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Klimageschichte im Eis

In der Antarktis wollen europäische Forscher wichtige Klimadaten aus den letzten 1,5 Millionen Jahren analysieren

Alfred-Wegener-Institut- In einem Projekt der Europäischen Union haben Forscher von 14 Institutionen in zehn europäischen Ländern im Eis der Antarktis drei Jahre lang nach einem Ort gesucht, an dem sie am besten die Klimageschichte der letzten 1,5 Millionen Jahre untersuchen können. Das Ergebnis hat das Konsortium Beyond EPICA – Oldest Ice (BE-OI) unter Leitung von Olaf Eisen vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven heute auf einer Tagung der „European Geosciences Union“ in Wien vorgestellt.

Ausgewählt haben die Forscher einen der kältesten, trockensten und leblosesten Plätze, die es auf der Erde gibt: „Little Dome C“ liegt drei Stunden Schneemobil-Fahrt (30 Kilometer) von der Antarktis-Station Dome Concordia entfernt, die Frankreich und Italien auf dem Eis des Wilkes-Landes in einer Höhe von 3233 Meter über dem Meeresspiegel betreiben. Niederschläge beobachten die Forscher dort kaum einmal, und im Jahresdurchschnitt liegen die Temperaturen bei minus 54,5 Grad Celsius. Wärmer als minus 25 Grad wird es dort sehr selten und im Winter fallen die Temperaturen manchmal unter minus 80 Grad.

Wo heute die Concordia-Station steht, bohrten Forscher zwischen 1996 und dem Dezember 2004 im Rahmen des europäischen EPICA-Projektes (European Project for Ice Coring in Antarctica) 3270 Meter tief ins das Eis der Antarktis. Mit genauen Analysen der so erhaltenen Bohrkerne konnten Forscher die Klimageschichte der vergangenen 800.000 Jahre zuverlässig rekonstruieren. „In dieser Zeit wechselten sich lange Kaltzeiten mit kürzeren warmen Epochen in einem Rhythmus von ungefähr hunderttausend Jahren ab“, erklärt AWI-Forscher und BE-OI-Projektkoordinator Olaf Eisen. Da in diesem Eis auch winzige Bläschen eingeschlossen sind, die noch Luft aus der Zeit enthalten, in der das Eis sich bildete, können die Klimaforscher darin den Gehalt der wichtigen Treibhausgase Kohlendioxid und Methan messen. Und sie finden klare Zusammenhänge: War das Klima auf der Erde kalt, gab es viel weniger Kohlendioxid und auch weniger Methan in der Luft als in wärmeren Epochen.

Aus den Jahrhunderttausenden vor dieser Zeit haben die Forscher bisher allerdings keine Eisbohrkerne, in deren Luftbläschen sie den damaligen Gehalt der Treibhausgase messen könnten. Gerade in dieser Epoche aber hat sich der Rhythmus stark verändert, in dem sich Kaltzeiten und wärmere Perioden abwechseln: „Vor mehr als 1,2 Millionen Jahren dauerte ein solcher Zyklus nur etwa 40.000 Jahre, ausgelöst durch regelmäßige Änderungen in der Neigung der Erdachse. Danach folgte eine 300.000 Jahre lange Übergangszeit, bevor vor rund 900.000 Jahren dann der Hunderttausend-Jahre-Rhythmus begann“, erklärt Olaf Eisen.

Diese Entwicklung kennen Klimaforscher aus Untersuchungen der Sedimente, die sich in diesen Zeiten am Meeresgrund abgelagert haben. Solche Analysen liefern Hinweise auf die damaligen Temperaturen und auf die Massen der Eispanzer, die in diesen Zeiten über der Antarktis, über Grönland und zeitweise auch über Nordamerika und dem Norden Europas lagen. Daten zu den Treibhausgasen Kohlendioxid und Methan und deren Zusammenhänge mit der Entwicklung des Klimas erhalten die Forscher dagegen nur aus den Luftbläschen, die in dieser Zeit im Eis eingeschlossen wurden.

„Es gibt daher sehr gute Gründe, nach den 800.000 Jahre alten EPICA-Proben bis in mindestens 1,5 Millionen Jahre altes Eis zu bohren“, erklärt Olaf Eisen. Damit könnten die Forscher nicht nur die Klimazusammenhänge der „mittleren Pleistozän-Übergangszeit“ untersuchen, sondern auch den davor liegenden 40.000-Jahre-Rhythmus. Da die im Eis enthaltenen Moleküle im Laufe vieler Jahrtausende ein wenig diffundieren und so die Analysen „verschmieren“, suchen die Forscher Eis mit einer höheren Auflösung, in dem zehntausend Jahre Klimageschichte in einem mindestens einen Meter langen Bohrkern stecken, in dem das Verschmieren eine geringere Rolle spielt.

In den vergangenen drei Jahren suchten die Forscher aus zehn europäischen Ländern, unterstützt von Kollegen aus den USA, Australien, Japan und Russland, in der Antarktis im BE-OI-Projekt daher Eis, das diese Kriterien erfüllt. Bei Flügen über die Antarktis analysierten sie mit Radarstrahlen die unter der Oberfläche liegenden Schichten des Eises, die sie mit bis zu 400 Meter tiefen Probebohrungen auch direkt untersuchten. Aus diesen Ergebnissen schlossen die Forscher auf die Verhältnisse in tieferen und damit älteren Schichten. Dabei kristallisierte sich der „Little Dome C“ als bester Kandidat für mindestens 1,5 Millionen Jahre altes Eis heraus, das in seinen ältesten Bereichen noch eine gute Auflösung hat und das unter dem riesigen Druck der darüber liegenden Massen auch an seiner Basis nicht schmilzt.

Gibt die Europäische Union wie erhofft grünes Licht für die zweite Phase von BE-OI, werden die Forscher koordiniert von Carlo Barbante von der Universität von Venedig auf dem „Little Dome C“ ein Feldcamp aufbauen, in dessen Containern die Mannschaft während der Bohrungen in recht einfachen Verhältnissen leben wird. Voraussichtlich Mitte November 2021 kann dann eine Bohrung beginnen, mit der zehn Zentimeter dicke Eiskerne gewonnen werden. In drei Antarktissommern soll diese Bohrung dann jeweils von Mitte November bis Anfang Februar fortgesetzt werden, bis 2024 eine Tiefe von 2730 Metern erreicht wird, in der das Eis mindestens 1,5 Millionen Jahre alt sein dürfte. Im Jahr 2025 sollten die ersten Daten der Bohrkern-Analysen vorliegen, aus denen das internationale Forscherteam dann die Zusammenhänge zwischen den Treibhausgasen und dem Klima in der „mittleren Pleistozän-Übergangszeit“ und den davor liegenden Epochen untersuchen wollen.

Hintergrundinformationen:
BE-OI ist der europäische Beitrag für die weltweite Suche nach der geeigneten Stelle für eine Eisbohrung. Das Konsortium übernimmt die Vorstudien für die Standortwahl rund um Dome C und Dome Fuji, beides potentiell geeignete Regionen in der Ostantarktis. Weitere Wissenschafts-Konsortien untersuchen im Rahmen von IPICS (International Partnerships in Ice Core Sciences) andere Lokationen. Dieses Projekt wird gefördert von der Europäischen Union im Horizon 2020 Forschungs- und Innovationsprogramm unter der Förderungsnummer 730258.

