Artikel zur Kategorie Forschungsergebnis

Wie die Eroberung des Landes durch Pflanzen vor 450 Millionen Jahren vor sich ging, ist noch nicht geklärt. Um herauszufinden, ob die Fähigkeit der Pflanzen mit Pilzen Symbiosen auszubilden, den Landgang begünstigte, hat ein internationales Team die Genome von zehn Grünalgen und primitiven Landpflanzen miteinander verglichen. Dazu analysierte es, in welchem der 259 Transkriptome ein bestimmter Schlüsselregulator zu finden war. Dieser Schlüssel, die Kalzium- und Calmodulin-abhängige Kinase, ermöglicht erst das Zusammenspiel der beiden so unterschiedlichen Organismen. Wie das Team herausfand, war dieses Schlüsselenzym bereits vorhanden, bevor die ersten Pflanzen das Land eroberten. Demzufolge war der jüngste gemeinsame Vorfahre von Landpflanzen und Grünalgen bereits auf symbiontische Interaktionen mit Pilzen eingerichtet, schildert das Team im Fachjournal PNAS (doi: 10.1073/pnas.1515426112). Das UK's Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) hat ein Video dazu auf YouTube veröffentlicht.
Quelle: PNAS (engl.)
zum  Video des BBSRC

In einem Vulkancanyon auf La Palma (Kanarische Inseln) entdeckten Kölner Algenforscherinnen und –forscher gemeinsam mit spanischen Kollegen eine neue Grünalgengattung. Sie stellen Barranca multiflagellata im American Journal of Botany vor, die das wechselhafte Habitat am Vulkan besiedelt, in dem sich Überflutung und Dürre abwechseln. Die neue Alge eignet sich daher für das Studium von Anpassungen an die semiterrestrische Lebensweise, in der Organismen enorme Schwankungen in der Umwelt ausbalancieren müssen.
Quelle: Am. J. Botany (engl.)

Mehrmals hat sich die Erde in der Vergangenheit in einen Schneeball verwandelt. Die Ozeane gefroren teilweise zu Eis, die Landmassen verschwanden unter Schneedecken, selbst in Äquatornähe herrschte Winter. Jetzt haben Forschende unerwartete Mittäter für zumindest eine der globalen Eiszeiten ausgemacht: Algen. Die Einzeller trugen vermutlich dazu bei, dass sich viel mehr Wolken bildeten, die das Sonnenlicht zurück ins All reflektierten. Dadurch kühlte die Erde ab. Christian Hallmann, der am Max-Planck-Institut für Biogeochemie in Jena und am Zentrum für Marine Umweltwissenschaften (MARUM) in Bremen forscht, hat gemeinsam mit Georg Feulner und Hendrik Kienert vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung diese Theorie im Fachblatt Nature Geoscience veröffentlicht.
Quelle: MPG

Forschende haben auf einer Expedition in der Arktis drei neue Arten von Kieselalgen entdeckt. Der Fund erfolgte eher zufällig als die Wissenschaftler um Prof. Ulf Karsten vom Lehrstuhl für angewandte Ökologie und Phykologie der Universität Rostock auf Spitzbergen in der Arktis feststellten, dass viele Algen der Wissenschaft noch völlig unbekannt sind. Die neu entdeckten Mikroalgen identifizierte er gemeinsam Dr. Regine Jahn vom Botanischen Garten der Freien Universität Berlin, einer hoch anerkannten Kuratorin für Kieselalgen. Sie machte sich an die Arbeit, untersuchte die Proben molekularbiologisch und elektronenmikroskopisch. Dann stand unumstößlich fest: Die Rostocker haben tatsächlich drei neue Kieselalgen auf Spitzbergen entdeckt, die sie nach ihrer Universität, ihrer Entdeckerinnen, Jana Wölfel, und nach dem Fundort benannten. Sie heißen: Grammonema rostockensis, Halamphora woelfeliae und Navicula kongfjordensis. Über sie berichtet das Forscherteam aktuell im Fachjournal Polar Biology (doi:  10.1007/s00300-015-1683-2). Die Rostocker untersuchen in den Bodenkrusten rund um den Kongsfjord auf Spitzbergen unter anderem wie sich der Klimawandel auf die vielen dort lebenden Arten auswirkt und welche die Verlierer und wer die Gewinner der Umweltänderungen sind.
Quelle: Uni Rostock

