26 Die Sauerstoff-Explosion - MIT BEILAGE SCHULE - Universität zu Köln
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MIT
AG E
BEIL E
L
EMPFINDLICHER SCHU
MEERESBODEN
Die Fischerei mit
Bodenschleppnetzen
stört das ökologische
Gleichgewicht
Die
Sauerstoff-
Explosion
Vor 2,4 Milliarden
Jahren wurde
die junge Erde
IM KÖRPER ENTRÜMPELN bewohnbar
Ein besonderes Protein hält unsere Zellen jung
UMWANDLUNG VON SAKRALBAUTEN
Was passiert, wenn Kirchen nicht mehr Kirchen sind 26
Dezember 2021
UNIMAGAZIN.UNI-KOELN.DE / 6 EURO
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WISSENSCHAFT IM ALLTAG
Was machen Bienen
im Winter?
H
onigbienen, die auf der Suche nach angenehm warme Luft entgegen. Schaut
Nektar von Blüte zu Blüte fliegen – man bei dieser Gelegenheit genau-
ein allgemein vertrautes Bild im er hin, sieht man, dass sich
Sommer. Ein großer Teil der einheimischen alle Bienen zu einer
Blütenpflanzen wird durch die Blütenbesu- dichten Kugel, ei-
che der Bienen bestäubt und kann sich so- ner sogenannten
mit fortpflanzen. Wie sieht das Bienenleben Wintertraube, ver-
aber im Winter aus, wenn es keine Blüten zu sammeln. In dieser Traube ist es im Inne- ES ANTWORTEN DR. JULIAN
bestäuben und keinen Nektar zu sammeln ren am wärmsten, sodass sich die äußeren BÖING UND DR. FABIAN
gibt? Bienen mit den weiter innen sitzenden SEREDSZUS VOM INSTITUT
Anders als Säugetiere oder Vögel kön- abwechseln, wenn es ihnen irgendwann zu FÜR BIOLOGIEDIDAKTIK.
nen Insekten ihre Körpertemperatur in kalt wird und sie deswegen drohen von der
aller Regel nicht durch ihren Stoffwechsel Traube abzufallen.
beeinflussen. Sie sind wechselwarm. Das Die Königin überwintert dabei immer
bedeutet, dass ihre Körpertemperatur der gut gewärmt im Zentrum der Traube, denn
Umgebungstemperatur entspricht. Wech- ohne sie kann das Bienenvolk auf Dauer
selwarme Tiere sind dadurch während der nicht überleben. Honigbienen überwintern
kalten Jahreszeit zu Inaktivität verurteilt, also als ganzes Volk und erzeugen gemein-
ihr Lebenszyklus kommt erst bei steigenden sam die für das Überleben nötige Wärme.
Temperaturen im Frühjahr wieder in Gang. Durch diese einzigartige Fähigkeit nehmen
Bekannter ist dieses Phänomen im Fall sie unter den einheimischen Insekten eine
der Eidechsen, die sich erst durch ihre aus- Sonderstellung ein.
giebigen Sonnenbäder richtig wohl fühlen Um während der kalten Jahreszeit dau-
und im Winter in eine Winterstarre verfal- erhaft heizen zu können, benötigen die
len. Aber heißt das, dass Honigbienen im Bienen viel Energie. Als Brennstoff dient
Winter starr und regungslos in ihren Beuten, hierbei der Honig, der in erster Linie zum
also ihren Behausungen, leben und auf wär- Heizen genutzt wird. Aus ihm gewinnen
meres Wetter warten? Ganz im Gegenteil! die Bienen Energie, die für das wärmende
Bienen sind zwar wechselwarm, können Vibrieren der Brustmuskeln benötigt wird.
aber Wärme erzeugen, indem sie ihre Brust- Der gesammelte Honig wird also weniger
muskulatur vibrieren lassen. In der Gemein- als Nahrung im herkömmlichen Sinne ge-
schaft ist es den Bienen dadurch möglich, nutzt. Aus diesem Grund muss der Imker
auch bei niedrigen Außentemperaturen im auch nach der Honigernte den entnomme-
Winter ihren Stock zu wärmen. nen Honig durch geeignetes energiereiches
Öffnet man in der kalten Jahreszeit eine Futter ersetzen – andernfalls würden die
Beute, um zum Beispiel die Varroamilben- Bienen im Winter erfrieren.
Behandlung durchzuführen, strömt einem
26
2021
I N H A LT
34 Umwandlung von Sakralräumen
Forschungsprojekt untersucht, wie Kirchenge-
bäude sinnvoll nachgenutzt werden können
6 Universität im Bild
Semester Kick-Off
im RheinEnergieSTADION
3 Wissenschaft im Alltag
Was machen Bienen im Winter?
21 Kurznachrichten Wissenschaft
»Hyperauge« aus der Urzeit entdeckt
· Bericht zur Versorgung am Lebensende
· Studie zur Entfremdung zwischen
erwachsenen Kindern und Eltern
22 Fischerei mit Bodenschleppnetzen
Expedition in die Ostsee erforscht
ökologische Auswirkungen
26 Zellulärer Entrümpelungsmechanismus
Ein besonderes Protein hält unsere Zellen jung
Professorin Dr. Beatrix
30 Neuartige Alternsuhr Busse, Prorektorin
für Lehre und Studium,
Methode zur Messung des biologischen Alters
bei der Semestereröff-
entwickelt nung im RheinEnergie-
STADION.
31 Kurznachrichten Universität
Neues Gerichtslabor · Kooperation im Rahmen
von EUniWell · DFG-Förderranking
32 Forschung mal anders
Weggerannt!
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN
NER -
KÖL S
DAS RSITÄT ENLOS
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UN KO
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MA LLEN: -koeln.de
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B E ST s t e l l e @ u n
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p re s
EDITORIAL
Liebe Leser:innen,
dass die Erde für uns bewohnbar ist, verdanken wir
den Bakterien. Sie entwickelten vor circa 2,4 Milliarden
Jahren einen Stoffwechsel, der auf Photosynthese basiert.
Dadurch wird Sauerstoff freigesetzt und es bildete sich
nach und nach unsere heutige, dritte Erdatmosphäre.
16 Wie die Erde bewohnbar wurde
Geologische Spuren vom Anbeginn
Doch es liefen noch andere Prozesse auf der Erde ab, die den
blauen Planeten zu dem formten, was er heute ist.
unseres Planeten liefern Beweise Dass auf der Erde alles zusammenhängt, zeigen auch
Forschungen zu den Auswirkungen der Fischerei mit
Bodenschleppnetzen in der Ostsee. Denn diese Art von
Fischerei produziert nicht nur unerwünschten Beifang.
Sie wirbelt auch den Meeresboden auf, was das
38 Asexuelle Tiere Nahrungsnetz für alle Meereslebewesen ordentlich
Hornmilbenart pflanzt sich durch Klonen fort durcheinander bringt. Welche Rolle gerade die kleinsten
Organismen dabei spielen, erforscht ein Kölner Team.
40 Damals
Die Universitäts- und Stadtbibliothek Auch in unserem Körper sind es die kleinen,
in der Micky Maus unsichtbaren Helfer, die alles zusammenhalten. Zum
Beispiel die Proteine in unseren Zellen. Schon mal was von
42 Homeoffice: Fluch oder Segen? Ubiquitin, Ubiquitinase oder Deubiquitinierung gehört?
Studie untersucht die Auswirkungen Falls nicht, können Sie in dieser Ausgabe erfahren, wie der
der neuen Arbeitskultur zelluläre Entrümplungsprozess unseren Körper jung und
auf Trab hält – und was passieren kann, wenn er
46 KölnAlumni Interview aus dem Lot gerät.
Der Mediziner und Unternehmens-
gründer Nawid Salimi Doch in dieser Ausgabe kommt das Leben nicht nur in
mikroskopisch kleinen Formen vor. Wir freuen uns auch,
48 Ein Vermächtnis für die Wissenschaft dass der Kölner Campus im Wintersemester 21/22 wieder
Wie ein Nachlass oder Erbe der Universität ein bisschen belebter wird. Falls Sie es nicht zur großen
zugutekommen kann Semestereröffnung ins RheinEnergieSTADION
geschafft haben, können Sie in unserer Bilderstrecke einen
50 Universitätsförderung Eindruck davon bekommen, wie die Uni, unter Einhaltung
der Infektionsschutzmaßnahmen, gefeiert hat.