Mitglieder im BE-OI-Konsortium:

• Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI, Deutschland), Koordination
• Institut Polaire Français Paul Émile Victor (IPEV, France)
• Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l’energia e lo sviluppo economico sostenibile (ENEA, Italy
• Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS, France)
• British Antarctic Survey (NERC-BAS, Great Britain)
• Universiteit Utrecht – Institute for Marine and Atmospheric Research (UU-IMAU, Netherlands)
• Norwegian Polar Institute (NPI, Norway)
• Stockholms Universitet (SU, Sweden)
• Universität Bern (UBERN, Switzerland)
• Università di Bologna (UNIBO, Italy)
• University of Cambridge (UCAM, Great Britain)
• Kobenhavns Universitet (UCPH, Denmark)
• Université Libre de Bruxelles (ULB, Belgium)
• Lunds Universitet (ULUND, Sweden)

5G – chinesischen Einfluss begrenzen?

Huawei arbeitet längst an Deutschlands Infrastruktur mit

(FAZ) Von Henning Sassenrath

Spioniert Huawei für den chinesischen Staat oder nicht? Viele Länder stellen sich die Frage, ob der Konzern an kritischer Infrastruktur mitwirken soll. Was viele nicht wissen: Zwei deutsche Städte arbeiten längst mit den Chinesen zusammen.

Die BBC nennt Huawei„das umstrittenste Unternehmen der Welt“. Amerika hält den Konzern für zu gefährlich, ihm den Aufbau des 5G-Mobilfunknetzes anzuvertrauen, und setzt Länder rund um die Welt unter Druck, das zu unterlassen; es steht der Verdacht der Spionage für den chinesischen Staat im Raum. Und auch in Deutschland fragt man sich, ob es bei kritischen Infrastrukturen Kooperation mit den Chinesen geben sollte.

Was viele nicht wissen: Zwei Städte im Ruhrgebiet, Gelsenkirchen und Duisburg, arbeiten schon längst mit dem Konzern zusammen. Die beiden Städte wollen, dass Huawei sie, wie schon 160 andere Städte in mehr als 40 Ländern, in „Smart Cities“ verwandelt, also digital modernisiert.

Huawei ist Vorreiter bei der Entwicklung der intelligenten Stadt, aber nicht alle teilen die Begeisterung der Chinesen: Spionage, Staus, Stromausfall – die digitale Vernetzung von Städten birgt auch große Risiken und macht sie verwundbar für Angriffe. Doch Gelsenkirchen und Duisburg, zwei der finanzschwächsten Städte Deutschlands, sehen im chinesischen Giganten die Chance, bei dem Wandel zur „Smart City“ dabeizusein.

Dann lieber Cisco?

Die kritischen Diskussionen um Huawei hat man natürlich auch im Rathaus Gelsenkirchen verfolgt. „Huawei ist preiswert, technisch führend und hat die öffentlichen Ausschreibungen gewonnen. Und was wäre die Alternative – Cisco?“, sagte Martin Schulmann, Sprecher von Gelsenkirchens Bürgermeister. Der amerikanische Auslandsgeheimdienst NSA nutzte nachweislich Geräte des amerikanischen Herstellers Cisco zur Spionage.

Seit 2016 arbeiten Gelsenkirchen und Huawei an einer Vielzahl von Projekten. Die reichen von öffentlichen W-Lan-Angeboten über schnellere Kommunikation der Feuerwehr mit den Bürgern bis zu einer effizienter koordinierten Stadtverwaltung. Schon jetzt verbinden in der Ruhrgebietsstadt 13.000 Kilometer Glasfaserkabelnetz Gewerbegebiete, Schulen, Krankenhäuser und Privathaushalte.

Router liefert Huawei, Netzbetreiber ist der lokale Anbieter Gelsen-Net. Ende Februar haben Gelsenkirchen und Huawei auf dem Mobile World Congress in Barcelona eine Absichtserklärung unterzeichnet, die Zusammenarbeit noch zu verstärken. Als ersten Schritt eröffnen der chinesische Konzern und die Stadt eine Art digitales Freiluftlabor nahe der Veltins-Arena. Dort signalisieren bald Mülltonnen, wenn sie geleert werden müssen, und Autos werden vom Computersystem zum nächsten freien Parkplatz gelotst.

Duisburg hat eine enge Beziehung zu China

Etwas weiter westlich schmiedet Duisburg mit den Chinesen seit Anfang 2018 ebenfalls große Pläne. Als größter Binnenhafen der Welt nimmt die Stadt eine besondere Rolle im Projekt der „Neuen Seidenstraße“ ein, des weltumspannenden Infrastrukturprogramms Chinas. Und so geht es bei „Smart Duisburg“ natürlich auch um Logistikmanagement.

Im Juni unterzeichnete man auf der Cebit einen Rahmenvertrag, um auch in Duisburg ein digitales Nervensystem aufzubauen. „Duisburg hat schon jetzt eine enge Beziehung zu China. Durch die Kooperation mit Huawei wird diese Partnerschaft noch stärker“, betonte Oberbürgermeister Sören Link (SPD) vor einem halben Jahr, bevor sich die Diskussion um Huawei erhitzte.

Im September des vergangenen Jahres nahm Link 18 Begleiter mit auf eine Delegationsreise in die Zukunft. In Shenzhen, zwanzig Kilometer nördlich von Hongkong, steht das Hauptquartier von Huawei. Den Stadtteil Longgang mit mehreren hunderttausend Einwohnern hat der Konzern zu einer total vernetzten „Smart City“Modellstadt gemacht: Beinahe alles ist dort mit elektronischen Sensoren ausgestattet, und gut 41000 Kameras überwachen den Stadtteil, alles ist verbunden, alles wird von Künstlicher Intelligenz ausgewertet.

Die gesammelten Daten fließen im Kommandozentrum, dem „Gehirn von Longgang“, zusammen. Die Resultate sind überwältigend: Nach Angaben der Stadtverwaltung ging die Kriminalität innerhalb eines Jahres um 28,8 Prozent zurück, was mit vollkommener Videoüberwachung erkauft wurde. Durch bessere Kommunikation in den Behörden konnten die Wartezeiten in den Ämtern halbiert werden.

Das Allumfassende des Longgang-Modells zeigt sich gerade in scheinbar kleinen Dingen wie den Straßenlaternen. Nicht nur wird die Straße intelligent beleuchtet (schwächer, wenn niemand da ist). In der Laterne stecken auch Überwachungskameras; zudem überprüft sie die Luftqualität, sorgt für freies W-Lan und ist mit einem Notfallknopf ausgestattet.

Ein Aspekt relativiert die vielbeschworene Gefahr aus Fernost

Von den Mülltonnen vor der Veltins-Arena bis zur Totalüberwachung durch ein autoritäres Regime ist es ein sehr langer Weg. Die Frage bei „Smart Cities“ im Ruhrgebiet ist daher eine andere: Kann China durch die Kooperation deutsche Städte ausspionieren und im Ernstfall kritische Infrastrukturen beschädigen? Huawei ist gesetzlich verpflichtet, mit dem chinesischen Geheimdienst zusammenzuarbeiten, und es existieren personelle Verflechtungen mit der Armee.