Die zu den Mikroalgen zählenden Diatomeen traten vor etwa 40 Millionen Jahren ihren Aufstieg zu einem der wichtigsten Produzenten von Biomasse an. Was sie so erfolgreich werden ließ, hat nun ein internationales Forscherteam anhand von Meeresbodenablagerungen in Kombination mit Computersimulationen untersucht. In ihrer im Fachjournal PNAS erschienenen Studie beschreiben sie den Zusammenhang zwischen der Erosion silikathaltiger Gesteine an Land und dem evolutionären Erfolg der marinen Diatomeen. An der Studie waren Forschende vom Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (MARUM) beteiligt.
Quelle: MARUM

Einem Forscherteam um Wolfgang Baumeister vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried ist es gelungen, das Innenleben eines Chloroplasten lebensecht als 3D-Struktur abzubilden. Mit der Methode der Kryoelektronentomographie konnten sie hochauflösende dreidimensionale Bilder erzeugen, die dem Innenleben der intakten Zelle entsprechen. Mit dieser Technik haben sie das Innere von Chloroplasten der Alge Chlamydomonas reinhardtii dreidimensional untersucht und konnten neue Details zu deren Anordnung und Funktionsweise offenlegen. „Die Ergebnisse sind die ersten dieser Art und ermöglichen uns, neue Einblicke in den Mechanismus der Photosynthese zu erlangen“, sagt der Erstautor der Studie Benjamin Engel, die im Fachjournal eLife erschien.
Quelle: MPI für Biochemie

Artikel inkl. Video direkt bei eLife

Ein deutsches Forschungsteam verglich die Kieselalgen in den Flüssen Oder und Lausitzer Neiße systematisch mit klassischen und modernen Bestimmungsmethoden. Die moderne Bestimmung der Kieselalgenarten mittels DNA-Barcoding ist demzufolge fast dreimal so genau wie eine sehr detaillierte morphologische Untersuchung: Während molekulargenetisch 270 Taxa (d.h. Arten und Unterarten) entdeckt wurden, konnten morphologisch nur 103 Taxa identifiziert werden. Kieselalgen werden routinemäßig als Bioindikatoren innerhalb der EU-Wasserrahmenrichtlinie zur Bestimmung der Gewässergüte untersucht. Die Untersuchung wird entscheidende Auswirkung für die Gewässergüteanalyse in Europa haben. Die verblüffenden Ergebnisse wurden gerade online in der Zeitschrift Molecular Ecology Resources veröffentlicht. Beteiligt waren Forscherinnen und Forscher des Botanischen Gartens und Botanischen Museums Berlin-Dahlem (BGBM) der Freien Universität Berlin, des Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, der Universität zu Köln und der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Quelle: BGBM

In den Proceedings der US-amerikanischen Akademie der Wissenschaften (PNAS) berichtet ein internationales Forschungsteam von überraschenden Vorgängen im Ozean: Als sich die Erde am Ende der letzten Eiszeit erwärmte, nahmen die Wachstumsraten des pflanzlichen Planktons im Nordost-Pazifik ab. Dennoch wurde mehr Überreste der mikroskopisch kleinen Pflanzen am Meeresboden abgelagert. In ihrem Artikel klären die Forschenden das scheinbare Paradoxon auf und zeigen seine Bedeutung für unsere Klimazukunft auf, meldet das Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen (MARUM).