Willkommen zurück!
52 Personalia
Das Redaktionsteam
66 Dinge, die mir wichtig sind
Ein Impfausweis aus einer vergangenen
Zeit
№27
Die nächste Ausgabe
26 des Kölner Universitätsmagazins
2021 erscheint im März 2022.
UNIVERSITÄT IM BILD
12.912 Besucher:innen feiern die Rückkehr zu
mehr Präsenz im RheinEnergieSTADION
S
o was gab es schon lange Moderatorin Anja Backhaus
nicht mehr: auf ein Meer leitete durch das Programm, als
von Menschen blicken und dessen Höhepunkte die Bands
dabei gemeinsam Live-Musik er- Druckluft (Bild) und moop
leben. Beim »Semester-Kick-Off mama auftraten. Im Vorfeld
2021 – gemeinsam wieder zusam- konnten Studierende einen
men!« hat die Uni am 11. Oktober »Markt der Möglichkeiten« be-
im RheinEnergieSTADION das suchen, um sich über Forschung,
Wintersemester 2021/22 einge- Lehre und Transfer sowie die
läutet. Eingeladen waren nicht Fakultäten und verschiedene
nur Erstsemester, sondern alle Einrichtungen an der Uni zu in-
Studierenden – insbesondere die- formieren.
jenigen, die das studentische Le- Möge uns der Spirit des
ben aufgrund der Pandemie noch Semester-Kick-Offs durch die
gar nicht kennenlernen konnten. kommenden Monate tragen.
mit freundlicher Unterstützung von:
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 6
UNIVERSITÄT IM BILD
Die Band DRUCKLUFT aus Bonn: nicht nur Brass-Power,
sondern auch eine Augenweide.
26
2021 7
UNIVERSITÄT IM BILD
HIESSEN DIE STUDIERENDEN HERZLICH WILLKOMMEN: der Geschäftsführer der Kölner Sportstätten Lutz Wingerath,
Prorektorin für Lehre und Studium Professorin Dr. Beatrix Busse, Bürgermeister Dr. Ralf Heinen, Rektor Professor Dr. Axel Freimuth,
AStA-Vorsitzende Eugen Esman und Isabell Loell, Kanzler Dr. Michael Stückradt
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 8
UNIVERSITÄT IM BILD
MODERATORIN ANJA BACKHAUS LEITETE DURCH DIE VERANSTALTUNG.
Die beiden AStA-Vorsitzenden Isabell Loell und Eugen Esman ermutigten die Studie-
renden, sich im Zweifelsfall an sie zu wenden: Auch wenn sie nicht in allen Fällen
helfen könnten, so könnten sie doch jeden an die richtige Stelle verweisen.
26
2021 9
UNIVERSITÄT IM BILD
DAS RHEINENERGIESTADION FÜLLT SICH: Fast 13,000 Studierende folgten der Einladung der Uni zum Semester-Kickoff. Die Heimspielstätte
des 1. FC Köln bot ein einmaliges Ambiente, um unter Beachtung aller Hygieneregeln zusammenzukommen.
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 10UNIVERSITÄT IM BILD
»Ein Studium ist mehr, als nur
an der Universität rumzusit-
zen«, sagte Rektor Professor
Dr. Axel Freimuth in seiner Be-
grüßungsrede. Dem stimmen
die Studierenden sicherlich zu.
26
2021 11UNIVERSITÄT IM BILD
Bevor das Programm losging,
konnten sich die Studierenden auf
dem ›MARKT DER MÖGLICH-
KEITEN‹ über die Uni informieren.
Auch Mitarbeiter:innen, die sich
seit Monaten nicht mehr begegnet
sind, konnten sich hier wiederse-
hen – oder zumindest von Stand zu
Stand zuwinken.
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 12UNIVERSITÄT IM BILD
DIVERSITÄT UND GLEICHSTELLUNG werden an der Universität groß
geschrieben – über alle Einrichtungen hinweg. Bei Diskriminierung oder
Benachteiligung können die Gleichstellungsbeauftragten, der AStA oder die
Studierendenberatungen helfen.
26
2021 13UNIVERSITÄT IM BILD
ANJA BACKHAUS SPRACH MIT
SPITZENSPORTLERN, die gleich-
zeitig studieren. Christopher Rühr
(Mitte) holte mit der deutschen
Herren-Hockeymannschaft bei
den Olympischen Spielen in Tokio
den 4. Platz. Lukas Schiwy (rechts)
spielt Sitzvolleyball. Sein Team
schaffte es bei den Paralympischen
Spielen auf Platz 6.
DIE SCIENCE-SLAMMERINNEN VERENA DZIALAS UND SHAMBHAVI PRIYAM klärten darüber auf, wie Sport
und Bildung neurodegenerative Erkrankungen vorbeugen können und wie man gesundheitsfördernde Praktiken popu-
lärer machen kann. Beide warben sogar mit ihrer Kleidung um Vertrauen in die Wissenschaft: »F**k Google! Ask Me.«
und »Trust me, I'm a doctor (of economics).«
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 14 DIE BRASSBAND MOOP
MAMA aus München rockte
zum Abschluss das Stadion:
ganz in rot und mit viel Blech.
INE:
Weitere Bilder und der Film im Online-Rückblick auf
G E ONL
RÄ n.de
www.semesterstart.uni-koeln.de/rueckblick/ BEIT -koel
ALLE gazin.uni
a
unim
26
2021 15Wie die Erde
bewohnbar wurde
Welche Kräfte und Prozesse formten die junge Erde zu
ihrer heutigen Gestalt und machten sie zu einem Planeten, auf
dem sich Leben entwickeln konnte? Vieles davon ist noch ein
Rätsel. Vier Kölner Geowissenschaftler liefern nun neue Er-
kenntnisse und Modelle zu dessen Entschlüsselung.
DIETER DÜRAND
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 16EVOLUTION DES LEBENS
Professor Dr. Carsten
Münker untersucht eine
frisch zertrümmerte Ge-
steinsprobe im Pilbara
Kraton, einer kargen
Landschaft im Nordwes-
ten Australiens.
D
r. Jonas Tusch und
Professor Dr. Carsten
Münker klopfen gerne
Steine. Aber nicht irgendwelche,
sondern solche, die sich vor drei
»Steine sind ein zuverlässiges
bis vier Milliarden Jahren zur
Urzeit unseres Planeten bildeten Archiv der Erdgeschichte.«
– während des sogenannten Ar-
chaikums. Denn die steinernen
Zeitzeugen sind die einzigen,
die den Kölner Wissenschaftlern Jahren Hunderte Grad Celsius heißer war eine weite Reise in den Nordwesten Australi-
vom Institut für Geologie und Mineralogie als heute, mischten sich, so Münker, Mine- ens und suchten dort über mehrere Wochen
verraten können, was bisher noch vielfach ralien und Gestein im 3.000 Kilometer tief nach geeigneten Gesteinsproben. Auf dem
im Dunkel liegt: Welche einzigartige Kombi- reichenden Erdmantel über 100 Millionen fünften Kontinent befindet sich eine der sel-
nation von Prozessen formte die frühe Erde Jahre hinweg »erstaunlich langsam«. Des- tenen Gegenden, in der die Plattentektonik
zum – soweit bekannt – einzigen bewohn- sen Zusammensetzung blieb daher lange in ihrem ursprünglichen Zustand gut erhal-
ten Planeten im unendlichen Universum? ziemlich heterogen. tene Vulkangesteine, Basalte und sogenann-
Oben und unten, vom inneren Erdkern Zu erwarten war der gegenläufige Prozess. te Komatiite an die Erdoberfläche geschoben
bis zur Atmosphäre – alles beeinflusst ei- Denn die enorme Hitze im Erdinneren drängt hat. »Sie sind quasi unsere Asservatenkam-
nander. Nur durch das komplexe Zusam- nach den Gesetzen der Physik zur kühleren mer und ein äußerst zuverlässiges Archiv der
menspiel wurde unsere Erde zu dem, was Oberfläche und hätte bei ihrem Aufstieg den Erdgeschichte«, sagt Tusch.
sie ist. Wie die junge Erde aussah und wie Mischer eigentlich viel schneller in Gang
sie sich entwickelte, ist eine Frage, der sich setzen müssen. Doch richtig Fahrt nahm der Die Plattentektonik änderte
Wissenschaftler:innen weltweit mit großem Mantelkonvektion genannte Vorgang erst die Zusammensetzung des Gesteins
Elan annehmen. Der 55-jährige Münker ist vor rund drei Milliarden Jahren auf.