Doch der Konzern wurde in Deutschland noch nicht kategorisch vom 5G-Ausbau ausgeschlossen. Seit November betreiben die Chinesen zudem ein Sicherheitslabor bei Bonn, wo auch der Sitz der Bundesnetzagentur ist. Dort können vom Bundesamt für Sicherheits- und Informationstechnik (BSI) die Quellcodes der Huawei-Produkte auf Sicherheitslücken überprüft werden.

Und noch ein Aspekt relativiert die manchmal beschworene Gefahr aus Fernost: Digitalisierungsstrategien wie Gelsenkirchen und Duisburg haben heute nahezu alle deutschen Großstädte, und nahezu alle suchen in der Umsetzung die Unterstützung großer Konzerne. „Die EU-Förderungen sind darauf angelegt, dass sich Städte ein großes Technologieunternehmen als Partner suchen“, erklärt Jens Libbe vom Deutschen Institut für Urbanistik.

So kooperiert eine der führenden „Smart Cities“ in Deutschland, München, mit Siemens, aber es gibt deutschlandweit auch viele weitere ausländische Akteure, so wie Panasonic – oder die schon erwähnte Cisco Corporation aus Amerika. Nach Prognosen der International Data Corporation werden bis 2021 auf der ganzen Welt 135 Milliarden Dollar in „Smart City“-Projekte investiert. Gerade für ärmere Kommunen ist es schwierig, an diesem Trend teilzuhaben. Da ist Huawei ein willkommener Partner für den großen Sprung nach vorn im Ruhrgebiet.

Kinder sollten gegen Rotavirus geimpft werden

2019/03/2019 In Australien ging in der Periode vom Jahr 2000 bis 2015 die Inzidenz von neu diagnostiziertem Typ-1-Diabetes bei Kindern ab dem Jahr 2008 zurück (1,2). Im Mai 2007 war in Australien die orale Impfung gegen Rotavirus bei allen Kindern ab der 6. Lebenswoche eingeführt worden, an der schätzungsweise 84% aller Kinder teilnahmen. In Australien werden so gut wie alle Kinder mit neu diagnostiziertem Typ-1-Diabetes vom National Diabetes Services Scheme erfasst. Für alle 0-14 Jährigen ergab sich zusammen eine mittlere Rate von 12.7 (95% CI, 11.0 -14.8) Fällen pro 100.000 Kindern. Für die Teilnehmer von 0-4 Jahre errechnete sich ein Rückgang der Inzidenz nach Einführung der Rotavirus-Impfung von 14% (p=0.04). Für die älteren Kinder (5-9 und 10-14J) war der Rückgang nicht signifikant

Den Autoren war schon vor längerer Zeit ein Zusammenhang zwischen einer Rotavirus-Infektion, der häufigsten Ursache einer Gastroenteritis in der Pädiatrie, und dem Auftreten von diabetesspezifischen Antikörpern bei genetisch empfänglichen Kindern aufgefallen. Bei Mäusen triggerte das Rotavirus den Tod von ß-Zellen im Pankreas und eine transiente Hyperglykämie. Schließlich fand man auch ein Oberflächen-Antigen des Rotavirus, VP7 genannt, das strukturell den Betazell-Autoantigenen ähnlich war, die bei der Entstehung eines Typ-1-Diabetes beteiligt waren. Somit könnte diese „molekulare Mimikrie“ das Immunsystem so alterieren, dass die Betazell-Attacken gefördert werden (siehe 2). An Mäusen entfaltete auch eine Impfung gegen das Enterovirus Coxsackie-B eine Schutzwirkung vor Typ-1-Diabetes (3). Diese Viren stehen ebenfalls im Verdacht, zu einem Betazellverlust zu führen. Frau Teresa Rodiguez-Calvo vom Diabetes-Institut des Helmholtz-Zentrums in München (Direktorin: Frau Prof. Anette Ziegler) erforscht mit ihren Mitarbeiter*innen schon seit vielen Jahren einen Zusammenhang zwischen Virusinfektionen und endokrinem Pankreas (Übersicht: Lit. 4, siehe auch 5).

Rotavirus-Infektionen dürften aber nur einer von den bei der Entstehung eines Typ-1-Diabetes beteiligten Umweltfaktoren bei genetisch empfänglichen Kindern sein. Die Rotavirus-Impfung schützt jedoch möglicherweise zumindest bei einem Teil der Kinder vor Typ-1-Diabetes. Aus der gefundenen Assoziation kann man freilich keinen kausale Zusammenhang ableiten. Vielleicht sind andere Änderungen in den Umweltbedingungen, die zur gleichen Zeit stattfanden, die Ursache für den epidemiologisch beobachteten Rückgang des Typ-1-Diabetes bei den Kindern. Fraglich ist auch, ob ein gleiches Phänomen auch in anderen Ländern zu finden ist. So hat eine Fall-Kontroll-Studie in Finnland an knapp 500 Kindern dieses nicht gesehen (6). In Australien zumindest nahmen nach der Rotavirus-Impfung seit 2008 die neuen Fälle von Typ-1-Diabetes von 130 auf 110 pro Jahr ab (2).

Wenn man so wie auch der DGE-Blogbeauftragte (H.S) das jahre- und jahrzehntelange Suchen nach Präventionsmöglichkeiten des Typ-1-Diabetes zumindest bei genetisch belasteten Neugeborenen und Kindern verfolgt, so wird man von den Australischen Resultaten beeindruckt sein. Man muss abwarten, ob sich tatsächlich ein kausaler Zusammenhang finden lässt und ob die Resultate auch bei uns reproduzierbar sind. Ob in Deutschland eine 84%ige (!) Rate von Rotavirus-Impfungen erzielbar ist, erscheint dem Referenten gerade bei der heute weit verbreiteten Impfmüdigkeit oder sogar Impfgegnerschaft höchst unwahrscheinlich, wenn auch bei uns die Ständige Impfkommission STIKO seit 2013 die Rotavirus-Impfung für Kleinkinder zum Schutz vor Durchfällen und Magen-Darm-Erkrankungen empfiehlt.

Prof. Helmut Schatz

Diektor a.D. der medizinischen Universitätsklinik Bergmannsheil der Ruhr-Universität Bochum. Seit seiner Emeritierung arbeitet er als niedergelassener Arzt in einer Praxis. Der Schwerpunkt liegt auf der Endokrinologie und der Diabetologie.

Hormone aus Pflanzen und Mikrobiota

Graz, 25. März 2019:

Auf dem 62. Kongress für Endokrinologie vom 20.-22. März 2019 in Göttingen hielt Barbara Obermayer-Pietsch von der Medizinischen Universität Graz eine Keynote-Lecture über  neue Aspekte der Endokrinologie im Kontext von Frauen- und Männergesundheit. „Externe“ Hormone aus Pflanzen und Mikrobiota rücken in den Blickpunkt endokriner Studien, die Wirkungen dieser hormonellen Modulatoren werden zunehmend messbar. Frau Obermayer-Pietsch hat den Inhalt ihres Vortrages dankenswerterweise sofort für unseren DGE-Blog zusammengefasst.

„Gesunde Ernährung“ wird seit vielen Jahren propagiert – sie sollte große Anteile an Gemüse und Früchten enthalten. Was viele Konsument*innen und selbst Endokrinolog*innen nicht wissen oder andenken, ist der Anteil an Pflanzenhormonen und -Mikroben, den wir dabei mit unserer Ernährung aufnehmen und die zu entscheidenden Hormon- und Stoffwechselwegen beitragen und pleomorphe Wirkungen haben können.

