Aktuelle Veranstaltungen

Trinkwasser ist weltweit das Lebensmittel Nummer eins und unersetzlich. Rund 4,5 Milliarden Kubikmeter werden jährlich bundesweit verbraucht. Dabei stammen mehr als zwei Drittel aus dem Grundwasser. Doch wenn der Regen ausbleibt, fehlt es auch hierzulande mitunter bereits an ausreichend Nachschub. Im Projektes „AquaDiva“ untersuchen Forscher seit 2013, wie Klimawandel, intensive landwirtschaftliche Nutzung und Umweltverschmutzung auf das Grundwasser wirken. Nun ist die Arbeit für weitere vier Jahre gesichert. Die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) unterstützt das Vorhaben mit weiteren 9,5 Mio. Euro.

Grundwassersystem im Visier

In Sonderforschungsbereich (SFB) „AquaDiva“ arbeiten Wissenschaftlern der Uni Jena, das Max-Planck-Instituts für Biogeochemie (MPI-BGC), des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (IPHT) und des Helmholtz Zentrums für Umweltforschung (UFZ) zusammen. Der Name des Projektes ist dabei Programm. Im Fokus steht sowohl das Wasser als auch die Diversität. Dabei haben die Wissenschaftler vor allem die „kritische Zone“ im Blick. Dabei handelt es sich um den Bereich, der in der bodennahen Atmosphäre beginnt und sich bis zu den Grundwasserleitern erstreckt. „Dieser Lebensraum ist noch immer kaum erforscht“, erklärt die geschäftsführende Direktorin des MPI-BGC, Susan Trumbore. Sie macht deutlich, dass gerade die Wechselbeziehung dieses unterirdischen Lebens mit den physikalischen und geochemischen Bedingungen im Untergrund für die Wasser- und Stofftransporte und damit für die Qualität des Grundwassers eine entscheidende Rolle spielen.

Forschungssplattform zur Mess- und Probenentnahme

Im Rahmen der ersten Förderphase wurde daher ein Areal in Hainich in Thüringen zu einer Forschungsplattform– das Hainich Critical Zone Exploratory (CZE) mit hochmodernen Anlagen zur  Messung und Probenentnahme eingerichtet. „Mit diesem ca. 25 Quadratkilometer großen Untersuchungsgebiet, das in weltweit einzigartiger Weise mit einer Vielzahl unterschiedlicher und neuartiger Mess- und Probenahmeeinrichtungen ausgestattet ist, haben wir die einmalige Möglichkeit, Wasser- und Stoffproben aus den unterirdischen Kompartimenten, den Böden und dem Grundwasser zu gewinnen und zu charakterisieren“, erklärt Uwe Totsche, Hydrologe der Universität Jena.

Extreme Wetterereignisse beeinflussen Parameter

Aus unterschiedlicher Tiefe und zu unterschiedlichen Zeiten wurden Wasserproben entnommen und mit Hilfe moderner Hochdurchsatzmethoden, wie hochauflösender Massenspektrometrie und DNA-Sequenzierung, analysiert. Auf diese Weise erhielten die Forscher chemische und biotische „Fingerabdrücke“ der einzelnen CZE-Messstationen. „Die ersten umfassenden Datensätze zeigen, dass sich die untersuchten Parameter von Messpunkt zu Messpunkt, im Jahresverlauf und nach extremen Wetterereignissen deutlich unterscheiden“, erklärt Kirsten Küsel, Direktorin des Instituts für Ökologie der Uni Jena.