Sprecher des DFG-Schwerpunktprogramms Münker und Tusch haben eine Erklärung Ein besonders unbestechlicher Zeitzeu-
»Building a Habitable Earth«, über das die für den Spätstart gefunden. Lange war die ge, den die Steine bergen, ist das Element
Deutsche Forschungsgemeinschaft Projekte Erde von einer weitgehend geschlossenen Wolfram. Auf dieses hatten es Münker und
zur Entschlüsselung des Rätsels finanziert. und starren Erdkruste umhüllt. Sie hielt die Tusch damals abgesehen. Denn wie alle
Er initiiert, fördert und koordiniert in die- Hitze gewissermaßen unter dem Deckel. Erst chemischen Elemente enthalten auch die
ser Rolle nicht bloß den Erkenntnisdrang. als auf dem blauen Planeten die Plattentek- Atomkerne des Wolframs zwar immer gleich
Münker und Tusch liefern selbst wesentliche tonik Schwung aufnahm, sich also immer viele Protonen. Die Zahl der Neutronen kann
Beiträge für die aufwendige Spurensuche. mehr Kontinente über und unter den Ozea- jedoch abweichen. Die Varianten bilden cha-
nen bildeten, riss die Decke auf und mach- rakteristische, genau bestimmbare Isotope,
Weg frei te den Weg frei für die Hitze. Als Folge legte die über winzige Unterschiede ihrer Masse
für die Hitze die Konvektion rapide an Tempo zu, bis der eindeutige Signaturen hinterlassen.
Erdmantel schließlich vollständig homogen Die Isolierung des Wolframs aus Gestei-
Ihre jüngste Entdeckung, unlängst ver- durchmischt war. nen und die Bestimmung der Isotope per
öffentlicht im angesehenen Fachjournal Womit wir wieder bei der Liebe der bei- Massenspektrometrie ist allerdings ein hoch
PNAS, liefert erstmals eine in der Fachwelt den Geologen für uralte Steine wären. Denn diffiziles Verfahren, das nur in Köln und von
viel beachtete Erklärung für einen bis dato nur mit deren Hilfe konnten sie den wissen- einer Handvoll Wissenschaftler:innen welt-
ungelösten Widerspruch: Obwohl die jun- schaftlichen Nachweis für ihre These führen. weit beherrscht wird. Zurück in der Heimat
ge Erde in ihrem Kern vor vier Milliarden Dafür begaben sie sich 2016 und 2017 auf gingen die Forscher an die Auswertung. Für
26
2021 17EVOLUTION DES LEBENS
Wolfram – Das
DER ANSTIEG VON SAUERSTOFF IN DER ERDATMOSPHÄRE
Schwermetall
HADAIKUM ARCHAIKUM PROTEROZOIKUM PHANEROZOIKUM hat eine hohe Dichte und
100%
den höchsten Schmelz-
Entstehung des Sonnensystems und Siedepunkt unter
den Elementen. Sein
21% Vorkommen wurde erst-
10%
mals im 16. Jahrhundert
(4,567 Mrd. Jahre v.h.)
in sächsischen Zinnerzen
beschrieben. Sein deut-
scher Name rührt daher,
dass es das Zinnerz wie
Tiere / Pilze
1%
ein Wolf »aufzufressen«
Pflanzen
schien. Die englische
Bezeichnung tungsten
Bakterien & Archaeen Algen leitet sich von tung sten
0,1% (schwedisch für »schwe-
rer Stein«) ab.
4 3 2 1 heute
Milliarden Milliarden Milliarden Milliarden
Jahre v.h. Jahre v.h. Jahre v.h. Jahre v.h.
diese bietet das 2016 eröffnete und nach An dieser Stelle kommt Dr. Florian wachsene, schlanke 38-Jährige aber in der
dem neusten Stand der Technik ausgestat- Kurzweil ins Spiel, dessen Arbeitszimmer im Gegenwart statt in der Vergangenheit nach
tete Reinraumlabor des Instituts für Geolo- vierten Stock des Institutsgebäudes liegt, der Erklärung für die zeitliche Entwicklung
gie und Mineralogie an der Zülpicher Straße zwei Etagen über den Büros von Münker und der Sauerstoffkonzentration in den urzeit-
ausgezeichnete Voraussetzungen. »Die ana- Tusch. Auch seine aktuellen Projekte werden lichen Ozeanen. Und wiederum sollte die
lytischen Verfahren in Köln ermöglichen zur- aus dem DFG-Schwerpunktprogramm über Wolframisotopie der Schlüssel sein, diese
zeit die weltweit präzisesten Messungen von die Evolution unseres Planeten finanziert. präziser zu bestimmen.
relativen Isotopenhäufigkeiten des Elements Und wie seine Kollegen interessiert sich
Wolfram«, lobt Münker. Kurzweil ganz besonders für die Frage, wann Alte Gesteine – ein
Die Auswertung der Messdaten stützte die und wie der Sauerstoff (O2) freigesetzt wur- »genetischer Finderabdruck«
Theorie des Kölner Geologen-Duos. Es fand de, ohne den die Erde tot geblieben wäre und
in dem Uralt-Gestein wie vermutet kleinste es weder uns noch Flora und Fauna gäbe. Als geeignete Quelle lokalisierte Kurzweil
Anreicherungen am Wolfram-Isotop 182. Erst Die vorherrschende Theorie derzeit lautet: ein 460 Meter tiefes Meeresbecken in der
vor drei Milliarden Jahren verschwindet dies Irgendwann fingen erste Bakterien in den Ostsee vor der Küste Gotlands. Die Wasser-
aus jüngerem Gestein – genau zu dem Zeit- Ozeanen an, ihre Energie aus dem Licht der säule im Landsort Deep genannten Seege-
punkt, als die einsetzende Plattentektonik Sonne per Photosynthese zu beziehen. Als biet trennt sauerstoffreiches Oberflächen-
den Erdmantel zu einer homogenen Masse Abfallprodukt des Stoffwechsels setzten sie wasser von sauerstoffarmem in der Tiefe. An
zu durchmischen begann und die Isotopen- Sauerstoff frei. Das passierte zunächst in we- der Grenze der beiden Schichten bilden sich
zusammensetzung des Wolframs änderte. nigen isolierten Becken – und in homöopa- Oxid-Minerale, an die sich bevorzugt isoto-
thischen Dosen. pisch leichtes Wolfram heftet. Das schwere
Als der Sauerstoff Doch das Aufkommen dieser ersten sau- bleibt im Meerwasser zurück.
»explodierte« erstoffproduzierenden Bakterien änderte Diesen Zusammenhang nutzte Kurzweil
den Lauf der Erdgeschichte fundamental. für seine indirekte Beweisführung. Weil sich
Was die beiden herausgefunden haben, Mehr und mehr Sauerstoffmoleküle beleb- Oxid-Minerale nur unter Anwesenheit von
führt zu noch weitreichenderen Implikatio- ten die bis dahin anoxischen – also sauer- O2 bilden, muss die Sauerstoffkonzentration
nen für das Verständnis der Erdgeschichte. stofffreien – Weltmeere und reicherten sich der Ozeane letztlich mit der Wolframisotopie
Denn das Einsetzen der Plattentektonik war nach und nach auch in der Atmosphäre an. des Wassers korrelieren. »Je mehr Sauerstoff
Voraussetzung dafür, dass sich in der Erd- Der anfangs zögerliche Prozess kulminier- vorhanden ist, umso mehr schweres marines
atmosphäre Sauerstoff zu bilden begann. te vor etwa 2,4 Milliarden Jahren im »Great Wolfram muss vorhanden sein«, erläutert
Ohne ihn hätte sich niemals komplexes Oxidation Event«: Die Sauerstoff-Konzentra- der Wissenschaftler vom Niederrhein. An-
biologisches Leben entfalten können – von tion stieg unter wie über Wasser explosions- steigende Sauerstoffkonzentrationen in den
ersten Bakterien bis hin zum Menschen. artig an – die Erde wurde bewohnbar. »Das Ozeanen der frühen Erdgeschichte haben
»Die Erde«, sinniert Münker, »wäre nur ein war der absolute Wendepunkt für die Evolu- somit zur verstärkten Bildung der Oxid-Mi-
weiterer fehlgeschlagener Planet in unse- tion des Lebens«, sagt Kurzweil. nerale und somit zu isotopisch schwererem
rem Sonnensystem geworden.« Wie zum Doch was plausibel klingt, bedarf der marinen Wolfram geführt. Kurzweil vermu-
Beispiel der Mars, der es nie schaffte, Kon- wissenschaftlichen Bestätigung. Anders als tet, dass eine solche Entwicklung in marinen
tinente zu bilden. Münker und Tusch fahndete der großge- Sedimenten erhalten bleibt. Die Wolframiso-
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 18EVOLUTION DES LEBENS
topie der ältesten Sedimente der Erde könnte wahrte Kohlendioxid (CO2), Methan oder ein der Sauerstoff-Isotopen-Zusammensetzung
dann wie ein genetischer Fingerabdruck die anderes Gas ihn vor dem Auskühlen? Und in an sehr alten Kalk- und Kieselgesteinen ab.