Pflanzenhormone sind essentielle Regulatoren der Pflanzenphysiologie und der involvierten Mikroben, die umgekehrt die Funktionen ihrer Wirtspflanzen entscheidend beeinflussen können. Über die Bereitstellung von Eiweißen und Kohlenhydraten, Spurenelementen und anderen wichtigen Nahrungsbestandteilen durch Pflanzen hinaus beeinflussen Phytohormone im Menschen die Glukosehomöostase, Entzündungsprozesse und zelluläre Vorgänge (Übersicht: Chanclud 2017) und sind damit wichtige Faktoren für Diabetes, entzündliche Darmerkrankungen oder die Krebsentstehung, aber auch für psychotrope Effekte über die bekannte Darm-Hirn-Achse.

Das Mikrobiom im Darm metabolisiert viele dieser Pflanzenhormone, z.B. die bekannten Isoflavone Genistein und Daidzein (Kuhnle 2009), die über massenspektrometrische Methoden nachgewiesen werden können. So sind Bohnen, u.a. auch Sojabohnen, besonders reich an Phytoöstrogenen, während Phytoandrogene typischerweise in Ginseng oder Galgant aus der Ingwerfamilie und anderen Quellen zu finden sind (Costa 2018).

Pflanzenhormone haben chemische Ähnlichkeiten mit humanen Hormonen und können daher auch als selektive Östrogen- und Androgenrezeptor-Mediatoren (SERMS und SARMS) agieren – dabei wurden u.a. für Equol, einen Metaboliten aus Daidzein, zahlreiche klinische Wirkungen untersucht. Die Verstoffwechselung aus den ursprünglichen Pflanzensubstanzen zu einem wirksamen SERM erfolgt laut der „Equol-Hypothese“ allerdings nur bei Personen, die über die entsprechende mikrobielle „Ausstattung“ in ihrem Darm verfügen (Setchell 2002). Das kann mit einer Messung des Konzentrations-Quotienten aus Metabolit und Ausgangshormon im Harn nach entsprechend forcierter Zufuhr (z.B. Sojamilch) nachgewiesen werden. „Equol-Producer“ sind etwa 30% der Europäerinnen und Europäer, in Asien betrifft diese Eigenschaft weit größere Bevölkerungsanteile. Welche Bestandteile des Mikrobioms diese Umwandlung auslösen und wie sie interagieren, ist noch nicht restlos geklärt. Ebenso sind die möglicherweise betroffenen hormonellen Erkrankungen, Fertilität und Krebsrisiko weiterhin Gegenstand der aktuellen Forschung. Dass sogar die Inkretinbildung und -wirkung (Creutzfeld 1979) von mikrobiellen Veränderungen betroffen ist, zeigen aktuelle Publikationen aus den letzten Monaten (Lee und Harada, 2018).

Auch Phänomene der Autoimmunität wurden in diesem Zusammenhang angesprochen – es gibt wichtige Hinweise auf eine „Reprogrammierung“ der Immunzellen über eine erhöhte Kohlenhydratzufuhr im Darm und entsprechend hohe Blutzuckerspiegel aus der Arbeitsgruppe um Eike Latz in Bonn (Christ, 2018). Dabei kommt es zu überschießenden Aktivierungen des Entzündungsspektrums, die auch nach Rückkehr zu einer niederkalorischen Ernährung bestehen bleiben. Damit könnte die Zunahme klinisch wichtiger autoimmuner Phänomene wie der Immunthyreopathien oder Allergien teils gut erklärt werden. Als wichtigster Faktor einer gestörten Darmpermeabilität wurde in einer rezenten Science-Publikation (Thaiss 2018) ebenfalls die Hyperglykämie identifiziert, die in umfangreichen Tierversuchen auch zu einer erhöhten Infektanfälligkeit beigetragen hatte.

Die klinischen Wirkungen von Darmmikrobiota, Phytohormonen und möglichen prä- und probiotischer Interventionen werden an der Medizinischen Universität Graz im Rahmen des CBmed-Projektes (Center for Biomarker Research in Medicine, cbmed.org), gefördert von der Österreichischen Forschungsförderungsgesellschaft in den kommenden Jahren weiter untersucht.

Prof. Dr. Barbara Obermayer-Pietsch, Graz

Kennen Sie das Turner-Syndrom ?

Auf dem 62. Kongress der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie in Göttingen vom 22.-24. März 2019 war das Turner-Syndrom (= Ullrich-Turner-Syndrom, Monosomie X) ein wichtiges Thema. Jede/r Medizinstudent/in lernt im Studium die beiden Chromosomenanomalien X0 (Turner-Syndrom) und XXY (Klinefelter-Syndrom) und vielleicht auch etwas über deren Chromosomen-Mosaike. Später, während der Berufsausübung,  tritt die Monosomie X jedoch meist in den Hintergrund der Tätigkeit und damit auch des Bewußtseins. In der Allgemeinbevölkerung ist das Turner-Syndrom weitestgehend unbekannt. Auf der Pressekonferenz vor Beginn des Kongresses hielt  Frau Kerstin Subtil (siehe Abbildung) als Betroffene und Referentin für Öffentlichkeitsarbeit der Turner-Syndrom-Vereinigung Deutschland e.V. einen Vortrag darüber. Am 23.3.2019 fand ein gut besuchtes Frühstückssymposium  unter dem Vorsitz von Michael Ranke, Tübingen, mit dem Titel „Turner Syndrome in Adults and Children“ statt, und anschließend ein Hauptsymposium, in dem auch über die Erfahrungen aus den Niederlanden berichtet wurde . Darauf erfolgte die Offizielle Gründung der Turner-Zentren in unserem Lande.

Auf meine Bitte hin hat sich Frau Kerstin Subtil bereit erklärt, den Inhalt Ihres Presse-Vortrages für den DGE-Blog zur Verfügung zu stellen. Herzlichen Dank für das rasche Übersenden des unten stehenden Textes!

Die Turner-Syndrom-Vereinigung Deutschland e.V. setzt sich seit mehr als 30 Jahren für Betroffene und ihre Familien ein. Wir konzentrieren uns auf die Unterstützung bei der Diagnoseverarbeitung sowie auf den Austausch und die Weitergabe von Informationen. In 26 Regionalgruppen wird diese Arbeit in ganz Deutschland vor Ort geleistet. Daneben finden mehrere Treffen auf Bundesebene statt (Jahrestreffen, Weibertreffen, Frauenwochenende, Elternwochenende und Paarewochenende).

Bis heute ist es leider immer noch so, dass diese Chromosomen-Variation weitgehend unbekannt ist. Eltern, die neu mit der Diagnose konfrontiert werden, fühlen sich immer noch im Stich gelassen. Es kursieren nach wie vor viele Fehlinformationen. So bekam zum Beispiel ein Vater zu hören, Frauen mit Turner-Syndrom würden nicht älter als 25 Jahre (oder könnten nur in einer Behindertenwerkstätte arbeiten). Tatsächlich liegt die Lebensspanne für Turner-Frauen geschätzt bei etwa 70 Jahren, wenn nicht besondere Symptome etwa am Herzen (s.u.) vorliegen. Schwangeren Frauen wird oft zum Abbruch der Schwangerschaft geraten, wenn  genetisch beim Kind die Diagnose einer Monosomie X gestellt wird.  Bei etwa 1 von 2500 weiblichen Geburten wird  in Deutschland ein Kind mit Turner-Syndrom geboren. Deutschlandweit müsste es also ungefähr 17000-19000 Frauen geben, die diese Variation der Geschlechtschromosomen haben. Es werden überhaupt nur 1-2 % der Mädchen mit einem Turner-Syndrom lebend geboren. Neben der reinen Form 45,X liegt in 40% der Fälle ein sogenanntes Mosaik vor (45,X, 46,XX). Während die Frauen mit reinem Turner-Syndrom in der Regel unfruchtbar sind, können Frauen mit Mosaik spontan in die Pubertät kommen. In  2%-6%  dieser Fälle kommt es auch zu einer Schwangerschaft.

