gebirgsbildungen in Gesteinen enthaltene Spuren des Lebens. Da alle bekannte Lebensformen auf Kohlenstoff basieren, können in Gesteinen erhaltene organische Verbindungen als weiterer Nachweis für die Existenz von Leben dienen. Diese molekularen Fossilien sind insbesondere für die früheste Erdgeschichte wichtig, da hier Lebensformen aufgrund ihrer mikroskopischen Größe und dem Fehlen mineralisierter Hartteile extrem geringe Überlieferungspotenziale aufweisen.

Den Göttinger Geobiologen ist es nun mit modernen analytischen Verfahren gelungen, organische Verbindungen aus 3,5 Milliarden Jahre alten Gesteinen vom australischen Pilbara-Kraton zu isolieren. „Diese Verbindungen weisen unter anderem für Bakterien typische Kettenlängen auf und stellen molekulare Fossilien dieser Lebensformen dar“, erläutert Dr. Jan-Peter Duda, Erstautor der Studie. „Es handelt sich somit um den ältesten direkten Nachweis mikrobiellen Lebens auf der Erde und wirft neues Licht auf die Entstehung und früheste Entwicklung von Leben auf der Erde.“
Veröffentlicht in: Biogeosciences 15, 1535-1548, 2018, https://doi.org/10.5194/bg-15-1535-2018.
Kontakt: Dr. Jan-Peter Duda und Prof. Dr. Joachim Reitner, Telefon 39-10954 und 39-7950, jan-peter.duda@geo.uni-goettingen.de und jreitne@gwdg.de

 

Agrarwissenschaften
Winterweizen blühen früher
Folgen von Klimawandel und Züchtung

Winterweizen
 
Feldversuch mit Winterweizen: Gegenüberstellung der Sorte „Tommi“ aus dem Jahr 2002 und der Sorte „Heines VII“ aus dem Jahr 1950 in der Phase zwischen Beginn des Ährenschiebens und Beginn der BlüteFoto: Universität

pug — Verschiebungen der Entwicklungsstadien von Pflanzen im Jahresverlauf gelten als wichtiger Indikator für den Klimawandel. Agrarwissenschaftler der Universität Göttingen haben in Zusammenarbeit mit Forschern der Universität Bonn untersucht, wie sich der Blühzeitpunkt von Winterweizen in den vergangenen 60 Jahren in Deutschland verändert hat. Die Auswertung von fast 500.000 Beobachtungen der Pflanzenentwicklung ergab, dass der Winterweizen heute etwa 14 Tage früher blüht als vor 60 Jahren. Experimentell konnten sie nachweisen, dass nicht nur die gestiegenen Temperaturen, sondern auch die Veränderung der Sorten durch Züchtung zu dem früheren Blühzeitpunkt beitragen.

Als Folge der Erderwärmung blühen die meisten Pflanzen immer früher im Jahr, so auch der Winterweizen. Bislang ist aber kaum bekannt, wie sich der Zeitpunkt der Aussaat und die genetischen Veränderungen durch die Züchtung langfristig auf die Pflanzenentwicklung auswirken. Die Wissenschaftler haben für ihre Studie phänologische Beobachtungen von 4.824 Standorten in Deutschland aus dem Zeitraum 1952 bis 2013 ausgewertet. Zusätzlich bauten sie repräsentative Sorten von Winterweizen an, die in den vergangenen sechs Jahrzehnten angebaut wurden, und verglichen zwei Jahre lang deren Entwicklung im Jahresverlauf.

„Wir konnten zeigen, dass die Einflüsse von Klimawandel und von Sortenveränderungen durch Züchtung auf den Blühzeitpunkt in dem betrachteten Zeitraum etwa gleich groß sind und in dieselbe Richtung wirken“, so der Erstautor der Studie Dr. Ehsan Eyshi Rezaei vom Department für Nutzpflanzenwissenschaften, Abteilung Pflanzenbau. „Denn die jüngeren Sorten benötigen im Zeitraum zwischen Feldaufgang und Blüte 14 bis 18 Prozent weniger Wärmesumme als Sorten aus den 1950-er und 1960-er Jahren.“ Deutliche Effekte einer früheren oder späteren Aussaat auf den Blühzeitpunkt konnten dagegen nicht nachgewiesen werden. „Wir schließen daraus, dass bislang die Effekte der Erderwärmung auf den Winterweizen überschätzt werden“, ergänzt Prof. Dr. Stefan Siebert, der die Abteilung Pflanzenbau leitet. „Zukünftige Studien und Projektionen des Einflusses des Klimawandels sollten daher die Weiterentwicklung der Sorten berücksichtigen.“
Veröffentlicht in: Scientific Reports DOI 10.1038/s41598-018-23101-2, www.nature.com/articles/s41598-018-23101-2.
Kontakt: Prof. Dr. Stefan Siebert und Dr. Ehsan Eyshi Rezaei, Telefon 39-24359,: stefan.siebert@uni-goettingen.de und ehsan.eyshi-rezaei@uni-goettingen.de