Klimawandel verändert Grundwassersystem

In der zweiten Förderphase wollen die Forscher daher die Mechanismen klären, die zu den Standort-Unterschieden führen. Auch soll die Forschungsplattform nunmehr auch für andere Wissenschaftlern offen sein. Eines scheint aber jetzt schon klar: „Auch weisen die Daten daraufhin, dass die im Zuge des Klimawandels veränderten Niederschlagsbedingungen zu Veränderungen im Grundwassersystem führen“, betont der Jenaer Hydrologe Uwe Totsche.

bb

Angeln ist eine Leidenschaft, die von Jung und Alt geteilt wird. Die Bedeutung der sogenannten Petrifischer für das Ökosystem wurde allerdings lange unterschätzt. Denn neben dem Fischfang wird gezielt für Nachschub an Karpfen und Co. gesorgt. Angelvereine sind hierzulande per Gesetz zur Hege und Pflege der Gewässer verpflichtet. Daher werden traditionell Fische ausgesetzt, um die Bestände zu erhalten. Kritiker halten dagegen, dass das Aussetzen von Fischen oft wirkungslos und zudem das Ökosystem durch Krankheitsausbrüche oder Verlust lokal angepasster Populationen Schaden nimmt. Im Projekt „Besatzfisch“ haben nun Forscher und Angler gemeinsam diese Maßnahme zur Bestandsicherung genauer hinterfragt. Sie wollten wissen, ob ihr Engagement nachhaltig ist.

Forscher holen Angler ins Boot

An dem vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) über fünf Jahre geförderten sozial-ökonomischen Fischereiexperiments waren Forscher vom Berliner Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB), der Humboldt-Universität zu Berlin (HU), sowie Biologiedidaktiker der Universität Tübingen sowie Anglervereinen aus Niedersachen beteiligt. Zentrale Frage war, ob und wie sich die eingesetzten Fische in ihrer neuen Umgebung einleben. Dafür wurden Karpfen und Hecht in 24 von Anglern bewirtschafteten Baggerseen ausgesetzt. Zusätzlich wurde eine von drei am Projekt beteiligten Anglergruppe von Sozialwissenschaftlern umweltpädagogisch begleitet und in Workshops zu Themen des nachhaltigen Fischereimanagements über Fischbesatz ausgebildet. Eine weitere Gruppe erhielt nur ein halbtägiges Seminar, wurde aber in Freilandexperimente der Forscher einbezogen.

Mitmachen fördert nachhaltiges Handeln

Im Fachjournal „Science Advance“ berichten die Forscher über den Ausgang des Fischereiexperiments. „Unsere Studie belegt, dass aktive Teilnahme an Experimenten in der Natur einen höheren Bildungserfolg erzielt als passives Zuhören“, fast Christoph Randler von der Universität Tübingen zusammen. Der größte umweltpädagogische Effekt zeigte sich danach bei jenen Anglern, die sowohl geschult als auch mitmachen durften. Diese erinnerten sich noch zehn Monaten später an das im Projekt Gelernte. Aber nicht nur das. Auch persönliche Normen und ökologische Grundüberzeugungen hatten sich verändert. Das zeigte sich vor allem in Bereitschaft, alternative Bewirtschaftungsformen zum Fischbesatz zu zulassen, die geringere ökologische Risiken haben wie etwa die Verbesserung der Lebensräume oder die Verschärfung von Fangbeschränkungen.

Umweltpraxis und Forschung fördern

Studienleiter Robert Arlinghaus vom Leibniz-Institut kommt zu dem Schluss, dass sich die neue Form der sogenannten partizipativen Forschung nicht nur lohnt, sondern auch dringend weiterverfolgt werden sollte. „Die Schnittstellen zwischen Umweltpraxis und Forschung müssen unbedingt gefördert werden, so dass transdisziplinäre Forschung auf der Grundlage gut evaluierter Freilandexperimente großflächig zum Einsatz kommen kann“, betont Studienleiter Robert Arlinghaus.

bb

Außerdem beteiligt waren zwei weitere Fachgebiete der Technischen Universität Darmstadt, das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung sowie das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz.

Zur Einschätzung des Ressourceneffizienzpotenzials durch Industrie 4.0 wurde ein methodisches Vorgehen auf Basis des Lebenszyklusansatzes („Ökobilanz“) entwickelt, konkretisiert wurde dieser Ansatz durch Interviews mit zehn Unternehmen aus dem Maschinenbau sowie der Kunststoff- und Elektroindustrie, die Einblick gaben in eingesetzte Maßnahmen der Digitalisierung und die Einsparungen betrieblicher Ressourcen.