Entwicklung der marinen Sauerstoffkonzen- welcher Konzentration schwebten sie in der Dabei taucht allerdings ein Problem auf: Das
tration im Laufe der Erdgeschichte abzeich- Schutzhülle? In diesen Punkten scheiden Wasser der frühen Ozeane müsste diesen
nen. sich mangels bisher unbestreitbaren Nach- Messungen zufolge 70 Grad Celsius und hei-
Auch wenn das Rätsel noch nicht ganz weises die Geister. ßer gewesen sein. »Das halte ich für extrem
gelöst ist: Der Startpunkt der Sauerstoffan- Ein vierter Kölner Geologe, Dr. Daniel unwahrscheinlich«, sagt Herwartz.
reicherung auf der Erde kann nun klarer ein- Herwartz, hat eine Erklärung gefunden, die Enthielt die damalige Atmosphäre aber
gegrenzt und das Tempo präziser bestimmt den Disput auflösen könnte. Seine Untersu- solche gigantischen Mengen CO2 wie der
werden. Das neue Puzzleteil erleichtert es chungen, die er im Team mit Wissenschaft- 42-jährige gebürtige Bonner vermutet, hätte
Geolog:innen zudem, die Rolle anderer erd- lern aus Göttingen und dem dänischen sich auch das Sauerstoffverhältnis des Meer-
geschichtlicher Entwicklungen für die O2- Aarhus vorantrieb, lassen ein neues Modell wassers verändert. Die hohe CO2-Konzent-
Bildung einzuordnen, zum Beispiel den Vul- plausibel erscheinen: Ein extrem hoher CO2- ration war bislang jedoch noch nicht in die
kanismus und die Plattentektonik. Kurzweil: Gehalt in der Atmosphäre – viel höher als Berechnungen des Geothermometers einge-
»Wir erhellen das Dunkel mit immer mehr bisher angenommen – verhinderte, dass die flossen, was das Ergebnis verfälschte. Einen
Scheinwerfern.« Erde zu viel Wärme an den Weltraum verlor. solch heißen Ozean wie bisher vermutet hat
Herwartz‘ Modell entschärft auch einen es demnach wahrscheinlich nicht gegeben.
Gigantische Mengen anderen Streit. Geowissenschaftler:innen »Meinen Berechnungen zufolge lag die Tem-
an Kohlendioxid hielten versuchen die jeweiligen Wassertemperatu- peratur eher bei 40 Grad Celsius.«
die Erde warm ren in den Ozeanen im Verlauf der Erdge- Letzte Gewissheit liefert sein Modell indes
schichte mit einer Art Geothermometer zu nicht. »Dafür brauchen wir weitere starke
Zu den bis heute nicht endgültig geklärten rekonstruieren. Die Fieberkurve lesen sie aus Indikatoren«, betont Herwartz. Zu diesem
Mysterien gehört auch die Frage, warum auf
der Erde vor drei bis vier Milliarden Jahren Professor Dr. Carsten
so hohe Temperaturen herrschten, dass es Münker neben 3,45
Milliarden Jahre altem
so gut wie keine Gletscher gab. Denn die
granitischem Gestein.
Sonne wärmte die Erde damals allenfalls
mit 70 bis 80 Prozent ihrer heutigen Strahl-
kraft. Was erklärt dieses in der Fachwelt als
»Paradoxon der schwachen Sonne« titulier-
te Phänomen?
Treibhausgase müssen unseren Planeten
davor bewahrt haben, zu einem Eisklumpen
zu erstarren. In dieser Erklärung sind sich
Geolog:innen weitgehend einig. Doch be-
Great Oxidation
Event – Das
GOE ist auf Deutsch als
»Große Sauerstoffkatas-
trophe« bekannt, da der
steigende Sauerstoffge-
halt in den Ozeanen die
anaeroben Organismen
zurückdrängte, deren
Stoffwechsel nur ohne
Sauerstoff funktioniert.
Der Sauerstoffgehalt von
Wasser und Luft stieg in
mehreren Schüben an
der Grenze vom Archai-
kum zum Proterozoikum
an. Dieser Prozess mar-
kiert den Übergang von
der zweiten zur dritten
Erdatmosphäre.
26
2021 19WANN IST EIN MANN EIN MANN?
Dr. Jonas Tusch ent-
nimmt Gesteinsproben.
Die Verwendung eines
großen Vorschlagham-
mers ist nötig um die
massiven magmatischen
Gesteine zu zertrüm-
mern.
aktuellen Klimakrise so gefürchteten Koh-
lendioxids?
Es ist heute hauptsächlich in Karbonatge-
steinen wie den Kalkalpen gebunden, aber
auch in Kohle-, Erdöl- und Erdgaslagerstät-
ten, ebenso wie in Permafrostböden, Bäu-
Zweck will er nun den fest an Phosphor ge- Solche Proben können wir aber nun durch men, Pflanzen und sonstiger Biomasse. Be-
bundenen Sauerstoff untersuchen – in der hochpräzise Messungen von allen drei Sau- wahrte das CO2 die Erde in ihren Anfängen
Hoffnung, dass dieser noch genauere Rück- erstoffisotopen erkennen und aussortieren. vor der Vereisung und setzte das Leben in
schlüsse auf die damaligen Temperaturen Das war bisher nicht möglich«, erläutert der Gang, könnte seine heutige ungebremste An-
ermöglicht. »Das Thermometer ergibt na- Experte. So bald geht den Geolog:innen der reicherung in der Luft den Planeten für den
türlich falsche Temperaturen, wenn sich die Forschungsstoff also nicht aus. Menschen wieder unbewohnbar machen.
ursprüngliche Sauerstoff-Isotopen-Zusam- Bleibt eine spannende Frage: Wohin ver- Denn Boden, Meer und Atmosphäre – da-
mensetzung über die Zeit verändert hat. schwand eigentlich der Großteil des in der mals wie heute hängt alles zusammen.
»BUILDING A HABITABLE EARTH«
Nur im Pilbara Kraton
und im Kaapvaal Kraton
Das DFG-Schwerpunktprogramm wird von
in Südafrika dringt die
2015 bis 2022 von der Deutschen For-
unberührte archaische
schungsgemeinschaft gefördert. Sprecher ist
Erdkruste von vor 3,6
Professor Dr. Carsten Münker an der Univer-
bis 2,7 Milliarden Jahren
sität zu Köln. Die Forschungen an insgesamt
an die Oberfläche.
12 beteiligten Universitäten und Forschungs-
institutionen helfen zu klären, wie die Erde
zum einzig bekannten bewohnbaren Planeten
im Universum wurde. Die drei wichtigsten
Themen sind die Zusammensetzung und die
Quellen der Baumaterialien der Erde, ihre
frühe innere Differenzierung in Kruste, Mantel
und Kern, und die Entwicklung des Ozean-
Atmosphären-Systems. Zu den beteiligten
geowissenschaftlichen Disziplinen gehören die
Geologie, Geochemie, Planetologie, Kosmo-
chemie, Geobiologie und die geophysikalische
Modellierung.
Die Mitglieder des Schwerpunktprogramms
bearbeiten diese Themen mithilfe alter
Gesteinsproben und extraterrestrischer Proben
– Meteoriten oder Proben aus Weltraummis-
sionen. Diese Untersuchungen werden durch
Modellierung und Laborexperimente ergänzt.
www.habitableearth.uni-koeln.de
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 20WISSENSCHAFT
KURZNACHRICHTEN
»HYPERAUGE« AUS DER URZEIT ENTDECKT
Bei Trilobiten der Unterordnung Phacopina Die Untersuchungen legen nahe, dass es
aus dem Devon (390 Mio. Jahre v.h.) haben sich um ein Hyper-Verbundauge handelt.