 

Pflanzenökologie
Bestäubung: Bienen bringen’s
Bestäubungsvarianten untersucht

pug — Ein interdisziplinäres Forscherteam der Universität Göttingen konnte erstmals zeigen, dass die Blütenbestäubung durch Bienen eine deutlich bessere Fruchtqualität bewirkt als bei Selbstbestäubung. Die Insektenbestäubung hat einen entscheidenden Einfluss auf die hormonellen Prozesse während der Fruchtentwicklung, die im Vergleich mit Früchten aus eigenbestäubten Blüten zu einem typischeren Geschmacksergebnis führen.

Honigbiene
 
Honigbiene bei der Bestäubung einer ErdbeerblüteFoto: A. Wietzke

Zwar erzielt die aufwändige Bestäubung per Menschenhand qualitativ ähnlich gute Früchte, doch sie ist umständlich, teuer und zeitintensiv. Nur die Insektenbestäubung kann der steigenden Lebensmittelnachfrage gerecht werden sowie Ertrag und Qualität der Produkte und damit ihre Vermarktbarkeit garantieren.

Etwa ein Drittel der weltweiten landwirtschaftlichen Produktion stammt von Kulturfrüchten, deren Ertrag durch Tierbestäubung, insbesondere Insekten, deutlich verbessert werden kann. Studien zu Erdbeeren, Äpfeln, Zuckermelonen, Ackerbohnen und Raps konnten diesen Zusammenhang bereits belegen. Allerdings ist bislang nur wenig darüber bekannt, welchen Einfluss die Insektenbestäubung auf die pflanzenphysiologischen Prozesse – also die Lebensvorgänge in der Pflanze – während der Fruchtentwicklung und die damit zusammenhängende Fruchtqualität und Vermarktbarkeit hat. Dieser Frage gingen erstmals Göttinger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Abteilungen Agrarökologie, Molekulare Phytopathologie und Qualität pflanzlicher Erzeugnisse nach. Auf einem Erdbeerfeld in der Nähe Göttingens wurden für diesen Zweck verschiedene Bestäubungsvarianten miteinander verglichen: Die Selbstbestäubung ist die Übertragung des eigenen Pollens der Blüte ohne das Zutun von Tieren. Bei der Handbestäubung erfolgt eine manuelle Bestäubung mit Pollen derselben Blüte durch Menschenhand mithilfe eines Pinsels. Die offene Bestäubung bezeichnet die Pollenübertragung durch Insekten und in geringeren Anteilen auch durch Wind.

Erdbeerpflanzen
Versuchsfeld mit Erdbeerpflanzen bei GöttingenFoto: Alexander Wietzke

Die Forscherinnen und Forscher fanden heraus, dass Selbstbestäubung zu kleineren und leichteren Erdbeerfrüchten führt. Zudem waren über 90 Prozent dieser Früchte deformiert, wiesen eine kürzere Haltbarkeit auf und hatten folglich den mit Abstand geringsten Handelswert. Insektenbestäubte Blüten entwickelten sich hingegen zu wohlgeformten, schwereren und größeren Früchten, welche einen um 92 Prozent gesteigerten Handelswert aufwiesen. Es bestand kein merkbarer Unterschied zwischen Hand- und offener Bestäubung. „Insekten- und Handbestäubung führte zudem, wie anhand des Zucker-Säure-Ver­hält­nisses nachgewiesen wurde, zu einem sortenspezifischeren Verhältnis von Geschmackskomponenten in der Frucht“, so Dr. Inga Smit, Co-Autorin und wissenschaftliche Mitarbeiterin der Abteilung Qualität pflanzlicher Erzeugnisse.