Eines der wichtigsten Ergebnisse der Studie: Industrie 4.0-Technologien besitzen ein hohes Potenzial für die Steigerung der Ressourceneffizienz, noch wird dieses von Unternehmen aber kaum genutzt.

Die Studie „Ressourceneffizienz durch Industrie 4.0“ wurde vom VDI ZRE in Zusammenarbeit mit dem Ministerium für Umwelt, Klima und Energiewirtschaft Baden-Württemberg, dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz, dem Hessischen Ministerium für Wirtschaft, Energie, Verkehr und Landesentwicklung sowie dem Ministerium für Umwelt, Energie, Ernährung und Forsten Rheinland-Pfalz beauftragt.

11 Millionen Tonnen Lebensmittel werden jedes Jahr in Deutschland weggeschmissen. Mit Knödel aus altem, gereiftem und unverkauftem Brot will Janine Trappe und ihr Team von "Knödelkult" gegen diese Verschwendung vorgehen. Mehr als 1.700 Brotlaibe konnten die Knödelmacher aus Konstanz so schon vor der Abfalltonne retten. Von der Idee konnten sie nicht nur Bäckereien in der Region überzeugen, sondern auch Auszeichnungen wie den Bundespreis „Zu Gut für die Tonne“ gewinnen.

In Germany, 11 million tonnes of food are thrown away every year. With their dumplings made from old, hardened and unsold bread, Janine Trappe and her team at Knödelkult are taking a stand against such wastefulness. The dumpling makers from Constance have already saved more than 1,700 bread loaves from untimely disposal. Thereby, they have managed not only to convince local bakeries of their idea, but have also been the recipient of accolades including the federally-awarded ‘Zu Gut für die Tonne’ prize (Too Good for the Bin).

Studien zur biologischen Vielfalt zeigen, wie Mensch und Natur Tier- und Pflanzenwelt verändert haben. Vor allem die Landwirtschaft steht mit ihrer intensiven Bewirtschaftung als einer der Verursacher zunehmend in der Kritik. Die Bewirtschaftung von Acker und Grünland und deren Folgen für die Tier- und Pflanzenwelt stand auch im Fokus einer Untersuchung, deren Ergebnisse das Bundesamt für Naturschutz (BfN) am 20. Juni vorgestellt hat.

Vielfalt an Lebensraum schwindet

Der „Agrar-Report zur biologischen Vielfalt in der Agrarlandschaft“ belegt: Der Artenschwund ist eklatant und betrifft alle Tier- und Pflanzengruppen in der Agrarlandschaft. Vor allem Vögel und Insekten wie Wildbienen sind davon betroffen. „Die Problematik setzt sich aber leider auch bei der Situation der Lebensraumvielfalt fort", betont BfN-Präsidentin Beate Jessel. Jessel sprach von einer „alarmierenden Situation“ und forderte eine Kehrtwende in der Agrarpolitik.

Grünflächen unter Druck

Für den Report wurden verschiedene Forschungsprojekte zur Entwicklung der Natur in der Agrarlandschaft gebündelt und ausgewertet. Darin zeigte sich, dass auch Grünflächen zunehmend unter Druck geraten. "Zwar scheint der Flächenverlust gestoppt, aber wir müssen eine weiter anhaltende deutliche qualitative Verschlechterung des Grünlands feststellen, die infolge der zunehmend intensiven Bewirtschaftung ungebremst voranschreitet", erläutert Jessel. Danach sind mittlerweile sogar blühende Mähwiesen und somit der Lebensraum vieler Farn- und Blütenpflanzen gefährdet. Vor allem einst typische Wildkräuter wie Rittersporn und Sommer-Adonisröschen verschwinden zunehmend von der Ackerfläche, heißt es. Das bekommen nicht nur Insekten und Vogel zu spüren, sondern auch der Mensch. Der Landwirtschaft gehen damit nicht nur die natürlichen Bestäuber verloren. Auch die Wasserqualität leidet, was wiederum erhebliche Kosten verursachen kann. 