Ohne eine Wachstumsbehandlung werden Frauen mit Turner-Syndrom durchschnittlich 146,5 cm groß.  Man kann sagen, sie werden etwa 20 cm kleiner als ihre Eltern. Wenn eine Betroffene aber große Eltern hat, muss man nicht unbedingt anhand der Größe auf ein Turner-Syndrom kommen. Eine Wachstumshormontherapie wird von ca. 80% der Betroffenen in Anspruch genommen. Auf die Therapie spricht nicht jedes Mädchen gleich an. Im Durchschnitt konnte jedoch ein Anstieg der Endgröße um 7 cm beobachtet werden. Weiterer Handlungsbedarf besteht dann beim Übergang in die Pubertät (wie vorab erwähnt, kommen die Mädchen aber zum größten Teil nicht in die Pubertät). Hier wird durch die Gabe von Hormonen (Östrogen und Gestagen) unterstützt. Ein günstiger Zeitpunkt ist zwischen 11-12 Jahren.

Die Variabilität der Auswirkungen ist so groß, dass viele Fachdisziplinen in die medizinische Versorgung mit eingebunden werden müssen. Dies ist eine große Herausforderung. So können Probleme im HNO-Bereich (Schwerhörigkeit, auch Pterygium colli), am Herzen  (Aortenisthmusstenose, Vorhofseptumdefekt), den Nieren (Hufeisenniere), der Leber, im orthopädischen (Osteoporose)oder psychologischen Bereich vorhanden sein. Die Terminvereinbarung bei jedem einzelnen Arzt und die Fahrzeiten zu allen Fachleuten sind sehr zeitaufwändig. Auf dem Land ist es noch schwieriger, das alles hin zu bekommen, wenn man dort überhaupt auf einen Arzt trifft, der sich mit dem Turner-Syndrom auskennt.

Ein weiterer Aspekt ist die Problematik der Transition vom Pädiater zum Erwachsenen-Endokrinologen. Der Übergang geschieht meist sehr schnell und die junge Erwachsene wird oft nicht gut darauf vorbereitet, wie sie in Zukunft ihre Gesundheitsvorsorge managen soll. Durch einen einheitlichen Bogen in den Zentren soll auch dieser Übergang reibungsloser funktionieren. Wir finden es sehr gut, dass kompetente Fachärzte gemeinsam die Leitlinien zur Behandlung von Mädchen und Frauen mit Turner-Syndrom erarbeitet haben. Solche Leitlinien müssen aber auch umgesetzt werden. Wir unterstützen deshalb die Zertifizierung der Zentren, die sich zur Einhaltung der Leitlinien verpflichten. Wir freuen uns, wenn dadurch die Versorgung besser, umfangreicher und transparenter wird. Wir wünschen uns dadurch eine verbesserte Lebensqualität der Betroffenen und hoffen dass dies auch den Bekanntheitsgrad des Turner-Syndroms steigert.

Wir danken der Deutschen Gesellschaft für Endokrinologie (DGE) und der Deutschen Gesellschaft für Kinderendokrinologie und Diabetologie (DGKED) für die sehr gute Zusammenarbeit und das Engagement, mit dem das Projekt voran getrieben wurde. Ein ganz besonderer Dank geht an Herr Prof. Binder, Herr Prof. Ranke, Frau Prof. Siggelkow, Herr Prof. Wölffle und Herr Prof. Rohrer.

Kerstin Subtil,  Offenbach am Main

Trend zur individualisierten Medizin nimmt Fahrt auf

(Leibniz) Die Personalisierung der Medizin schreitet voran, dies belegte eindrucksvoll das Symposium „Personalisierte Medizin – Diagnostik – Medizintechnik“ des Forschungsverbunds Leibniz Gesundheits­techno­logien am 20. März 2019 in Berlin. Vorgestellt wurden dabei Innovationen von Forschungs­ein­rich­tungen, Kliniken und der Industrie: Angefangen bei künstlicher Intelli­genz zur Unterstützung des Patientengesprächs, über die individuelle Therapie von Tuberkulose bis hin zur lichtbasierten Schnelldiagnostik von Sepsis. Zugleich nahm die Veranstaltung aber auch rechtliche, soziale und ethische Fragestellung der Individualisierung des Gesundheitswesens in den Fokus.

„Die Zeit des Mittelwerts ist vorbei. Das Zeitalter der Präzisionsmedizin hat begonnen. Die Medizin nimmt zunehmend das Individuum in den Blick mit seiner einzigartigen biologischen Ausstattung und psychosozialen Situation“ – so fasste Prof. Ernst Rietschel, ehemaliger Präsident der Leibniz-Gemeinschaft und früherer Vorstandsvorsitzender des Berlin Institute of Health, das eintägige Symposium des Forschungsverbunds Leibniz Gesundheitstech­nologien abschließend zusammen. Vor mehr als 100 Gästen hatten zuvor Wissenschaftler, Ärzte, Industrieentwickler, Ethiker und Juristen den aktuellen Stand der personalisierten Medizin in seiner Vielschichtigkeit beleuchtet.

Die wissenschaftliche Organisation der Veranstaltung und Leitung durch das Programm übernahmen Prof. Jürgen Popp, Sprecher des Forschungs­verbunds „Leibniz Gesundheitstechnologien“ und Direktor des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien, sowie Prof. Wolfram Eberbach, Ethikzentrum der Friedrich-Schiller-Universität Jena und Rechtsanwalt in der Erfurter Kanzlei Bietmann Rechtsanwälte PartmbH.

Von der KI-basierten Anamnese bis zur personalisierten Therapie

So stellte beispielsweise Dr. Martin Christian Hirsch die App „Ada“ vor, mit der Patienten noch vor dem Arztbesuch eine individuelle Vor-Anamnese mit Hilfe künstlicher Intelligenz durchführen können. Insbesondere in Hinblick auf tausende seltenen Krankheiten könnte dies eine große Hilfe für Mediziner darstellen, erklärte Hirsch: „KI-Systeme von Ada Health ersetzen keine Ärzte. Sie machen allerdings das stets wachsende medizinisches Wissen besser handhabbar und schaffen für Ärzte Freiräume, sich wieder stärker empathisch um den Patienten kümmern zu können“. Solche Systeme können künftig eine wichtige Rolle in Gebieten mit mangelnder ärztlicher Versorgung spielen, weshalb die Firma mit der Fondation Botnar und der Bill-und-Melinda-Gates-Stiftung kooperiert.