Diese Resultate führen die Forscherinnen und Forscher auf einen deutlich verbesserten und gleichmäßigeren Bestäubungserfolg – Fruchtansatz – durch Insekten- und Handbestäubung zurück. Dieser resultiert in einer signifikant erhöhten Produktion des Phytohormons Indol-3-Essig­säure. Das Hormon ist maßgeblich an der Fruchtentwicklung der Erdbeere und vieler anderer Früchte beteiligt. Mit dieser Studie konnte somit erstmals gezeigt werden, dass die Insektenbestäubung nicht nur eine große Bedeutung für den landwirtschaftlichen Ertrag, sondern auch einen bedeutenden Einfluss auf phytohormonelle Prozesse hat. Letzte wiederum sind entscheidend für die Entwicklung, Qualität und Vermarktbarkeit von Früchten. Dieser Einfluss kann auch auf andere Kulturfrüchte übertragen werden, die durch Bestäubung entstehen. „Die natürliche Bestäubungsleistung in unseren Agrarökosystemen – welche insbesondere durch Insekten erbracht wird –, ist daher essentiell, um Ernte- und Qualitätsverluste zu verhindern und der global steigenden Lebensmittelnachfrage gerecht werden zu können“, betont Alexander Wietzke, Erstautor und Doktorand in der Abteilung Pflanzenökologie und Ökosystemforschung.
Veröffentlicht in: Agriculture, Ecosystems & Environment 258, 197–204.
https://doi.org/10.1016/j.agee.2018.01.036.
Kontakt: Alexander Wietzke, Telefon 39-5721, alexander.wietzke@biologie.uni-goettingen.de

 

Agrarökologie
Globaler Konflikt: Agrarproduktion vs. Artenvielfalt
Steigerung landwirtschaftlicher Produktion bedingt Artenverlust

pug — Eine gezielte Landnutzungsplanung könnte den Konflikt zwischen landwirtschaftlicher Produktion und Naturschutz mindern. Wissenschaftler der Universität Göttingen, des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv), des Helm­holtz-Zen­trums für Umweltforschung (UFZ) und der Universität Münster haben weltweite Datensätze ausgewertet – einerseits zur Verbreitung und zu den ökologischen Anforderungen tausender Tierarten, anderseits zur landwirtschaftlichen Produktion der weltweit wichtigsten Feldfrüchte.

Agrarlandschaft
 
Landschaft, wie sie dem europäischen Agrarwirt gefällt: Monotonie, soweit das Auge reichtFoto: Christoph Scherber

In der Regel führt eine Steigerung der landwirtschaftlichen Produktion zum Verlust von Artenvielfalt und Ökosystemfunktionen auf den betroffenen Ackerflächen. Was aber passiert, wenn das landwirtschaftliche Wachstum auf Gegenden beschränkt ist, in denen weniger Tierarten gefährdet sind? Die Wissenschaftler untersuchten, ob eine derartige gezielte Landnutzungsplanung die globalen Artenverluste verringern würde. Sie fanden heraus, dass durch eine weltweite Optimierung des Anbaus rund 88 Prozent des berechneten zukünftigen Artenverlusts vermieden werden könnten.

„Dies setzt allerdings voraus, dass artenreiche Länder – vornehmlich in den Tropen – primär für den Schutz natürlicher Ressourcen verantwortlich wären und in ihren Produktionsmöglichkeiten und den damit zusammenhängenden ökonomischen Vorteilen eingeschränkt wären“, erläutert Erstautor Lukas Egli von der Universität Göttingen und dem UFZ. Dies betrifft in erster Linie Länder, die stark von der Landwirtschaft abhängig sind. „Ohne internationale Abkommen, die diese Interessenskonflikte lösen könnten, ist eine globale Optimierung unwahrscheinlich. Sie würde möglicherweise zu sozioökonomischen Abhängigkeiten führen.“

Kommentar:
Das ist schon ein starkes Stück: Zweite und Dritte Welt-Landwirte sollen für die Umweltsünden hiesiger Kollegen geradestehen, weil es anscheinend hier nichts mehr zu retten gibt – statt vor der eigenen Tür zu kehren und endlich einmal mit einem Artenschutz zu beginnen, der seinen Namen auch verdient.
 

Bereits zehn Länder könnten den weltweiten Biodiversitätsverlust um ein Drittel reduzieren, wenn sie der Empfehlung der Forscher auf nationaler Ebene folgen. Wenn jedes Land dies täte, ließen sich 61 Prozent des absehbaren Artenverlusts verhindern. „Länder wie Indien, Brasilien oder Indonesien hätten das größte Potenzial, um die globale Landwirtschaft nachhaltiger zu gestalten“, so Dr. Carsten Meyer vom Forschungszentrum iDiv und der Universität Leipzig. „Leider sind diese Länder oft von Landnutzungskonflikten und teilweise schwachen Institutionen geprägt, was eine solche Optimierung erschwert. Hier sind gezielte Anreize nötig, um die Landnutzungsplanung ganzheitlicher und nachhaltig zu gestalten.“
Veröffentlicht in: Global Change Biology 2018. Doi: 10.1111/gcb.14076.
Kontakt: Lukas Egli, Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung – Department Ökologische Systemanalyse / Georg-August-Universität Göttingen, E-Mail: lukas.egli@ufz.de; Dr. Carsten Meyer, Deutsches Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv)Leipzig, E-Mail: carsten.meyer@idiv.de