Fehlentwicklungen in der Agrarpolitik

Mit dem „Agrar-Report“ zeigen die Autoren vor allem der Politik die rote Karte. Sowohl die Gemeinsame Agrarpolitik (GAP) der Europäischen Union als auch die nationale Umsetzung hinsichtlich der Erhaltung der Biodiversität hätten „versagt“ und würden „keinen substanziellen Beitrag leisten, dem anhaltenden Verlust biologischer Vielfalt in den Agrarlandschaften entgegen zu wirken“. Vor allem die von der EU eingeführten Vorschriften für die sogenannten ökologischen Vorrangflächen, das Greening, wird als völlig unzureichend von den Naturschützern eingestuft. "Gemessen an den eingesetzten Finanzmitteln - jährlich werden etwa 1,5 Milliarden Euro als Greening-Prämie für Landwirte in Deutschland vorgesehen - müssen die Vorrangflächen wie auch das Greening als solches daher als weitgehend wirkungslose und gleichzeitig zu teure Fehlentwicklung bezeichnet werden", so Jessel. Sie kritisierte auch die Lücke zwischen dem Bedarf und den in der Realität zur Verfügung stehenden Geldern, welche die EU zum Schutz der biologischen Vielfalt bereitstellt.

Die Autoren fordern daher nicht nur konsequente und angemessene Zahlungen an die Landwirtschaft, sondern auch die Schaffung von Anreizen für eine „naturverträgliche, standortangepasste und damit nachhaltige Bewirtschaftung“, die auch in intensiv bewirtschafteten Regionen ein „Mindestmaß“ an Biodiversität sicherstellt.

bb

Zellen sind die lebenden Wirkstofffabriken der Pharmaindustrie. Auf ihrer Basis werden Biopharmazeutika wie Antikörper zur Behandlung von Krebs oder Rheuma produziert. Ausgangspunkt für eine solche Produktion ist die Entwicklung einer zuverlässigen und stabilen Produktionszelllinie. Zellen eines Produktionsorganismus werden dazu im Labor gentechnisch verändert und danach die Zellen mit den gewünschten Eigenschaften ausgewählt. Sie werden vereinzelt und dann vermehrt. Genau für diesen Schlüsselschritt hat die 2009 gegründete Xell AG aus Bielefeld eine Technologie entwickelt, die auf definierten chemischen Kulturmedien basiert.

Neue Generation von Zellkulturmedien

Bis heute werden verbreitet proteinreiche Kälberseren in der biopharmazeutischen Industrie und in der Zellforschung eingesetzt. Solche Seren bergen jedoch Risiken, denn sie können mit tierischen Viren oder potenziell gesundheitsschädigenden Prionen kontaminiert sein.

Zudem ist die Gewinnung von Kälberseren ethisch fragwürdig, kostenintensiv und die Chargen sind von schwankender Qualität. Proteinseren haben sich zwar in der Zellkultur bewährt, doch mit ihren komplexen Inhaltsstoffen erschweren sie den Biotechnologen die Arbeit, wenn die Zusammensetzung der Nährmedien genau für den Einsatzzweck angepasst werden soll.

Die Lösung der Xell AG: in dem Projekt „Culticlone“ hat das Team ein speziell auf den Einzelzell-Klonierungs-Schritt zugeschnittenes Medium entwickelt. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) hat das Projekt von 2012 bis 2015 im Rahmen der Förderinitiative „KMU-innovativ: Biotechnologie“ mit knapp 370.000 Euro unterstützt. Der entwickelte Prototyp stellt eine chemisch klar definierte Formulierung dar, die frei von tierischen Inhaltsstoffen ist. „Das Medium ist damit ideal geeignet für die ersten Schritte in der Zelllinienentwicklung für die spätere Wirkstoffproduktion“, sagt Sandra Klausing, die bei Xell für wissenschaftliche Innovationen zuständig ist.