Darüber hinaus spielten auch Ansätze für personalisierte Diagnostik und Therapie-Monitoring in Kliniken bei dem Symposium eine wichtige Rolle. Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Jena) stellten lichtbasierte Verfahren zur schnellen Erreger- und Resistenz­bestimmung bei Sepsis vor und zeigten wie multimodale Bildgebung die Tumorrand-Erkennung während der Operation ermöglichen könnte. Leibniz-Forscher des FZ Borstel präsentierten indes Ansätze zur Charakterisierung neuer Biomarker zur individualisierten Diagnostik und Therapie bei Asthma und COPD und zeigten zudem auf, welche Verbesserung eine umfassend individualisierte Tuberkulose-Therapie verspricht.

Doch die Vielzahl neuer Möglichkeiten für personalisierte Diagnostik und Therapien gehen zugleich einher mit rechtlichen und ethischen Herausforderungen. Prof. Christiane Woopen, Vorsitzende des Europäischen Ethikrates, warf in ihrem Vortrag unter anderem die Frage auf: Wie gehen wir mit Algorithmen um, mit denen wir eine individuelle Sterbewahrscheinlichkeit berechnen können? Einerseits lassen sich daraus leicht Alptraumszenarien entwerfen, andererseits kann eine solche Berechnung auch die angemessene Versorgung von Patienten am Lebensende verbessern, zum Beispiel durch rechtzeitige Aufnahme in ein Hospiz. Technologien zu Personalisierung seien demnach weder gut noch schlecht, die Gesellschaft müsse sich jedoch rechtzeitig über gewünschte und nicht gewünschte Folgen für das Zusammen­leben austauschen.

„Think and act Leibniz“ – Zusammenarbeit über Disziplingrenzen hinweg

Für Prof. Mathias Kleiner, Präsident der Leibniz-Gemeinschaft, ist die im Symposium präsentierte disziplinübergreifende Zusammenarbeit der Schlüssel, um eine individualisierte Medizin bis zum Patienten zu bringen: „Interdisziplinarität beschleunigt die Translation von Wissen in neue Medizinprodukte und stellt zugleich sicher, dass ökonomische, ethische und soziale Fragestellungen nicht aus dem Blick geraten. Die interdisziplinäre Kooperation im Leibniz-Forschungsverbund liefert damit einen wichtigen Beitrag, um personalisierte Diagnosen und Behandlungen in Kliniken und Arztpraxen zu etablieren.“

Handelskrieg gefährdet Regenwald

Im vergangenen Jahr belegten die USA Importe aus China mit Zöllen von bis zu 25 Prozent. Die chinesische Regierung reagierte ihrerseits mit Zöllen auf US-Waren von 25 Prozent, etwa auf Sojabohnen aus US-Produktion. Im Jahr 2018 führte die Auseinandersetzung zu einer Halbierung der US-Sojaexporte nach China  – obwohl der Handelskrieg erst Mitte des Jahres begonnen hatte. Ersatz könnte aus Brasilien kommen. Vor den dramatischen Auswirkungen, die das für den Regenwald dort haben könnte, warnen nun Experten des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT).

„Wir befürchten großflächige Abholzungen in Brasilien als Folge des Handelskrieges. In der Vergangenheit hat die steigende globale Nachfrage nach Soja regelmäßig zu Waldrodungen im Amazonasgebiet geführt, um Platz für neue Anbauflächen zu schaffen. Im Jahr 2016 hat China 37,6 Millionen Tonnen Soja aus den USA importiert, die nun aus anderen Quellen bezogen werden müssen. Brasilien ist das einzige Land, das diese gewaltige Nachfrage kurzfristig decken könnte“, schlägt der Klimaforscher Richard Fuchs vom KIT vor. Alarm, der gemeinsam mit seinen Kollegen Calum Brown und Mark Rounsevell vom Institut für Meteorologie und Klimaforschung – Atmosphärische Umweltforschung, dem Campus Alpin des KIT, sowie weiteren europäischen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern die möglichen Auswirkungen untersucht hat und nun in einem Kommentar im Fachmagazin Nature vor den Folgen warnt.

Brasilien ist mit Abstand der wichtigste Produzent für Sojabohnen, gefolgt von den USA und Argentinien. Rund 90 weitere Länder – inklusive der heimischen Produktion in China – produzieren gerade etwa so viel wie Brasilien alleine. Im Zuge des US-China-Handelskrieges ist der Anteil von Sojaeinfuhren nach China aus Brasilien auf einen neuen Rekord angestiegen, 75 Prozent aller Sojaimporte Chinas kamen zuletzt aus Brasilien. Soja ist eine Kulturpflanze, die hauptsächlich als Tiernahrung in der Fleischindustrie verwendet wird, aber auch zunehmend zur Herstellung von Biokraftstoff genutzt wird.

„Nach unserer Einschätzung wird Brasilien nun versuchen, den zusätzlichen Bedarf Chinas zu decken. Dafür muss es die heutige Sojaanbaufläche um bis zu 39 Prozent vergrößern. Das würde einen Verlust von bis zu 13 Millionen Hektar Regenwald bedeuten, in etwa die Fläche Griechenlands“, so Fuchs. „Die bislang umfangreichsten Waldvernichtungen fanden 1995 und 2004 statt, als jeweils drei Millionen Hektar Regenwald verloren gingen. Nimmt man diese Raten zur Hand, bräuchte Brasilien nur etwa vier Jahre, um genug Anbauflächen für den Bedarf aus China zu schaffen. Wir fordern die Vereinigten Staaten und China dazu auf, ihre indirekte Verantwortung für diese drohende Abholzung anzuerkennen und sofort ihre Handelsvereinbarungen anzupassen, indem sie Soja von den Zöllen ausschließen.“

Neben einem raschen Gegensteuern der US-amerikanischen sowie der chinesischen Regierung – so die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler in ihrem Kommentar – könnten auch einige weitere Maßnahmen dazu beitragen, den Druck auf den Amazonasregenwald zumindest teilweise zu verringern. So könnte China mehr Soja aus Argentinien oder der Europäischen Union kaufen und die Sojaproduzenten in diesen Anbaugebieten könnten sich gleichzeitig darum bemühen, ihre Ernten zu steigern. Allerdings müsste dann Europa zuerst seine Haltung zur Gentechnik überdenken, die derzeit einem großflächigen Anbau entgegensteht. Auch China sollte nach Ansicht der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die eigene Produktion steigern.

Seit dem Jahr 2000 sank die Anbaufläche in China um etwa 25 Prozent, weil es günstiger war, Soja aus Brasilien und den USA zu importieren und weil die heimische Landwirtschaft unter falscher Bewirtschaftung durch zu hohe Düngung, Bodenerosion und Pestizideinsatz stark beschädigt wurde. Regierungen weltweit sollten außerdem dem Schutz des verbleibenden Amazonas-Regenwaldes eine höhere Priorität einräumen und entsprechend auf die brasilianische Regierung einwirken sowie Umweltschutzprogramme vor Ort unterstützen. Sollte dies nicht gelingen, würden ambitionierte Klimaschutz- und Biodiversitätsziele auf der Kippe stehen.