Quelle: MARUM

Autophagy in Algae
Authors: M.E. Pérez-Pérez and J.L. Crespo

Learning new tricks from an old cycle: the TCA cycle in cyanobacteria, algae and plants
Authors: S. Zhang and D.A. Bryant

Complex plastids of chlorarachniophyte algae
Author: Y. Hirakawa

Cell death in algae: physiological processes and relationships with stress
Authors: J.A. Berges and C.J. Choi

The cyanobacteria: morphological diversity in a photoautotrophic lifestyle
Authors: E. Flores and A. Herrero

Eine neue Studie zur natürlichen Eisendüngung im Südpolarmeer zeigt, dass zusätzliches Eisen die Wirksamkeit der sogenannten biologischen Pumpe, die Kohlendioxid aus den oberen Wasserschichten in die Tiefsee transportiert, reduziert. Wie ein internationales Forscherteam um Dr. Ian Salter vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) herausfand, bedingt die Eisendüngung, dass sich neben Phytoplankton auch Kalkschalen bildende Meeresbewohner vermehren, welche sich von den Algen ernähren. Diese Tiere setzen Kohlendioxid frei, wenn sie ihre Kalkschalen bauen. Wachsen und sterben diese Lebewesen in einem Meeresgebiet mit einem hohen natürlichen Eiseneintrag, werden dort bis zu 30 Prozent weniger Kohlendioxid in die Tiefsee verfrachtet als bisher angenommen. Ein wichtiger Effekt: Wird er ignoriert, hieße das, man überschätzt, wie viel Kohlendioxid der Ozean bei Eisendüngung speichern kann. Die Studie erscheint im Fachmagazin Nature Geoscience.

Quelle: AWI

Die Diatomeen-Forschungsgruppe im Botanischen Garten und Botanischen Museum Berlin-Dahlem (BGBM) der Freien Universität Berlin hat vier neue Kieselalgen-Arten entdeckt. Sie fand sie zufällig bei der Erstellung eines neuen, standardisierten Ablaufs für eine Referenz-Datenbank für Kieselalgen. Dazu hatte ein Team um Dr. Regine Jahn stichprobenartig die Kieselalgen von elf verschiedenen Gewässerstandorten in Berlin untersucht. Die verblüffenden Ergebnisse sind in der Open-Access-Zeitschrift PLoS ONE veröffentlicht. Der standardisierte Ablauf für die Erarbeitung einer Referenz-Datenbank wird große Auswirkungen auf die Arbeitsweise von Wissenschaftlern aller Organismengruppen beim DNA-Barcoding haben, der Analyse eines kurzen Abschnitts ihrer Erbinformation, ähnlich dem Produktbarcode im Supermarkt.

Quelle: BGBM

Extrakte von Braunalgen könnten gegen die Infektion des Menschen mit dem Immunschwächevirus HIV-1 wirksam sein. Ein internationales Forscherteam ließ Extrakte der Braunalge Lobophora auf menschliche Zellkulturen einwirken und stellte fest, dass die Viren nicht mehr in die Wirtszellen eindringen konnten, um sich dort zu vermehren. An der im Fachjournal Plos one erschienenen Studie des Forscherteams war der Riffökologe Christian Wild vom Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT) beteiligt.

Quelle: ZMT

Der Blasentang (Fucus vesiculosus) ist eigentlich eine der wichtigsten Braunalgenarten im nordatlantischen Raum. In der Ostsee gehen die Bestände aber seit Jahren zurück. Auf der Suche nach den Gründen haben Biologen des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel jetzt Abwehrmechanismen des Blasentangs gegenüber bakteriellen Schädlingen analysiert. Das überraschende Ergebnis: Die Abwehr erwies sich auch bei Umweltveränderungen als überaus robust. Dabei fanden die Kieler Forscher außerdem heraus, dass die gleichen Stoffe, die schädliche Bakterien abwehren, andere für den Blasentang nützliche Bakterien anlocken. Die Studie erschien im Online-Wissenschaftsjournal Plos one.