Biotechnologisch erzeugte Proteine hinzugefügt

Dem entwickelten Medium wird ein Mix von biotechnologisch erzeugten Eiweißstoffen hinzugefügt. Andere Medien für diese spezielle Anwendung nutzen hingegen vielmals noch Hydrolysate oder Serum und stellen daher nicht den neusten Technologie-Standard dar. Aktuell arbeitet die Xell AG an der Finalisierung der Formulierung und hat bereits erste Schritte in Richtung einer Vermarktung der im Projekt entstandenen Produkte initiiert.

 Auch ein weiteres KMU-innovativ-Vorhaben bei Xell zielt darauf ab, Zellkulturnährmedien für verschiedene Anwendungen weiter zu optimieren. Bisher nicht oder gering lösliche sowie schwer formulierbare Komponenten sollen durch die im Projekt „VECTURA“ entwickelte Technologie vereinfacht in die Nährlösung und letztendlich in die Zellen gebracht werden. In Zusammenarbeit mit der Universität Jena werden eben solche Inhaltsstoffe in Nanopartikel aus Polymeren verkapselt. Im Verlauf eines Bioprozesses werden sie dann von Zellen aufgenommen und die Fracht wird daraufhin in den lebenden Fabriken gezielt freigesetzt. Das BMBF steuert für das Projekt 263.000 Euro bei.

Autor: Philipp Graf

For the pharmaceutical industry, cells are little living substance factories. These provide the foundations for the production, among others, of biopharmaceuticals such as antibodies for the treatment of cancer or rheumatism. The starting point in such manufacturing processes is the development of a reliable and stable production cell line. Here, the cells of a production organism are genetically modified, and a selection is carried out of the cells that exhibit the desired properties. These are then isolated and multiplied. Xell AG, which was founded in 2009 in Bielefeld, has developed a technology based on defined chemical culture media that is aimed at this key process step.

New generation of cell culture media

To date, the biopharmaceutical industry and the field of cell research has predominantly made use of protein-rich calf serum as a supplement for cell cultures. However, these kinds of sera also involve the risk of contamination with animal viruses or potentially hazardous prions.

Moreover, the extraction of calf sera is ethically controversial and cost-intensive, while batches are sometimes of variable quality. Although protein sera are tried and tested in cell cultures, their complex components can complicate the work of biotechnologists if the culture media composition requires specific adaptation to the intended application.

The solution that is being pursued by Xell AG is the development of a medium that is specifically tailored to the requirements of single-cell cloning. This work was originally carried out within the framework of the “Culticlone” project. From 2012 to 2015, the German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) funded the project with around €370,000 as part of the “SME Innovative: Biotechnology” funding initiative. The developed prototype represents a chemically well-defined formulation that is free of animal ingredients. “The medium is thus ideally suited for the initial development steps of cell lines used in the production of active ingredients,” says Sandra Klausing, who heads Xell’s Scientific Innovations team.

Topped up with biotechnologically-derived proteins

While other media for this particular application commonly make use of hydrolysates or serum and therefore do not represent the latest standards of technology, at Xell the developed medium is combined with a mixture of biotechnologically-derived proteins. Today, Xell AG is working on the finalisation of the formulation and has already taken the first steps towards the marketing of the products developed in the course of the project.

In a different SME Innovative project, Xell is working to further optimise cell culture media for eventual use in a broad range of applications. Using the technology developed in the ‘VECTURA’ project, previously insoluble or only slightly soluble components, as well as components that are difficult to formulate, are more easily incorporated into the nutrient solution and are thus taken up more efficiently by the cells. In work that was carried out together with the University of Jena, these ingredients are encapsulated in nanoparticles made of polymers. In the course of a bioprocess, the nanoparticles are absorbed by the cells, after which the cargo is released into the living factories. The BMBF has contributed €263,000 to this project.

Author: pg

Biodiesel is largely produced from rapeseeds in Europe. The fuel consists of long-chain hydrocarbon compounds. Due to a higher boiling point compared to mineral oil-based fuel, the biodiesel cannot be used undiluted in conventional engines. Biodiesel is nonetheless very important for industries, since it has a lower impact on global warming than conventional fuel. In accordance with an EU directive to reduce the emission of greenhouse gases, biofuel has to be added to conventional fuel.