Forscher:innen ein Augensystem gefunden, Jeder Phacopide hat zwei Augen. Jedes die-
das im Tierreich einzigartig ist: Über einer ser Augen besteht aus etwa 200 bis zu 1
Gruppe von sechs normalen Facettenaugen mm großen Linsen. Unter den einzelnen
spannt sich die Linse eines Überauges. Unter Linsen sind mindestens 6 Facetten auf-
Leitung der Kölner Zoologin PD Dr. Brigitte gestellt, die wieder einem eigenen kleinen
Schoenemann vom Institut für Didaktik der Facettenauge entsprechen. Es finden sich
Biologie machte das Forschungsteam zu- also etwa 200 Facettenaugen in einem
sätzlich zu den Hyper-Facettenaugen eine Auge. Darunter saß ein schaumartiges
Struktur aus, die sie für ein lokales neuronales Nest, das wahrscheinlich ein kleines neu-
FUNKSTILLE IN DER FAMILIE
Netzwerk halten, das die Informationen die- ronales Netz war, das die Signale verarbei-
ses speziellen Auges direkt verarbeitet und die tete. Viele Menschen entfremden sich im Laufe
Informationen vom Auge zum Gehirn führt. ihres Lebens von ihren Eltern: Jede fünf-
te Vater-Kind-Beziehung ist betroffen, bei
Müttern ist es knapp jede zehnte. Das zeigt
eine neue Studie von Soziolog:innen der
Martin-Luther-Universität Halle-Witten-
berg (MLU) und der Universität zu Köln.
Für die Studie nutzten die Soziolog:innen
Daten aus den Jahren 2008 bis 2018 von
mehr als 10.000 Personen. Im Zentrum
stand die Frage, welche Faktoren und Ereig-
nisse die Wahrscheinlichkeit einer Entfrem-
dung beeinflussen. Dabei zeigte sich: Beson-
ders gefährdet sind Familien, in denen ein
Elternteil verstorben ist oder in denen nach
einer elterlichen Trennung ein Stiefeltern-
teil hinzugekommen ist. Innerhalb von zehn
Jahren entsteht diese Distanz bei 20 Prozent
KOMPETENZNETZWERK CORE-NET LEGT BERICHT aller erwachsenen Kinder und ihren Vätern,
ZUR VERSORGUNGSSITUATION VON MENSCHEN dagegen nur bei neun Prozent der Mütter.
IM LETZTEN LEBENSJAHR VOR Dies lässt sich damit erklären, dass die Bin-
dung zur Mutter oft enger ist als zum Vater.
Wie die Bedürfnisse und die Versorgungs- können. Dabei geht es um Themen wie den Ob es sich beim Kind um einen Sohn oder
situation von Menschen im letzten Le- gewünschten Sterbeort, die Kommunikati- eine Tochter handelt, spiele dabei kaum eine
bensjahr aktuell aussehen, ist Gegenstand on über das Sterben und Entscheidungen zu Rolle.
des Berichts »Versorgung von Menschen komplexen Behandlungsbedürfnissen. Aus
im letzten Lebensjahr in Köln« des Kölner den Ergebnissen wurden Handlungsemp-
Kompetenznetzwerks aus Praxis und For- fehlungen zur Verbesserung der Versorgung
schung (CoRe-Net). im letzten Lebensjahr abgeleitet.
Der Bericht basiert auf Ergebnissen ei- CoRe-Net ist eine vom Bundesministe-
ner Studie, für die unter anderem Ange- rium für Bildung und Forschung (BMBF)
hörige von im Großraum Köln Verstor- geförderte Initiative zum Aufbau eines
benen befragt, Versorger:innen aus dem Kompetenznetzwerks aus Versorgungsfor-
Gesundheitswesen interviewt und Kran- schung und Versorgungspraxis in Köln. Sie
kenkassendaten ausgewertet wurden. Der hat sich zum Ziel gesetzt, mit innovativen
Versorgungsbericht befasst sich unter an- Forschungsprojekten die medizinische und
derem mit der Frage, wie die individuellen soziale Versorgung der Kölner Bevölkerung
Bedürfnisse eines Menschen in der letzten zu verbessern.
Lebensphase bestmöglich erfüllt werden
26
2021 21MEERESÖKOLOGIE
Aufgewühlt
und leergefischt
Fische und andere Meerestiere gelten als gesunde Eiweißquellen.
Doch die Fischerei ist in Verruf geraten, weil viele ihrer Methoden
nicht nachhaltig sind. Ein Forschungsprojekt mit Kölner
Beteiligung untersucht die Auswirkungen der besonders
schädlichen Bodenschleppnetzfischerei in der Ostsee.
EVA SCHISSLER
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 22MEERESÖKOLOGIE
D
as Meer ist keine Landschaft, es ist das Erlebnis ke, Riffe und Muschelbänke in der Ostsee systematisch
der Ewigkeit, soll Thomas Mann mal gesagt ha- erforscht. Neben geophysikalischen und geochemischen
ben. Der Ostseefreund hatte in dem litauischen Eigenschaften wird dabei auch das gesamte bodennahe
Örtchen Nida auf der Kurischen Nehrung ein Sommer- Nahrungsnetz untersucht. Dabei geht es in erster Linie
haus. Doch so ewig, wie es dem großen Romancier damals um einen Vergleich zwischen Schutzgebieten und Ge-
vielleicht erschien, ist das Meer keinesfalls. Ganze Ökosys- bieten, die nicht unter Schutz stehen. In den deutschen
teme verändern sich – unter anderem aufgrund des Kli- Gewässern der Nord- und Ostsee sind mehrere Meeres-
mawandels. Auch die Ostsee ist betroffen: Flora und Fauna schutzgebiete eingerichtet beziehungsweise deren Ein-
sind vielfältigen, durch den Menschen verursachten Ver- richtung vorbereitet worden. Dort darf etwa kein Müll
änderungen ausgesetzt. Das bleibt nicht ohne Folgen für abgeladen werden und es ist untersagt, fremde Arten
das ökologische Gleichgewicht des maritimen
»Ein intakter Meeresboden
Lebensraums.
Zerfurcht wie eine Elefantenhaut
Die Ostsee ernährt auch seit jeher die Men-
dient auch als ›Kläranlage‹,
schen, die an ihren Küsten leben. Heute wird
Fischerei jedoch in industriellem Ausmaß be-
die dem Wasser überschüssige
trieben. Große Trawler fischen das Meer leer
– nicht nur in der Ostsee, sondern auf allen organische Substanzen ent-
zieht und Schadstoffe bindet.«
Weltmeeren. Besonders effektiv, aber auch
invasiv, ist die sogenannte Grund- oder Bo-
denschleppnetzfischerei. Dabei werden Netze
großflächig über den Meeresboden gezogen.
Die Ausbeute ist groß, doch groß ist auch der Schaden, den einzuführen. Doch gefischt werden durfte bis vor kur-
sie anrichtet: Es geht viel Beifang mit in die Netze und der zem immer noch – auch mit Grundschleppnetzen. Viele
empfindliche Meeresboden wird aufgewühlt und zerstört. Fische, die in der Nähe des Bodens leben, wie Schollen
»Schaut man sich Bilder des Meeresgrundes beispiels- und Dorsche, sind auf dem Weltmarkt gefragt.