Quelle: GEOMAR

Kieselalgen spielen für die Wasserqualität und für das Weltklima eine wichtige Rolle. Sie erzeugen einen großen Teil des Sauerstoffs in der Erdatmosphäre und bewerkstelligen etwa ein Viertel der globalen CO₂-Assimilation. Ein entschiedener Faktor dabei sind ihre Lichtrezeptoren. Forschende der Universität Leipzig und des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung haben nun herausgefunden, dass die Art des Lichts den Kohlenstofffluss in den Algen steuert. „Wir konnten nun erstmals zeigen, dass Lichtrezeptoren, die die Intensität des blauen oder des roten Lichts messen können, nicht nur die Gentranskription verändern, sondern direkt die Aktivität von Enzymen im Stoffwechsel steuern,“ sagt Prof. Dr. Christian Wilhelm, Leiter der Abteilung Pflanzenphysiologie an der Universität Leipzig. Ihre Ergebnisse haben die Forschenden kürzlich in der Online-Fachzeitschrift Plos one veröffentlicht.

Quelle: Uni Leipzig

Cyanobakterien betreiben Fotosynthese, gewinnen dadurch Energie und produzieren Sauerstoff. Zu viel Sonnenstrahlung kann jedoch die empfindlichen Fotosynthesesysteme der Zellen zerstören. Bislang nahm man an, dass vor allem Signalsysteme, die aus Proteinen bestehen, solche komplexen Regulationsprozesse in den Cyanobakterien steuern. Die Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Annegret Wilde und Prof. Dr. Wolfgang Hess vom Institut für Biologie III der Universität Freiburg haben nun gezeigt, dass die Natur dieses Problem mithilfe des spezialisierten RNA-Moleküls PsrR1 löst. Es besteht aus nur 131 Nukleotiden und ist somit fünf- bis zehnmal kleiner als durchschnittliche mRNA-Moleküle. PsrR1 übernimmt eine zentrale Funktion beim Umbau des Fotosyntheseapparates, wenn zu viel Licht auf die Zellen auftrifft. Die Forschungsergebnisse wurden im Fachjournal The Plant Cell veröffentlicht.

Quelle: Uni Freiburg

Cryptophyten, komplexe einzellige Algen, haben ihre Lichterntemechanismen im Lauf der Evolution stark an ihre Umgebung angepasst und können daher auch grünes Licht nutzen. Forschende um Prof. Dr. Nicole Frankenberg-Dinkel von der Ruhr-Uni Bochum (RUB) decken erstmals Gemeinsamkeiten und Unterschiede beim Zusammenbau der Lichterntekomplexe der Cryptophyte Guillardia theta im Vergleich zu Cyanobakterien und Rotalgen auf. Sie gewannen dabei Einblicke in die komplexe Biosynthese cryptophytischer Phycobiliproteine und veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Journal of Biological Chemistry.

mehr bei der RUB

und ausführlich beim idw

Forschende haben die viralen Infektionsmechanismen bei der Meeresalge Emiliania huxleyi aufgeklärt, die zwar winzig ist, aber trotzdem das Weltklima beeinflusst (und daher von der Sektion Phykologie zur Alge des Jahres gekürt wurde): Das Team um Prof. Dr. Georg Pohnert von der Uni Jena hat jetzt gemeinsam mit Forschenden des Weizman Instituts in Israel das komplexe Zusammenspiel untersucht. Im Fachmagazin The Plant Cell beschreiben sie erstmals die molekularen Mechanismen der Virus-Algen-Beziehung: schon eine Stunde nach Beginn der Infektion haben die Viren den Stoffwechsel der Algen komplett umgekrempelt, sie produzieren dann verstärkt bestimmte Sphingolipide, die die Viren zur Vermehrung brauchen. Nach wenigen Stunden platzen die infizierten Algen und setzen je etwa 500 neue Viren frei. Damit widerlegte das Forscherteam auch die bislang geltende Ansicht, nach der der Nahrungskreislauf im Meer wie eine lineare Kette sei. Bislang dachte man, Algen, die Sonnenenergie speichern und CO₂ binden, wären die Nahrungsgrundlage für kleine Tiere und Fische, die wiederum von größeren Fischen gefressen werden. Doch durch die Viren komme es zu einer Art „Kurzschluss“ in dieser Kette: "Die Viren zweigen so einen substanziellen Teil des gesamten fixierten Kohlenstoffs aus der bislang bekannten Nahrungskette ab und speisen daraus Bakterien in der Tiefsee", erläutert Pohnert.