Um das Problem wirklich nachhaltig anzugehen, sieht Fuchs aber letztendlich nur eine Möglichkeit: „Der globale Fleischkonsum muss sinken. Eine solche Verhaltensänderung erreicht man unserer Ansicht nach allerdings nicht durch Apelle, Kampagnen oder Nachhaltigkeitszertifikate. Vielmehr müssen die ökologischen Folgekosten durch gesetzliche Vorgaben in Lebensmittel eingepreist werden. Auch Bioenergieprodukte wie Biodiesel müssen teurer werden.“

Doch viel Zeit bleibe der Weltgemeinschaft nicht mehr, um die Gefahr eines massiven Kahlschlags in Brasiliens Regenwäldern abzuwenden: „Regierungen, Produzenten, Regulierungsbehörden und Verbraucher müssen jetzt handeln. Wenn sie nichts tun, könnte der Amazonas-Regenwald das größte Opfer im Handelskrieg zwischen den USA und China werden.“

 

Wie entwickeln sich die einzelnen Zellen in Lebewesen ?

Zellen durchlaufen von ihrer Geburt bis zum Tod ein wechselvolles Schicksal, das man mittlerweile durch Einzelzellgenomik in großen Populationen erfassen kann. Doch dadurch wird die Zelle zerstört und Rückschlüsse auf ihre Dynamik in der Entwicklung sind schwer. Forschende des Helmholtz Zentrums München und der University of Massachusetts adressieren diese Herausforderung durch Pseudodynamics: einem mathematischen Modell, welches aus Zeitreihen von Einzelzellbeobachtungen die Entwicklungsprozesse der Zellen abschätzt. Ihre Publikation ist in ‚Nature Biotechnology‘ erschienen.

Stammzellen* tragen im Kern die DNA als Bauplan aller Organe oder Gewebe. Aus ihnen können sich beispielsweise Zellen der Haut oder des blutbildenden Systems entwickeln. Die neu entstandenen Zellen erfüllen im Körper je nach Art spezifische Aufgaben. Sie teilen sich weiter (Proliferation), reifen, altern und gehen schließlich per Apoptose** zugrunde. „Wir haben uns in dem Zusammenhang zwei Fragen gestellt“, so Prof. Dr. Dr. Fabian Theis, Direktor des Institute of Computational Biology (ICB) am Helmholtz Zentrum München und Professor für Mathematische Modellierung biologischer Systeme an der Technischen Universität München (TUM): „Welche Faktoren bestimmen den endgültigen Zelltyp, so dass sich beispielsweise eine Hautzelle bildet? Und wie entwickelt sich die Anzahl der Zellen eines Typs in einem Organ, damit zum Beispiel unser Immunsystem die richtige Anzahl an T-Zellen hat? Diese beiden Fragen hängen direkt zusammen. Wir wollten Sie deshalb innerhalb eines globalen Modells beantworten.“

Überlegungen dieser Art sind am ICB nicht neu. Schon früher haben die Forscherinnen und Forscher mit Hilfe von Transkriptom-Daten aufgedeckt, wie die Bildung verschiedener Typen von Blutzellen aus Blutstammzellen reguliert wird.*** Sie entwickelten einen Algorithmus namens „Diffusion Pseudotime“, mit dem sie rekonstruieren konnten, welche Gene nacheinander abgelesen werden und wie sich die Entwicklungspfade der unterschiedlichen Zelltypen verzweigen. Dank dem neuen mathematischen Modell Pseudodynamics wird in Zukunft die Interpretation solcher Ergebnisse vereinfacht.

Einblicke in experimentell kaum fassbare Zeitpunkte

„Wir haben Pseudodynamics als neues mathematisches Modell entwickelt, um das Schicksal von Zellen zu simulieren“, berichtet David Fischer vom ICB, der gemeinsam mit Anna Fiedler Erstautor der Studie ist. „Dabei werden auch Faktoren wie die Größe einer Zellpopulation und deren Veränderung innerhalb einer Zeitreihe berücksichtigt. So können wir Selektionsdruck und die Neubildung von Zellen als Parameter schätzen und den Entwicklungszustand an neuen Zeitpunkten vorhersagen.“ Fischer: „Mit unserem Modell können wir entscheiden, wie Zellproliferation und -tod über verschiedene Stadien des gesamten Entwicklungszyklus reguliert werden und wie stark diese Steuerung tatsächlich ist.“

Das Forscherteam, zu dem neben Prof. Theis und den beiden Erstautoren auch Dr. Jan Hasenauer (ICB) sowie Prof. Dr. Heiko Lickert vom Institut für Diabetes- und Regenerationsforschung (IDR) am Helmholtz Zentrum München und PhD Rene Maehr, UMASS Medical School, University of Massachusetts, gehörten, testeten Pseudodynamics bei T-Zellen (Zellen des Immunsystems) und Betazellen (Zellen der Bauchspeicheldrüse). Ihr Tool beschrieb sowohl die Proliferations- als auch die Apoptoserate dieser Zellen. Sterben viele Betazellen ab, führt dies zu Typ-1-Diabetes. „Mechanismen, die zu Proliferation und Tod führen, sind, basierend auf den derzeitigen Daten, oft schwer auseinanderzuhalten“, erklärt Theis. Er sieht Pseudodynamics als „erstes Tool der Grundlagenforschung, um entscheidende Fragen der Biologie auf Ebene einzelner Zellen zu untersuchen“.
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Originalpublikation
Fischer DS, Fiedler AK et al (2019): Inferring population

Verlust von Lebensräumen schadet der Artenvielfalt

Halle/Lunz (A). Der Verlust und die Fragmentierung vonLebensräumen zählen zu den wichtigsten Ursachen, warum an vielenOrten weltweit der Artenreichtum zurückgeht. Jetzt hat einForscherteam unter Beteiligung des Deutschen Zentrums für integrativeBiodiversitätsforschung (iDiv) und der Martin-Luther-UniversitätHalle-Wittenberg (MLU) nachgewiesen, dass sich die Zerstörung vonLebensräumen sogar doppelt auswirkt: Wenn Lebensräume verlorengehen, verschwinden nicht nur die dort lebenden Arten – auch inbenachbarten Lebensräumen sinkt die Artenzahl. Ursache seien die zugroßen räumlichen Abstände zwischen den noch verbliebenenLebensräumen, schreiben die Forscher im Fachblatt EcologyLetters.

Wissenschaftler vom Forschungszentrum iDiv, der Uni Halle und demForschungszentrum WasserCluster Lunz in Österreich nutzten fürihre Studie Langzeitdaten zu sogenannten Salzlacken in der Region Seewinkelim Osten Österreichs. In diesen Lacken wurde das Vorkommen vonwirbellosem Zooplankton wie kleinen Krebstierchen und Rädertierchenerfasst. Lacken sind sehr seichte, von Niederschlägen und Grundwassergespeiste und immer wieder austrocknende Kleingewässer von meistweniger als einem Quadratkilometer Fläche, die im Seewinkel zum Teileinen sehr hohen Salzgehalt erreichen. In dem 270 Quadratkilometergroßen Untersuchungsgebiet gab es in den 1950er Jahren noch mehr als110 Lacken. Infolge der landwirtschaftlichen Intensivierung schwand derenZahl bis auf etwa 30 im Jahr 2010 – ein Rückgang von rund 70Prozent innerhalb von sechs Jahrzehnten. Entsprechend ging auch dieArtenzahl zurück: Fanden die Ökologen 1957 noch 64 Arten, warenes 2010 noch 47 – ein Minus von 17 Arten.