weise am Fehmarnbelt an, sieht es aus wie eine Elefan-
tenhaut: da ist kaum ein Bereich, der nicht mit Furchen Belastbare Befunde für den Meeresschutz
durchzogen ist«, sagt Maria Sachs, Doktorandin am Lehr-
stuhl für Allgemeine Ökologie von Professor Dr. Hartmut Das Kölner Team ist für die sogenannte Nano- und Mi-
Arndt am Institut für Zoologie. krofauna verantwortlich – Geißeltierchen, kleine Amö-
Am 2. Juni stach das Forschungsschiff Elisabeth Mann ben und Wimpertierchen im Größenbereich von 1 bis
Borgese – benannt nach der bedeutenden Meeresforsche- 200 Mikrometern. Diese hoch diverse Organismengrup-
rin und jüngsten Tochter des Schriftstellers Thomas Mann pe wurde bislang in der Forschung nur wenig berück-
– zu einer vierzehntägigen Forschungsreise von Rostock sichtigt. »Wenn der Meeresgrund durch die Schleppnet-
aus in See. Die Expedition dokumentiert umfangreich die ze aufgewühlt wird, werden diese kleinen Tiere teilweise
Beschaffenheit des Meeresgrundes. Auch Sachs war mit an in tiefere, anaerobe Sedimentschichten ›untergepflügt‹
Bord. Sie untersucht im Rahmen ihrer Doktorarbeit, wie und sterben dort. Dadurch fehlt dann einigen Krus-
sich die von der Bodenschleppnetzfischerei verursachte tentieren, von denen sich wiederum die Fische ernäh-
Störung der Sedimentstruktur durch Sedimentumlage- ren, die Nahrungsgrundlage«, sagt Sachs. Ein intakter
rungen auf das maritime Ökosystem auswirkt – vor allem Meeresboden ist aber nicht nur für das Nahrungsnetz
auf Kleinstlebewesen am Meeresboden. wichtig. Er dient auch als »Kläranlage«, die dem Was-
Es ist das erste Mal, dass eine solche Expedition den ser überschüssige organische Substanzen entzieht und
Einfluss von Fischerei auf Lebensräume wie Sandbän- Schadstoffe bindet.
Forschungsreise – Die Fahrt ist Teil einer Pilotmission der Deutschen Allianz Meeresforschung e.V. (DAM) unter der Leitung des
Leibniz-Instituts für Ostseeforschung in Rostock-Warnemünde (IOW). Weitere beteiligte Einrichtungen sind das Thünen-Institut, die Sencken-
berg Gesellschaft für Naturforschung, das Geomar Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, das Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches
GeoForschungsZentrum, die Universität Rostock und die Universität zu Köln.
25
2021 23MEERESÖKOLOGIE
Zunächst wählten die Forscher:innen her See möglich, denn auf dem Schiff stehen ihre Lebensgrundlage entziehen. Doch ei-
Flächen zur Untersuchung aus: im Feh- über 97 Quadratmeter an Laborfläche für gentlich entzieht die übermäßige Fischerei
marnbelt, einer Wasserstraße zwischen der Forschungsarbeiten zur Verfügung. »Das der Fischerei selbst ihre Lebensgrundlage«,
Südküste der dänischen Insel Lolland und sogenannte Sandlückensystem der Oder- sagt Sachs. Noch dominiere eher der Inter-
Fehmarn, und an der Oderbank, einer in der bank zeigte eine Vielfalt von Lebensformty- essenkonflikt, aber man versuche, ins Ge-
Pommerschen Bucht gelegenen Sandbank. pen, die bereits im Größenbereich von weni- spräch zu kommen, so die Doktorandin. Die
Um belastbare Daten vorlegen zu können, gen Mikrometern verschiedene Ebenen der Fischerei ganz abzuschaffen – darum geht
welchen Effekt der Wegfall der Fischerei hat, Nahrungspyramide aufwiesen. Besonders es den Wissenschaftler:innen überhaupt
werden regelmäßig Bodenproben in den beeindruckend war das zahlreiche Auftre- nicht. Vielmehr wollen sie auf der Grundla-
Meeresschutzgebieten sowie in den Ver- ten der Mikrofauna in Sedimentschichten, ge solider Daten eine Perspektive für mehr
gleichsgebieten genommen. Wie entwickeln die eigentlich gar keinen Sauerstoff mehr Naturverträglichkeit entwickeln, um die
sich Gebiete, wenn keine Fischerei mehr enthielten«, sagt Arndt. Umwelt zu schützen und der Fischerei eine
stattfindet? Erholen sie sich schnell oder gute und nachhaltige Grundlage zu bieten.
dauert es lange? Und wie unterscheidet sich Damit der Fisch sich nicht Denn letztendlich ist ein gesundes Ökosys-
die Zusammensetzung des Meeresbodens? in den Schwanz beißt tem im Sinne aller.
Da aufgrund von Corona nur jeweils halb
so viele Menschen mit an Bord durften, Nach Abschluss der Mission wird das Team
Von 2020 bis voraussichtlich 2023 laufen zwei
musste die Mission in zwei Fahrten aufge- auf der Grundlage der gesammelten Daten
PILOTMISSIONEN DER DEUTSCHEN
teilt werden. Professor Dr. Hartmut Arndt Empfehlungen für die verantwortlichen ALLIANZ MEERESFORSCHUNG E.V.
war im zweiten Teil der Ostsee-Expedition Entscheidungsträger:innen in Deutschland (DAM) zum Einfluss der Grundschleppnetzfi-
vom 11. bis zum 16. Juni in den gleichen Ge- erarbeiten. Da die Schutzgebiete an den scherei auf Meeresschutzgebiete in Nord- und
Ostsee. Die Projektleitung für die Mission
bieten der Ostsee unterwegs. Während Maria Grenzen zu den Nachbarländern Dänemark,
»MGF Nordsee« liegt beim Alfred-Wegener-
Sachs die molekularbiologischen Untersu- Schweden und Polen liegen, wird in Zukunft Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und
chungen im ersten Fahrtabschnitt durch- auch die internationale Kooperation immer Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven, für
führte, nutzte Hartmut Arndt den zweiten wichtiger werden. Doch was sagt die Fische- die Pilotmission »MGF Ostsee« beim Leibniz-
Institut für Ostseeforschung in Rostock-
Fahrtabschnitt, um Direktbeobachtungen rei dazu? Lange schon herrsche ein Antago-
Warnemünde (IOW). Beide Missionen, die
der sensiblen Mikrolebewelt am Mikroskop nismus vor. »Es heißt oft, Wissenschaft und auf Initiative des und in enger Zusammen-
an Bord durchzuführen. Das ist auch auf ho- Naturschutz wollten den Fischereibetrieben arbeit mit dem Bundesamt für Naturschutz
durchgeführt und vom Bundesministerium
für Bildung und Forschung gefördert werden,
sind Teil der DAM-Forschungsmission »Schutz
Aufbruch zur und nachhaltige Nutzung mariner Räume«.
Ostsee-Expedition Die DAM ist eine Allianz des Bundes mit
von Rostock-Warne- den fünf norddeutschen Ländern Bremen,
münde unter Leitung Hamburg, Niedersachsen, Schleswig-Holstein
des Leibniz-Instituts und Mecklenburg-Vorpommern zur Förderung
für Ostseeforschung und Koordinierung der deutschen Meeresfor-
(IOW). Die Kölner schung.
Wissenschaftler:innen
sind im Rahmen der
Forschungsmission
für Kleintiere, die
sogenannte Nano-
und Mikrofauna,
verantwortlich.
Die Kölner Biologin
Maria Sachs ent-
nimmt Proben vom
Meeresboden um
zu analysieren, wie
die Bodenschlepp-
netzfischerei dessen
Zusammensetzung
beeinflusst.
KÖLNER
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Entrümpeln
in den Zellen
Ausmisten kann befreiend wirken. Radikaler Minimalismus, Klarschiff
machen mit Ordnungsguru Marie Kondo oder dem Trödeltrupp. Genau
das machen unsere Zellen tagtäglich. Jeden Moment. Auch jetzt. Das
Putzkommando übernimmt das Protein Ubiquitin, und es sorgt
in unseren Zellen nicht nur für Ordnung, sondern hält sie auch jung.
HANNAH REITER
I
n den letzten 150 Jahren hat sich die Lebenserwartung steigt, und zwar rasant, ist das Risiko für altersbedingte
in Deutschland verdoppelt. Wir werden immer älter. Erkrankungen. Wenn das letzte Drittel unseres Daseins
Was allerdings mit fortschreitendem Alter ebenso von Krankheit geprägt ist, hat das Auswirkungen auf die
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 26A LT E R N S F O R S C H U N G
Dr. Seda Koyuncu und
Professor Dr. David
Vilchez in ihrem Labor
am Exzellenzcluster
für Alternsforschung
CECAD.