Quelle: Uni Jena

Manche Algenarten und manche Pflanzen betreiben keine Photosynthese und haben dann teils auch kein Plastiden-Genom. Wie sie diesen Teil des Genoms verlieren, ist zwar noch nicht restlos aufgeklärt. Eine aktuelle Studie stellt nun die Alge Polytomella vor, die als erstes gut analysiertes Beispiel dafür stehen kann, dass eine Alge tatsächlich kein Chloroplasten-Genom hat. Das ist erstaunlich, denn bislang ging man davon aus, dass die Chloroplasten-DNA auch ohne Photosynthese für die Pflanze unverzichtbar sei. Über diese Entdeckung berichten amerikanische Forschende im Fachjournal Plant Physiology.

Quelle: Plant Physiology

Ein Team um den Algenforscher Michael Schagerl und den Virenökologen Peter Peduzzi von der Universität Wien fand die Ursache für das massenhafte Verschwinden der in den Sodaseen des ostafrikanischen Rift Valley lebenden Flamingo-Populationen. Hauptnahrung der Flamingos sind Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt. Werden die Blaualgen von Viren befallen - was von Zeit zu Zeit geschieht - verschwinden damit auch hunderttausende Flamingos. Die Wissenschaftler publizierten die Ergebnisse des von ihnen untersuchten Kaskadeneffekts in der Fachzeitschrift The ISME Journal, das zur Nature Publishing Group gehört.

Quelle: Uni Wien

Wissenschaftlern der Universität Göttingen ist es gelungen, die Entwicklung des Meereises in der Arktis erstmals bis ins Mittelalter zurück zu verfolgen. Ein Team aus deutschen, US-amerikanischen und kanadischen Wissenschaftlern entdeckte bei Tauchgängen in der Arktis auf dem flachen Meeresgrund Rotalgen, die dort seit 650 Jahren wachsen und dabei jährlich baumringartige Strukturen bilden, anhand derer sich die Entwicklung der darüber liegenden Eisschicht verfolgen lässt. Die Ergebnisse über die Kalk bildende Rotalgenart Clathromorphum compactum, wurden in der Fachzeitschrift PNAS veröffentlicht. Wie sie herausfanden, schmilzt die Eisdecke in der Arktis seit Mitte des 19. Jahrhunderts kontinuierlich. Bislang reichten die Daten von Satelliten lediglich bis in die späten 1970er-Jahre zurück.

Quelle: Uni Göttingen

Wenn die Sonne scheint, kurbeln Mikroalgen wie Chlamydomonas reinhardtii ihren Stoffwechsel durch Fotosynthese an. Ist es dunkel, stellen die Einzeller ihren Stoffwechsel auf Zellatmung um, die bei uns Menschen die einzige Möglichkeit ist, effizient lebenswichtige Energie herzustellen. Diese Zellatmung aber benötigt Sauerstoff, der im Erdboden, wo die Alge mitunter lebt, Mangelware ist. Chlamydomonas geht dann die Luft aus. Gemeinsam mit Kollegen der University of California Los Angeles und der Michigan State University berichten Forschende der Ruhr-Uni Bochum (RUB) in der Zeitschrift The Plant Cell in einem Large Scale Biology-Artikel, wie sich das genetische Programm der Grünalge unter dieser Stressreaktion verändert.

Quelle: RUB

Der Schlag von Geißeln ist ein Grundprinzip wie sich Organismen fortbewegen. Wie sie aber mehrere der kleinen Zellschwänze synchronisieren, war bislang ungeklärt. Dresdner Forschende vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und vom Institut für Physik komplexer Systeme haben nun zeigen können, wie die Grünalge Chlamydomonas ihre beiden Schwimmarme durch eine raffinierte Wackelbewegung im Gleichtakt hält. Dazu erarbeiteten die Forschenden erst ein theoretisches Modell, dass sie dann in Experimenten mit dem Mikro-Brustschwimmer belegen konnten: Geraten die beiden Schwimmarme einmal außer Takt, beginnt die Zelle zu wackeln. Dadurch verlangsamen oder beschleunigen sich wiederum deren Schwimmzüge. Der daraus resultierende Synchronisations-Mechanismus beruhe allein auf der Kopplung zwischen den beiden Bewegungen, der des Körpers und der der Geißeln; spezielle Sensoren oder chemische Signale seien nicht nötig, schreiben die Forschenden in der Zeitschrift PNAS.