 

Agrarwirtschaft
Wildbienen bevorzugen kleine Felder
Kleinere Felder führen zu mehr Feldrändern

pug — Ein internationales Forscherteam unter der Leitung der Universität Göttingen hat herausgefunden, dass in Agrarlandschaften mit kleinen Feldern mehr Wildbienen vorkommen als in Landschaften mit großen Feldern. Das höhere Aufkommen von Wildbienen führte zu einer verbesserten Bestäubung der dort angebauten Pflanzen. Überraschenderweise fanden sich weniger Wildbienen in Landschaften, in denen viele verschiedene Feldfrüchte angebaut wurden.

Wildbiene
 
Foto: Universität

Viele Pflanzen, darunter Erdbeeren, Kirschen und Raps, sind für eine optimale Fruchtentwicklung auf bestäubende Insekten angewiesen. Von großer Bedeutung sind daher deren Lebensräume außerhalb der Felder wie Hecken oder Kalkmagerrasen. Oft ist es jedoch schwierig, das Vorkommen von wildlebenden Bestäubern zu erhöhen. „Wir haben untersucht, ob eine höhere Heterogenität der Anbauflächen durch kleinere Felder und mehr verschiedene Feldfrüchte einen positiven Effekt hat“, so Annika Hass, Erstautorin und Doktorandin in der Abteilung Agrarökologie der Universität Göttingen. „Kleinere Felder führen zu mehr Feldrändern. Diese sind wichtig, da sie den Bestäubern Nistplätze und Blütenangebot bieten und auch zur Orientierung dienen können, sodass sie geeignete Lebensräume besser finden.“

Überraschend war hingegen der starke Rückgang von Wildbienen in Landschaften mit vielen verschiedenen Kulturpflanzen. „Beim Anbau vieler unterschiedlicher Pflanzen in Agrarlandschaften spielt die Auswahl der Kulturen eine große Rolle“, betont Prof. Dr. Teja Tscharntke, Leiter der Abteilung Agrarökologie und Co-Autor der Studie. „Ein höherer Anteil von besonders intensiv bewirtschafteten Kulturen kann sich negativ auf Bestäuber auswirken.“ Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass die Heterogenität der Agrarlandschaften, wie sie durch kleine Äcker gefördert wird, die Bestäubung von Pflanzen stark begünstigen kann und in zukünftigen Agrarumweltmaßnahmen berücksichtigt werden sollte.
Veröffentlicht in: Proceedings of the Royal Society B – Biological Sciences B 285, 20172242. https://doi.org/10.1098/rspb.2017.2242.
Kontakt: Annika Hass, Telefon 39-33734, ahass@uni-goettingen.de

 

Evolutionsbiologie
Neue Hypothese zur sexuellen Fortpflanzung
Wer Sex hat, rostet nicht

pug — Warum ist die sexuelle Fortpflanzung bei allen höheren Lebewesen dominant? Worin liegen die Vorteile dieses aufwändigen Prozesses? Um diese kontroversen Fragen der Evolutionsbiologie zu beantworten, haben Wissenschaftler der Universitäten Göttingen und Amsterdam die Entstehung von Lebewesen mit Zellkern vor etwa zwei Milliarden Jahren rekonstruiert. Ihre Hypothese: Mit der Entwicklung der Sauerstoffatmung wuchs die Gefahr von oxidativen Schäden an der DNA durch Sauerstoffradikale. Vor diesem Hintergrund diente Sex womöglich ursprünglich in erster Linie der DNA-Reparatur.

Fortpflanzung
Mehrzeller im Kampf gegen den Rost

Durch die Tätigkeit der Mitochondrien und die Entwicklung der Sauerstoffatmung stand symbiontischen Einzellern zwar mehr Energie zur Verfügung, andererseits stellten Sauerstoffradikale eine potenzielle endogene Gefahrenquelle dar. Besonders in physiologischen Stresssituationen reichten die normalen Schutzmechanismen der Zelle oft nicht mehr aus. Bereits in den ersten Lebewesen mit Zellkern (Eukaryonten) entstand deshalb die Meiose als besonders effizienter DNA-Reparaturmechanismus, so die Wissenschaftler. Dazu wird ein zweiter Chromosomensatz benötigt, der durch die Fusion zweier Zellen und Zellkerne zustande kommt.