Lebensqualität und letztendlich auch auf die Teil- den. Aber Schritt für Schritt: Wie entrümpelt Ubiquitin – Das
Protein wurde
habe am Leben. Die Forschungen im Exzellenzclus- Ubiquitin unsere Zellen? Dazu müssen wir uns
1975 entdeckt. Als zellu-
ter für Alternsforschung CECAD der Universität zu zunächst einen Kleiderschrank vor Augen führen. läres »Post-it« steuert es
Köln setzen genau hier an. »Gesundheit auch im Wir öffnen die Türen und schon kommt uns der den Proteinabbau. Dazu
Alter, ohne Krankheiten oder mit guten Therapien. gesamte Inhalt entgegen. Das T-Shirt hat ein Loch, wird es durch die Ubiqui-
tinase an andere Proteine
Das ist unsere Vision«, sagt der Biomediziner und der kratzige Wollpulli von Tante Käthe ist (end-
geheftet, um diese zu
CECAD-Forschungsgruppenleiter Professor Dr. Da- lich!) eingelaufen, die Lieblingsjeans von Anno entsorgen. Ubiquitin
vid Vilchez. Mithilfe eines Modellorganismus, des Dazumal liegt zerknittert hinten links in der Ecke. findet sich in allen Zellen
Fadenwurms Caenorhabditis elegans, haben er und Zeit auszumisten! Schnell holen wir unsere kli- von Tieren, Pflanzen und
Pilzen.
sein Forschungsteam ein essentielles Puzzleteil ent- maneutralen Post-it-Zettel zur Hand und kleben
schlüsselt: die Rolle des Proteins Ubiquitin für den sie auf alles, was ausgedient hat. Erledigt!
Alterungsprozess. Alles, was weg soll, liegt nun auf einem Hau-
fen. Aus Nettigkeit gehen wir den Kram noch mal
Ausmisten – aber mit unserer Partnerin, unserem Partner oder den
mit Augenmaß Kindern zusammen durch. Die Lieblingshose will
eins der Kinder noch tragen. Post-it entfernt. An
Die ursprüngliche Entdeckung von Ubiquitin Tante Käthes Pulli hängen zu viele Erinnerungen,
brachte Aaron Ciechanover, Avram Hershko und um ihn zu entsorgen. Post-it weg (siehe 3A auf
Irwin Rose 2004 den Nobelpreis für Chemie ein. S. 26). Aber das T-Shirt. Das kommt mit den an-
Sie entdeckten damals bereits, welche grundsätz- deren ausgemisteten Klamotten in den Altklei-
liche Funktion es in unseren Zellen übernimmt: dercontainer (siehe 3B auf S. 26). Nach dem Klei-
es entrümpelt. So sorgt es dafür, das überlebens- derschrank fällt unser Blick auf das Kinderzimmer
wichtige Gleichgewicht der Proteine innerhalb unserer Kleinen, die gar nicht mehr so klein sind.
einer Zelle zu wahren. Doch das funktioniert im Sie brauchen dringend ein Jugendzimmer. Also
Alter immer schlechter. geht es lustig weiter mit dem Ausmisten.
Was genau in den gealterten Zellen schief läuft, Überall in unseren vier Wänden finden wir Pröll,
haben Vilchez und sein Team nun herausgefun- den wir anhäufen und gelegentlich ausmisten
26
2021 27A LT E R N S F O R S C H U N G
Der Prozess der zellu-
lären Entrümpelung in
jungen und alten Zellen:
Während in jungen
Zellen der Entsorgungs-
prozess im Gleichge-
wicht ist, können sich
in alten Zellen zu viele
Proteine ansammeln.
Das schränkt die Zelle in
ihrer Funktion ein und
kann sogar zum Zelltod
führen.
müssen. Denn nimmt er überhand, ist das eine Ubiquitin-Markierung durch ein wei-
für unser Wohlbefinden nicht gut. Wenn teres Protein, die Ubiquitinase – ähnlich, Ubiquitinase –
Dieses Enzym
alles zugestellt ist, können wir uns nicht wie wir bei unserem Kleiderschrank Post-its
steuert, welche Proteine
mehr frei bewegen oder verschenken kost- eingesetzt haben. Diese mit Ubiquitin mar- innerhalb der Zelle mit
bare Zeit, wenn wir etwas nicht finden, das kierten Proteine werden danach über das Ubiquitin zur Entsorgung
wir dringend benötigen. Doch wir sollten es Proteasom – den Altkleidercontainer – ent- markiert werden. Diesen
Markierungsvorgang
auch nicht übertreiben. Genauso schädlich sorgt. So wird innerhalb unserer Zellen ein
nennt man Ubiquitinie-
ist es nämlich, wenn wir alles radikal weg- ausgewogenes Gleichgewicht hergestellt, rung.
schmeißen und überlebenswichtige Dinge das für ihre Langlebigkeit wichtig ist. Man
dabei abhandenkommen. nennt diese Balance unter den Proteinen
auch Proteostasis. Proteasom –
» Im Alter gerät der Gibt es zu viele oder
zu wenige Proteine,
Proteasome,
oder auch »Müllvernich-
ter der Zelle«, bauen
Entrümpelungsapparat aus büßt die Zelle in ih-
rer Funktion ein. Sie
ubiquitinierte Proteine
ab. Eigentlich sind sie
dem Gleichgewicht.«
eher eine Art Recycling-
kann unbeweglicher anlage: Proteine werden
oder fragil werden in kleinere Peptide und
und so beispielswei- Aminosäuren zerlegt, um
se ihre Form nicht wiederum als Bausteine
für neue Proteine zu
Auch Zellen können zu voll oder zu leer mehr halten. Bei einer Muskelzelle wäre das dienen.
sein. Sie bestehen aus Proteinen, die jeweils fatal.
wichtige Funktionen erfüllen. Ubiquitin ist Das CECAD-Forschungsteam entdeckte,
unter ihnen dafür zuständig, für Balance in dass diese Entrümpelung durch Ubiquiti-
der Zelle zu sorgen. Fehlerhafte, falsch ge- nase und Ubiquitin bei gealterten Zellen
faltete oder überzählige Proteine erhalten nicht mehr optimal abläuft. Der Grund:
KÖLNER
UNIVERSITÄTSMAGAZIN 28A LT E R N S F O R S C H U N G
Deubiquitinierung – Der Ge-
genspieler der Ubiquitinierung
ist die Deubiquitinierung, die durch
verschiedene Proteine ausgelöst wird.
In dem Prozess wird das Ubiquitin von
markierten Proteinen, die doch noch
benötigt werden, wieder entfernt. Auch
die Deubiquitinierung ist ein wichtiger
Prozess, denn sie reguliert die Stabilität
der Proteine. Wenn sie im Alter über-
handnimmt, kann sie jedoch den Zelltod
beschleunigen.
Das CECAD Forschungszentrum. Insgesamt forschen hier und an den anderen Standorten des Exzellenz-
clusters für Alternsforschung über 650 Wissenschaftler:innen an alternsassoziierten Krankheiten. Zum
Cluster gehören neben der Universität zu Köln die Uniklinik, die Max-Planck-Institute für Stoffwechselfor-
schung und für Biologie des Alterns sowie das Zentrum für neurodegenerative Erkrankungen (DZNE).
eine erhöhte Deubiquitinierung, also quasi Ubiquitinase und verringerten experimen- die Lebensdauer der Fadenwürmer, die in der
ein übermäßiges Entfernen der »Ubiqui- tell die Anzahl der Proteine. Die Vermutung Regel etwa 19 Tage überleben, um drei bis vier
tin-Post-its«. »Diejenigen Proteine, die die ging auf: »Die Verringerung des Protein- Tage verlängern. Also um fast ein Fünftel.