Quelle: MPG

Max-Planck-Forscher aus Bremen und ihre niederländischen Kollegen haben jetzt nachgewiesen, wie Viren die Freisetzung organischer Verbindungen aus der Alge Phaeocystis globosa regulieren. Sie berichten jetzt im angesehenen ISME-Journal.
Phaeocystis globosa ist eine Algenart, die giftige Algenblüten an den Küsten der Nordsee hervorruft. Wenn die Algen am Ende der Blüte absterben, führt dies zu einer massiven Freisetzung von organischer Materie, was wiederum das Wachstum bestimmter Bakterienarten stimuliert, die auf Kohlenstoffverbindungen angewiesen sind (Heterotrophe gamma- und alpha-Proteobakterien) und damit den biogeochemischen Kohlenstoffkreislauf beeinflussen.

Quelle: MPI

565 Tausend Tonnen Kohlenstoff bindet die Lebensgemeinschaft der Abrolhos-Bank im Meer vor der Küste Brasiliens jeden Tag. Mikrobiologen belegten damit die enorme Leistungsfähigkeit dieses Ökosystems, das auf Rhodolithen basiert, freilebenden, krustenbildenden Rotalgen. Das internationale Team vermaß darüber hinaus die Photosyntheseleistung des Holobionten und analysierte die in den Algenkrusten vorkommenden Bakteriengemeinschaften. Diese stellten sie am 29. August in der Zeitschrift ISME vor, dem Fachmagazin der Internationalen Gesellschaft für Mikrobiologische Ökologie.

mehr bei ISME
doi: 10.1038/ismej.2013.133

Der Protein-Aufbau im Phytoplankton steigt enorm, wenn die Temperatur des Meeres im Zuge des Klimawandels steigt. Das hat ein internationales Team mit einer Kombination diverser Techniken und Computersimulationen herausgefunden. Gleichzeitig verändert sich das Verhältnis von Stickstoff zu Phosphat, sodass die Wissenschaftler von einem zunehmenden Stickstoffmangel im Meer ausgehen. Dieser bislang unterschätzte Einfluss der Temperatur auf die Nährstoffverteilung und marine Stöchiometrie werde die großen biogeochemischen Zyklen im Meer nachhaltig beeinflussen, wie sie in der Zeitschrift Nature Climate Change am 8. September darlegen. An der Studie beteiligten sich Sektionsmitglied Klaus Valentin vom Alfred-Wegener-Institut sowie Thomas Mock von der University of East Anglia, im britischen Norwich, der die Alge des Jahres 2011 vorstellte.

mehr in Nature Climate Change
doi: 10.1038/nclimate1989

Biologen der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf (HHU) um Prof. Dr. Andreas Weber und Prof. Dr. Martin Lercher sowie das Marburger Sektionsmitglied Prof. Dr. Stefan Rensing berichten gemeinsam mit Forschern der Oklahoma State University in der aktuellen Ausgabe der Zeitschrift Science, wie es die Rotalge Galdieria bewerkstelligte, sich die Gene einer Vielzahl anderer Organismen einzuverleiben, und damit extreme Lebensräume erobern konnte. Die Alge hat Gensequenzen mittels horizontalem Gentransfer kopiert, die andere Organismen für ihre evolutionären Anpassung an extreme Umgebungen entwickelt haben: die Hitze-Unempfindlichkeit schon vor Jahrmillionen von Archaebakterien, die Resistenz gegen Schwermetalle wie Quecksilber und Arsen von Bakterien. „Letztlich ist es Galdieria gelungen, wovon viele Biotechnologen träumen“, erklärt Prof. Weber. „Sie hat Gene aus einer Vielzahl verschiedener Organismen aufgenommen und sich so neue, für den Überlebenskampf wichtige Eigenschaften angeeignet.“

Quelle: HHU