„Diese ersten Zyklen sexueller Fortpflanzung entstanden bereits in den ersten einzelligen Eukaryonten“, erläutert die Göttinger Biologin Prof. Dr. Elvira Hörandl. In multizellulären komplexen Organismen, beispielsweise Tieren, Pflanzen oder Pilzen, etablierte sich Sex dann als Erneuerungsprozess für Keimbahnzellen, der auch nachteilige Mutationen selektiv eliminieren kann. Damit kann die Integrität des Genoms in der Keimbahn über viele Generationen hinweg gewährleistet werden.

„Zahlreiche genomische, karyologische und biochemische Untersuchungen der vergangenen Jahre unterstützen diese Hypothese“, erklärt Hörandl. Auch die meisten Formen asexueller Fortpflanzung behalten die Grundmechanismen der DNA-Reparatur und ein bisschen Sex bei. „Sex ist also eine physiologische Notwendigkeit, als Folge eines sauerstoffbasierten Stoffwechsels bei allen höheren Organismen“, so Hörandl.
Veröffentlicht in: Proceedings of the Royal Society B 2018. Doi: 10.1098/rspb.2017.2706.
Kontakt: Prof. Dr. Elvira Hörandl, Telefon 39-7843, elvira.hoerandl@biologie.uni-goettingen.de

 

Genforschung
Insekten und Wirbeltiere ähnlicher als gedacht
Bislang unbekannte Funktionen von Genen entdeckt

pug — Ein wichtiger Schritt in der Entwicklung eines Embryos ist die Achsenbildung. Dabei wird festgelegt, auf welcher Seite der Kopf und auf welcher Seite das Hinterteil entstehen sollen. Wenn die Achsenbildung nicht richtig abläuft, entstehen Embryonen mit zwei Hinterteilen oder zwei Köpfen. Forscherinnen und Forscher der Universitäten Göttingen und Erlangen-Nürnberg haben nun herausgefunden, dass dieser Prozess bei Insekten und Wirbeltieren weniger unterschiedlich verläuft als bisher gedacht.

In der Tau-Fliege Drosophila gibt die Mutter dem Embryo die Information zur Achsenbildung mit. Sie befestigt Signalmoleküle an den gegenüberliegenden Polen der Eizelle, an denen sich Kopf und Hinterteil entwickeln sollen. Der Embryo muss diese Information dann nur noch auslesen. Bei Wirbeltieren wie dem Menschen dagegen muss der Embryo selbst zur Achsenbildung beitragen, indem er am künftigen Hinterteil ein sogenanntes Wnt-Signalzentrum ausbildet. Daher dachte man bisher, dass die Achsenbildung von Insekten und Menschen völlig unterschiedlich abläuft.

Reismehlkäfer
 
Der Reismehlkäfer verfügt über insgesamt rund 16.000 Gene. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben bislang etwa 8.000 davon untersucht.Foto: Univ./Gregor Bucher

Göttinger und Erlanger Wissenschaftler haben systematisch das Genom eines zweiten Insekts, des Reismehlkäfers Tribolium castaneum, untersucht. Dieser verfügt über insgesamt rund 16.000 Gene. Die Forscher schalteten jeweils eins von bislang 8.000 Genen aus und beobachteten dann die Entwicklung der defekten Embryonen. Eins der Gene heißt „germ-cell less“. Sobald dieses Gen beim Muttertier ausgeschaltet war, bildete der Embryo zwei spiegelbildliche Hinterteile aus. „Dieser Befund war völlig unerwartet, weil das entsprechende Gen beim Fliegenembryo an der Entwicklung der Keimzellen am Hinterende beteiligt ist – ein komplett anderer Prozess“, erklärt der Erstautor der Studie, Dr. Salim Ansari von der Abteilung Evolutionäre Entwicklungsgenetik der Göttinger Fakultät für Biologie und Psychologie.

Im Mehlkäfer braucht die Mutter „germ-cell less“, um ein Signalmolekül in die Eizelle zu pumpen. Dieses Molekül sorgt dann indirekt dafür, dass am Hinterende des Embryos ein Wnt-Signalzentrum entsteht – ähnlich wie bei Wirbeltieren. Ebenso wie beim Wirbeltier reichen die Signale der Mutter für die Achsenbildung nicht aus, sondern der Käfer-Embryo muss selbst beitragen, die Signalzentren zu bilden. „Natürlich unterscheidet sich die Entwicklung der Insekten trotz allem stark von der der Wirbeltiere, aber die Entwicklung der Fliege scheint doch für Insekten nicht sehr typisch zu sein“, sagt Projektsprecher Prof. Dr. Gregor Bucher von der Göttinger Abteilung Entwicklungsbiologie. „Es ist schon erstaunlich, wie schnell die Evolution vorhandene Gene in einem völlig neuen Kontext verwendet – ähnlich wie man das gleiche Werkzeug auf verschiedenen Baustellen verwenden kann“, ergänzt Prof. Dr. Martin Klingler von der Universität Erlangen-Nürnberg.