Ubiquitin-Markierung entfernen, werden spiegels dieser nicht markierten Proteine
mit zunehmendem Alter aktiver«, erklärt reichte tatsächlich aus, um die Langlebig- Das Ziel: den Alterungs-
Vilchez. In einer jungen, intakten Zelle seien keit zu verbessern«, fasst Koyuncu ihre Ent- prozess verzögern
die Ubiquitinierung und die Deubiqutinie- deckung zusammen.
rung im ausgeglichenen Wechselspiel. Die Das Team konzentrierte sich in den Fol- Ein Dasein in Balance ist also das A und O
Entfernung von Ubiquitin ist wie eine wei- geanalysen auf die zwei Proteine IFB-2 und für ein langes Leben – auch auf Zellebene.
tere Kontrollinstanz zu verstehen, falls doch EPS-8, bei denen sie im Vorfeld ausgemacht Dem gegenüber steht die sinnbildliche Ver-
mal zu viele Proteine durch Ubiquitin mar- hatten, dass die Markierung durch Ubiquitin wahrlosung und der letztendliche Zelltod
kiert sind oder sie wieder gebraucht werden. während des Alterungsprozesses von C. ele- durch eine höhere Aktivität der Deubiquiti-
Bei einer gealterten Zelle übersteigt die An- gans fehlte. Erhöhte Proteinmengen von IFB-2 nierung. Wie wichtig das Gleichgewicht der
zahl der Deubiquitinerung jedoch plötzlich führen zum Beispiel dazu, dass der Darm Proteine für den Alternsprozess ist, ist nun
die der Ubiqutinierung. Chaos! In der Folge nicht richtig verdaut, Nährstoffe nicht auf- also bekannt. Auch in menschlichen Zellen
häufen sich die Proteine rasant an, beschä- nehmen kann und zudem anfälliger für bak- sind die jeweiligen Proteine und Prozesse
digte können nicht entsorgt werden, einige terielle Infektionen ist. Tatsächlich reichte es zu finden. Doch ob, und wenn ja wie, auch
wichtige fehlen sogar. Die Zelle stirbt. aus, die Menge von IFB-2 im erwachsenen beim Menschen dieses Zusammenspiel ge-
Fadenwurm zu verringern, um wieder eine zielt beeinflusst werden kann, muss noch
Proteinspiegel runter, normale Darmfunktion zu erreichen. Beim untersucht werden. Auch, um auf dieser
Lebenserwartung rauf Protein EPS-8, das sich in den Zellen beispiels- Grundlage Therapien oder Medikamente
weise auf Muskelfunktion und Beweglichkeit entwickeln zu können.
»Wir wollten herausfinden, ob das Gleich- auswirkt, stellten die Wissenschaftler:innen Es liegt also noch viel Grundlagenfor-
gewicht in den Zellen durch einen Eingriff fest, dass zu viele dieser Proteine die Zelle schung vor David Vilchez und seinem Team
von außen wiederhergestellt werden kann starr macht. Die Verringerung von EPS-8 in – und vor Forschungsgruppen weltweit. Die
– und ob sich das auf die Langlebigkeit der der Zelle führte ebenso zu einer Verbesserung Wissenschaftler:innen am CECAD haben je-
Zellen und somit den gesamten Organis- der Beweglichkeit. denfalls im Verlauf ihrer Arbeit einen umfas-
mus auswirkt«, sagt Dr. Seda Koyuncu aus »Wir haben eine neuartige Verbindung senden Datensatz über jegliche durch Ubiqu-
dem Forschungsteam um Vilchez. Dazu zwischen dem Altern und Veränderungen itin markierten Proteine zusammengetragen.
untersuchten sie Fadenwürmer mit einem der Proteinzusammensetzungen in der Zel- Dieser Datensatz bildet ein wichtiges Funda-
defekten Proteasom, um Proteine zu identi- le hergestellt. Das Gleichgewicht der Zellen, ment für die weitere Forschung, da ist Vilchez
fizieren, die mit dem Alter weniger markiert das durch das Zusammenspiel aus Ubiquiti- sich sicher: »Unsere Erkenntnisse könnten in
werden. Koyuncu: »Diese Proteine konnten nierung, Deubiquitinerung und Proteasom Zukunft neue Wege aufzeigen, um den Alte-
vom defekten Proteasom nicht aufgeräumt geregelt wird, beeinflusst die Langlebigkeit rungsprozess zu verzögern, bestenfalls zu re-
werden und sammelten sich in der Fol- der Zellen und in der Folge die des ganzen gulieren und so die Lebensqualität im Alter
ge übermäßig an.« Also übernahmen die Organismus«, sagt David Vilchez. Mit ihren zu verbessern.«
Forscher:innen die Rolle von Ubiquitin und Erkenntnissen konnten die Forscher:innen
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2021 29A LT E R N S F O R S C H U N G
Neuartige Uhr kann
das biologische Alter aus
der Genaktivität ablesen
Schlägt eine bestimmte Therapie bei einem Patienten an oder nicht? Das ließe sich
auch anhand der Genaktivität belegen. Am Exzellenzcluster für Alternsforschung CECAD
wurde eine »Alternsuhr« entwickelt, die genau das messen kann. Und sie kann noch mehr:
das biologische Alter von Organismen präziser bestimmen als alle bisherigen Methoden.
HANNAH REITER
W
ie alt bin ich? Diese Frage ist für die
meisten Menschen wohl recht ein-
fach zu beantworten. Das chrono-
logische Alter misst den Zeitraum ab unserer
Geburt. Jedes Jahr kommt ein weiteres hinzu.
Doch das ist nicht die einzige Berechnung, die
für Organismen und ihr Altern von Bedeutung
ist, denn es gibt neben dem chronologischen
auch das biologische Alter.
»Jeder Mensch, jeder Organismus altert
ein bisschen anders. Daher können sich das
chronologische Alter und das biologische Al-
ter unterscheiden«, sagt Professor Dr. Björn
Schumacher. Schumacher ist Genetiker und
Forschungsgruppenleiter am Exzellenzcluster Anhand des Fadenwurms C. elegans nah- und individuell bestimmen
für Alternsforschung CECAD sowie am Zent- men die Forscher das Transkriptom in den können, ob eine bestimmte
rum für Molekulare Medizin Köln. Gemein- Blick: es bezeichnet alle in einer Zelle tran- Therapie, ein Ernährungs-
sam mit dem Bioinformatiker David Meyer skribierten, also von der DNA in RNA umge- oder Sportprogramm für
hat er eine Uhr entwickelt, die das biologische schriebenen Gene. Bisher galt das Transkrip- den Einzelnen erfolgreich
Alter mit einer bislang unerreichten Präzision tom als zu komplex, um daraus das Alter ist. »Beeinflusst eine the-
messen kann: die BiT age Alternsuhr (binari- abzuleiten. Deshalb gelang es bisher nicht, rapeutische Maßnahme die
sierte Transkriptom-Alternsuhr). genaue Alternsuhren aus der Genaktivität Aktivität der Gene, können wir
Das biologische Alter ist die Summe unse- abzuleiten. Der neue Ansatz von Meyer und das jetzt direkt messen und schauen,
rer körperlichen Verfasstheit im Hinblick auf Schumacher nutzt jedoch einen mathema- ob die Therapie anschlägt«, beschreibt
unsere natürliche Lebensdauer und unser tischen Trick, um die Unterschiede der Gen- Meyer die Einsatzmöglichkeiten der Uhr.
Risiko altersbedingter Krankheiten. Um es zu aktivität auszuschalten. Da die binarisierte Wenn ihre Messungen beispielsweise zeigten,
berechnen, brauchte es bisher eine sehr kom- Transkriptom-Alternsuhr Gene lediglich in dass ein zuvor inaktives Gen durch ein neu-
plizierte Technik, die noch dazu nicht sehr »an« oder »aus« unterteilt, minimiert sie die es Medikament zu einem späteren Zeitpunkt
genau war: die epigenetische Uhr. Diese Uhr, hohe Variation. als aktiviert gemessen wird, kann das darauf
auch als »Horvathsche Lebensuhr« bekannt, Durch die neue Methode können die ge- hindeuten, dass die Einwirkung von außen
beruht auf dem Muster von Methylierungen, messenen Daten sehr viel einfacher inter- Früchte trägt und vom Körper angenommen
kleinen chemischen Gruppen, die sich auf pretiert werden – auch beim Menschen. »Da wird.
die DNA setzen und sich im Alter verändern. BiT age rein auf der Genaktivität beruht, ist sie Bislang kommt die BiT age Alternsuhr noch
BiT age funktioniert anders. »Zur Messung bei jedem Organismus anwendbar. So ließe sie nicht bei Menschen zum Ein-
des biologischen Alters muss bestimmt wer- sich auch zur Vorhersage des menschlichen satz. Sie wird aber gerade so
den, ob ein Gen ›an‹ oder ›aus‹ ist, ob es aktiv Alters schnell und mit sehr hoher Genauigkeit weiterentwickelt, dass sie
ist oder nicht«, beschreibt David Meyer das anwenden«, erklärt Schumacher. Die Forscher künftig im Klinikalltag ange-
Grundgerüst der Alternsuhr. wollen mithilfe der Alternsuhr künftig exakt wandt werden kann.
KÖLNER
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