Was waren die Ursachen, dass in den Salzlacken so viele Planktonartenverschwanden? Lag es nur daran, dass deren Lebensraum verloren ging odergab es noch einen anderen Effekt? Tatsächlich fanden die Forscheranhand von Modellierungen heraus, dass der Rückgang der Salzlacken voneinst 110 auf 30 nur ein Aussterben von vier Zooplanktonarten zur Folgehätte haben dürfen: „Selbst wenn wir nicht die Anzahl derLacken, sondern stattdessen die Flächen der Lackenberücksichtigen, hätten wir nur ein Rückgang von neun Artenerwartet“, sagt Prof. Jonathan Chase, Leiter der ForschungsgruppeBiodiversitätssynthese bei iDiv und Uni Halle und Letztautor derStudie. Stattdessen seien aber 17 Arten in der Region ausgestorben. DieForscher konnten jedoch ausschließen, dass für dieseszusätzliche Minus Verschlechterungen in der Qualität derLebensräume eine Rolle spielten – etwa die Veränderung desSalzgehalts, Schwankungen des Nährstoffgehalts, wechselndeWasserstände oder Trübungen der Tümpel. „Es muss alsonoch einen anderen Effekt auf Landschaftsebene geben, der für dasAussterben der Arten in der Region verantwortlich ist“, sagtErstautorin Dr. Zsófia Horváth. Sie hat die Studie amWasserCluster Lunz in Österreich sowie beim Forschungszentrum iDiv undder Uni Halle durchgeführt.

Räumliche Prozesse können den starken Rückgang derArtenzahl erklären: Wenn viele Salzlacken verschwinden, sind dieAbstände zwischen den verbleibenden Lacken relativ groß.Für das Zooplankton wird es damit immer schwieriger, neueLebensräume zu besiedeln – etwa durch die passive Ausbreitungder Eier über Wind oder als „blinder Passagier“ an Amphibien oderVögeln. „Dass Arten lokal verschwinden, kommt immer wieder vor.Problematisch wird es, wenn diese Arten Lebensräume nicht mehrwiederbesiedeln können“, sagt Jonathan Chase. Gebe es wenigerSalzlacken, in denen eine bestimmte Art von Zooplankton vorkommt, und seiendie verbleibenden Lacken weit voneinander entfernt, sinke dieWahrscheinlichkeit, dass sich die Art erneut ausbreiten kann. Diesbedeutet, das ein lokales Aussterben in einer Salzlacke nicht mehr durcheine Neubesiedelung von anderen Lacken in der Region aufgefangen werdenkann.

In so genannten Meta-Gemeinschaften, also ökologischenGemeinschaften von Lebewesen, die sich auf verschiedene Standorte verteilenund potenziell miteinander verbunden sind, gibt es also neben dem lokalenAussterbe-Effekt einen zusätzlichen Effekt auf regionaler Ebene. Dieswurde schon länger vermutet, aber bislang selten nachgewiesen, weil eswenig Langzeitstudien gibt. Dank der Daten zu den Salzlacken in der RegionSeewinkel konnte diese Wissenslücke nun geschlossen werden. „Dasist wichtig, weil dieser Effekt künftig in der Modellierungstärker berücksichtigt werden kann – zum Beispiel, wenn esdarum geht, abzuschätzen, wie sich der Verlust von Lebensraum auf dieBiodiversität auswirkt“, bilanziert Chase.

Originalpublikation:
Horváth, Zsófia; Ptacnik, Robert; Vad,Csaba

Künstliche Intelligenz bestimmt Industrie der Zukunft

(KIT) Kunden wollen individuelle Lösungen, Produktlebenszyklen werden immer kürzer und neue Geschäftsmodelle entstehen: Die industrielle Fertigung muss mit dynamischen Veränderungen Schritt halten. Eine interdisziplinäre Gruppe mit Forscherinnen und Forschern aus Maschinenbau, Elektrotechnik, Informationstechnik und Informatik entwickelt am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) am Anwendungsfall des Remanufacturing ein agiles Produktionssystem, das sich autonom und dynamisch an wechselnde Produktspezifikationen anpasst. Die Carl Zeiss Stiftung fördert das Projekt AgiProbot mit drei Millionen Euro.

„Die industrielle Fertigung muss zunehmend maßgeschneiderte Produkte liefern und gleichzeitig hocheffizient sein“, erklärt Professorin Gisela Lanza, Sprecherin des Projekts AgiProbot (kurz für Agiles Produktionssystem mittels mobiler, lernender Roboter mit Multisensorik bei ungewissen Produktspezifikationen). Bisherige Lösungen zur Optimierung der klassischen Linienproduktion stoßen heute an ihre Grenzen. Denn alle Strategien setzen voraus, dass die unterschiedlichen Produktionsszenarien bereits im Vorfeld bekannt sind. „Das reicht nicht aus, um der zunehmenden Volatilität gerecht zu werden“, sagt Lanza. „Wir werden in Zukunft nicht alles vordenken können.“

Die Forschungsgruppe setzt deswegen auf ein agiles Produktionssystem, das alle relevanten Teilsysteme integriert, selbstständig lernt sowie dynamisch auf vorher nicht bekannte Anforderungen reagiert und die individuell bestmögliche Lösung ermittelt. Multimodale Sensoren erfassen simultan sich ergänzende Umweltinformationen –etwa Bewegung und Berührung. Sie sind  unter anderem in der Anlagentechnik, in Industrierobotern und in Fahrzeugen implementiert und sammeln die jeweils produktionsrelevanten Daten. Auf dieser Datenbasis versorgen zum einen fahrerlose Transportsysteme die modular aufgebauten Fertigungsstationen mit den notwendigen Warenströmen. Zum anderen nutzen kollaborierende, mobile und autonome Roboter die Daten, um ihre Handlungsstrategien anzupassen.

Über spezielle Algorithmen lernt das Produktionssystem mittels Künstlicher Intelligenz (KI) und bereits vorhandenem technischem Vorwissen. Die Algorithmen unterstützen aber auch das Lernen aus den Bewegungen und Blicken der Menschen, mit denen die Industrieroboter kollaborieren.

Ziel des Projektes ist es, eine Demonstrator-Fabrik für das Remanufacturing von Elektromotoren aus der Automobilindustrie zu entwickeln. Sie sollen in einem agilen und automatisierten Prozess demontiert und für die Wiederverwendung aufbereitet werden. „Das Remanufacturing ist ein Bereich von hoher wirtschaftlicher Relevanz, der deutlich macht wie wichtig ganzheitliche, domänenübergreifende und intelligente Produktionssysteme in Zukunft werden“, betont Projektkoordinator Dr. Benjamin Häfner. Bislang werden dort die einzelnen Prozessschritte wie die Demontage, Reinigung, Prüfung oder Aufarbeitung in aller Regel manuell und nicht vernetzt durchgeführt, weil der qualitative Zustand der einzelnen Bauteile zu unterschiedlich ist und die hieraus entstehenden Warenströme bislang zu komplex sind für eine klassische Automatisierung.

Das Projekt AgiProbot – Agiles Produktionssystem mittels mobiler, lernender Roboter mit Multisensorik bei ungewissen Produktspezifikationen – wird von der Carl Zeiss Stiftung bis Februar 2024 mit drei Millionen Euro gefördert. Unter Federführung des Instituts für Produktionstechnik (wbk) beteiligen sich am KIT die Institute für Industrielle Informationstechnik (IIIT), für Anthropomatik und Robotik (IAR), für Fördertechnik und Logistiksysteme (IFL) und für Arbeitswissenschaft und Betriebsorganisation (ifab) an dem Projekt.