Die Studie ist Teil des Projekts „iBeetle“, in dem das Genom des Reismehlkäfers erforscht wird. Der Reismehlkäfer ist neben der Tau-Fliege das zweite Insekt, das vollständig untersucht wird. Neben grundlegenden Erkenntnissen über die Entwicklung des Käfers entdeckten die Wissenschaftler auch bislang unbekannte Funktionen von Genen, die beispielsweise eine Rolle in der Schädlingsbekämpfung oder bei der Produktion von Bio-Diesel spielen könnten. Die Daten des iBeetle-Projekts sind weltweit frei zugänglich, damit auch andere damit arbeiten können. →http://ibeetle.uni-goettingen.de
Veröffentlicht in: Proceedings of the National Academy of Sciences 2018. Doi: 10.1073/pnas.1716512115.
Kontakt: Prof. Dr. Gregor Bucher, Telefon 39-5426, gbucher1@gwdg.de

 

Nachhaltige Bioenergieversorgung
Praxisbezogene Studienergebnisse
Alle Akteure müssen einbezogen sein

pug — Mehr als fünf Jahre hat ein interdisziplinär arbeitendes Forscherteam an der Universität Göttingen die Chancen und Risiken der Bioenergie im Kontext einer nachhaltigen Entwicklung untersucht. Die Ergebnisse dieser Forschung wurden nun unter dem Titel „Bioenergie im Spannungsfeld – Wege zu einer nachhaltigen Bioenergieversorgung“ veröffentlicht. Die Untersuchungen zeigen, wie die Produktion und die energetische Nutzung der Biomasse mit den Anforderungen des Klimaschutzes, der Biodiversität, des Landschaftsschutzes sowie der Nahrungsmittelversorgung, aber auch mit ökonomischen Aspekten in Einklang zu bringen sind. Die Forschung stützt sich auf den ländlichen Raum Niedersachsen, stellt jedoch auch Bezüge zur Gesamtsituation in Deutschland her.

Zunächst schätzten die Forscherinnen und Forscher das globale, in Deutschland und in Niedersachsen verfügbare bioenergetische Potenzial ein. Daneben führten sie die Aussagen von Regierungsvertretern zur angestrebten Entwicklung der Bioenergie in Niedersachsen und Deutschland zusammen. Argumente pro und contra Bioenergie, ihre Chancen und Rahmenbedingungen diskutierte das interdisziplinäre Team nicht nur im eigenen Kreis, sondern ergänzte die Befunde auch durch Befragungen und in gemeinsamen Beratungen mit Landwirten und Betrieben in Niedersachsen.

Okeraue
Okeraue südlich von MeinersenFoto: Raycer

Die Forscher kamen zu dem Ergebnis, dass es für eine erfolgreiche Umsetzung von Bioenergie-Projekten entscheidend ist, dass alle Akteure und Perspektiven in die Planungs- und Entscheidungsprozesse miteinbezogen werden. Deshalb erarbeiteten sie Methoden zur Unterstützung solcher Entscheidungsprozesse und Lösungsansätze zur Minimierung von Problemen auf lokaler wie regionaler Ebene. Sie zeigen Wege auf, wie Energiepflanzen zum Artenreichtum beitragen können, wie verschiedene Akteure konsensorientiert zusammengeführt und Dorfbewohner in Entscheidungen integriert werden können. Zudem beschreiben sie, wie kostenintensive Nahwärmenetze wirtschaftlich betrieben werden können und welche ökonomischen Auswirkungen daraus für die Landwirte und Betriebe resultieren.

„Es ist möglich, auf belasteten Flächen, wie zum Beispiel im Bereich der Oker- oder Innerste-Aue nördlich des Harzes oder entlang der großen Flüsse, Energiepflanzen anzubauen, die nur wenig Schadstoffe aufnehmen. So können diese Flächen wieder genutzt und die Flächenkonkurrenz entlastet werden“, berichtet der Umweltgeowissenschaftler Prof. Dr. Hans Ruppert vom Interdisziplinären Zentrum für Nachhaltige Entwicklung sowie vom Geowissenschaftlichen Zentrum der Universität Göttingen, der den Forschungsverbund leitete. „Wir zeigen auch, wie Emissionen von Schadstoffen bei der Verbrennung von Holz minimiert werden können, was einen deutlichen Pluspunkt für die Gesundheit darstellt.“

Der Forschungsverbund wurde getragen von verschiedenen Fachrichtungen der Universität Göttingen (Geowissenschaften, Geographie, Produktion und Logistik, Psychologie, Agrarökonomie und rurale Entwicklung), der Universität Hannover (Umweltplanung), dem Helmholtz Zentrum München (Comprehensive Molecular Analytics) und der Hochschule Harz (Wirtschaftswissenschaften) sowie von zahlreichen Mitwirkenden in verschiedenen Landkreisen Niedersachsens. Die Publikation bildet den Abschluss des Verbundvorhabens „Nachhaltige Nutzung von Energie aus Biomasse im Spannungsfeld von Klimaschutz, Landschaft und Gesellschaft", das vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur gefördert wurde.
Ruppert, Hans, und Jens Ibendorf (Hrsg.): Bioenergie im Spannungsfeld – Wege zu einer nachhaltigen Bioenergieversorgung. Göttingen 2017, 464 Seiten. Das Buch kann über den folgenden Link frei heruntergeladen werden:Weitere Informationen
Kontakt: Prof. Dr. Hans Ruppert, Telefon: 39-9701, hrupper@gwdg.de

 

Nanoskopie
Welt der Synapsen wird transparenter
Zellulären Prozessen „bei der Arbeit“ zuschauen

umg/cnmpb/MPI-BPC — Durchbruch bei der Erforschung der Signalwege: Göttinger Wissenschaftler entwickeln höchstauflösende Messungen der Kalziumkonzentration und entschlüsseln die Zahl und Funktion von Kalziumkanälen an der Synapse.

Die elementaren Prozesse des Lebens finden in den Zellen unseres Körpers auf sehr kleinem Raum im Bereich zwischen Millionstel (Mikro) und Milliardstel (Nano) Metern statt. Ein Beispiel ist die Signalübertragung an Synapsen, den Kontaktstellen, über die Nervenzellen miteinander „sprechen“. Um diese Signale beobachten zu können, haben Wissenschaftler der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) sowie des Max-Planck-Instituts (MPI) für biophysikalische Chemie erstmals die von Chemie-Nobel­preisträger Prof. Dr. Stefan Hell, Direktor am Max-Planck-Institut für biophysikalische Chemie, und Kollegen entwickelte optische Nanoskopie für höchstauflösende Messungen der lokalen Kalziumkonzentration in Synapsen nutzbar gemacht.

Hörorgan-Synapsen
 
Ausschnitt des Hör-Sinnesorgans mit einer Reihe innerer und drei Rei-hen äußerer Haarsinneszel-len, die mit ca. 250-facher Vergrößerung sichtbar ge-macht wurden. In einer einzelnen inneren Haarzelle wurden die Synapsen mar-kiert (ca. 1500-fache Vergrö-ßerung). Schließlich wurde das Kalziumsignal einer einzelnen Synapse mittels eines fluoreszenten Kalzium-farbstoffs sichtbar gemacht (grün) und die Konzentration der Kalziumionen gemessen (Montage; Farbpalette, ca. 50.000-fache Vergrößerung).Foto: UMG/MPI

Wann bei der Übertragung von Signalen an Synapsen Botenstoffe, wie zum Beispiel Glutamat, aus einzelnen „Boten­stoff-Con­tainern“, den synaptischen Vesikeln, freigesetzt werden, wird durch Kalziumionen gesteuert. Die Kalziumionen strömen durch winzige Kanäle, die nur wenige Nanometer von den Vesikeln entfernt liegen, in die Zelle ein. Folglich sind die Kalziumsignale räumlich sehr begrenzt, sie bilden sogenannte „Kalzium-Nano­domänen“. Dies ermöglicht eine sehr schnelle Regulation der Signale. Zudem schützt es die Zelle vor den giftigen Auswirkungen einer zellweiten Erhöhung der Kalziumkonzentration. Bislang konnten diese Signale nicht direkt vermessen werden, weil ihre Ausdehnung unterhalb der Auflösungsgrenze konventioneller Lichtmikroskopie liegt.

Die erste Anwendung dieser Methode erfolgte in sensorischen Haarzellen des Innenohres. Hier bilden Kalziumkanäle kleine Ansammlungen – sogenannte Cluster – an den Synapsen. Dort beobachteten die Göttinger Wissenschaftler Kalziumsignale, deren räumliche Ausdehnung gut mit der zuvor bestimmten räumlichen Verteilung der Kalzium­kanal-Cluster übereinstimmte. Dabei zeigte sich, dass die Länge der Cluster stark variiert: von rund 100 bis 450 Nanometern. Die Forscher setzten zwei neuartige optische Verfahren ein, mit denen sie die Kalziumkanäle in den Clustern zählen konnten. Dabei entdeckten sie, dass diese Zahl von Synapse zu Synapse zwischen 30 und 300 Kanälen schwankt. Die Clusterlänge scheint demnach mit der Zahl der Kanäle zu variieren, womit auch die „Stärke“ der Synapse geregelt wird. Die Wissenschaftler schlussfolgern daraus: Die Haarzellen bilden verschieden „starke“ Synapsen aus, um auf diese Weise eine größere Bandbreite an Information an den Hör-Nerv übertragen zu können. Dr. Jakob Neef vom Institut für Auditorische Neurowissenschaften der UMG sagt: „Biologische Variabilität hat in diesem Fall einen konkreten Mehrwert für das Hören: Synapsen mit verschiedenen Kalzium­signal-Eigen­schaften teilen sich hier offenbar die Arbeit, Schall in Nervensignale umzuwandeln, um die gesamte Bandbreite der Schalleindrücke von leise bis laut abdecken zu können.“

Mit diesem neuen optischen Verfahren können die Wissenschaftler nun den auf der Nano­meter-Skala stattfindenden zellulären Prozessen in einem lebenden Gewebe regelrecht „bei der Arbeit“ zuschauen. Das neue Verfahren ermöglicht das bildliche „Hineinzoomen“ von der Beobachtung des ganzen Organs hinunter bis auf die Zellebene, hin zu einzelnen Synapsen und schließlich auf die Ebene der synaptischen Kalziumkanäle. Die hier entwickelten optischen Methoden und ihre Kombination mit dem Patch-Clamp-Ver­fahren stehen nun auch anderen Anwendungen der Lebenswissenschaften und Medizin zur Verfügung. Dr. Nicolai Urban vom MPI für biophysikalische Chemie sagt: „Physiologische Untersuchungen mittels der optischen Nanoskopie helfen, die kleinsten Funktionseinheiten unseres Körpers aufzuklären“. So sollen sie etwa nun auch eingesetzt werden, um Kalzium-Nano­domänen in Herzmuskelzellen zu entschlüsseln.
Veröffentlicht in: Nature Communications, Jan. 2018.
Kontakt: Prof. Dr. Tobias Moser, Telefon 3922837, tmoser@gwdg.de

 

Agrarwissenschaften
Ersatz für Sojaschrot als Tierfutter

pug — Schweine und Masthähnchen können nur gesund aufwachsen, wenn sie optimal ernährt werden. Dabei spielt insbesondere die Proteinversorgung eine herausragende Rolle. In Deutschland stammt ein Großteil des Futterproteins aus Soja-Importen. Wissenschaftler der Universität Göttingen erforschen zurzeit, ob und wie Soja durch Insekten- oder Algenmehle ersetzt werden kann. Erste Ergebnisse haben gezeigt, dass die Tiere das neue Futter gut annehmen und verwerten können. Was die Forscher nicht erwähnen: dass zu einem gesunden Aufwachsen nicht nur das Futter, sondern auch die Tierhaltung gehört.

Massentierhaltung
Sojaschrot allein macht’s nichtFoto: GULLI.ver

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ersetzten das Sojaextraktionsschrot im Futter von Masthähnchen und Schweinen zu 50 bis 100 Prozent durch teilentfettetes Larvenmehl der schwarzen Soldatenfliege (Hermetica illucens) oder das Mehl der blau-grünen Mikroalge (Spirulina platensis). „Beide alternativen Proteinquellen sind aus ernährungsphysiologischer Sicht grundsätzlich geeignet, um einen großen Teil des Import-Sojas im Futter für Masthähnchen und Schweine zu ersetzen“, erläutern Susanne Velten und Carmen Neumann von der Abteilung Tierernährungsphysiologie. „Nun geht es darum, die Akzeptanz des Futters, dessen Nährstoffverdaulichkeit und Proteinqualität genau zu bewerten.“

Darüber hinaus wollen die Forscher/innen überprüfen, wie weit sich die Proteinqualität durch die Ergänzung einzelner Futteraminosäuren noch verbessern lässt. Algenproteine sind bereits seit 2001 als Futtermittel für Tiere einsetzbar, Insektenproteine in der Europäischen Union bislang nur im Fischfutter zugelassen. Die Versuche sind Teil des Projekts „Sustainability Transitions in der Lebensmittelproduktion: alternative Proteinquellen in soziotechnischer Perspektive“. Weitere Informationen und Veröffentlichungen zum Thema sind im Internet unter www.uni-goettingen.de/sustrans zu finden.
Kontakt: Susanne Velten, Carmen Neumann, Telefon 39-33334, susanne.velten@agr.uni-goettingen.de

 

 

 
             
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