100% biobased fuel for diesel engines

Researchers from the cluster of excellence ’RESOLV’ at the University of Bochum and the collaborative research centre ’3MET’ at the University of Kaiserslautern modified common biodiesel. “With virtually no energy input, we convert a mixture of plant-derived fatty esters and bio-ethylene into fuel. This can be combusted undiluted in modern diesel engines“, explains Lukas Gooßen, holding the Evonik Chair of Organic Chemistry at Ruhr-University Bochum. The results are published in the in the journal “Science Advances“.

Mathematical simulations optimize the procedure

“We combine two catalytic methods“, says Gooßen. According to mathematical simulations by Mathias Baader at the University of Kaiserslautern, long-chain fatty esters were transformed into a mixture of compounds with shorter chains. Consequently, combustion starts at lower temperatures and biodiesel is now up to par with the standards of petroleum diesel.

Preliminary test was successful

Silvia Berndt at the University of Rostock verified that the mixture complies with the strict standards for modern diesel engines. A preliminary test with the new biofuel by the chemist Kai Pfister was successful.  The research was financially supported by the German Federal Environmental Foundation (DBU) and the Carl Zeiss Foundation.

bp

Bereits seit 2012 ist Joachim von Braun Mitglied der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften. Nun ist der 66-Jährige vom Vatikan für die kommenden fünf Jahre zum Präsidenten des päpstlichen Beratergremiums ernannt worden. Der renommierte Bonner Agrarwissenschaftler löse damit den Schweizer Biologen und Nobelpreisträger Werner Arber ab, teilte der Vatikan mit. Neben seiner Tätigkeit als Direktor des Zentrums für Entwicklungsforschung (ZEF) an der Universität Bonn ist von Braun einer der Vorsitzenden des deutschen Bioökonomierates, ein Expertengremium, das die Bundesregierung auf dem Weg in eine biobasierte Wirtschaft berät.

Kampf gegen Armut und Umweltzerstörung 

„Ich freue mich über die Ernennung durch Papst Franziskus und auf die Zusammenarbeit mit den rund 80 hochkarätigen Wissenschaftlern aus aller Welt“, erklärt von Braun und erläutert, auf welche Themen er fokussieren wird. „Als besonders wichtige Themen zur Bearbeitung durch die Akademie sehe ich den Zusammenhang einerseits von Armut, Ungleichheit und Ungerechtigkeit in unserer Welt sowie auf der anderen Seite die Zerstörung der natürlichen Lebensgrundlagen. Dafür müssen wir neue Lösungen finden.“

A plethora of factors is involved in the maintenance of functioning ecosystems. The smallest change in numbers between predators and prey can upset the balance of the entire system. However, even leading researchers in the field of natural resource management cannot predict how natural ecosystems will develop in response to management measures that dynamically interact with natural factors. Therefore the researchers conducted complex and extended field experiments in order to provide insight and answers for a future adaptive environmental management. However, academic knowledge is of little use if it is not combined with applied knowledge with the people who are interacting with a given ecosystem on a regular basis. In a “one-of-a-kind” social-ecological experiment involving dozens of lakes, hundreds of anglers from Lower Saxony, and thousands of stocked fish, biology educationalists from Tübingen University, fisheries scientists from the Berlin Leibniz-Institute of Freshwater Ecology and Inland Fisheries (IGB), and the Humboldt-University Berlin (HU) examined the interaction between anglers, fish, and the ecosystem.

The transdisciplinary approach integrated applied science with a commitment to society. This was the first set-up to provide quantitative evidence that participatory research has a lasting educational effect regarding learned sustainable behaviour. The results of the study that took place across several years were published in the journal “Science Advances”.

Combining theory and practice

The ecological aspect of the experiment involved investigating whether stocked fish become established in their new environment, and to what extent they do so. There are opposing positions, whether this traditional management practice in fisheries may in fact be detrimental to the environment, while many anglers and fisheries managers believe that there is no alternative to fish stocking. This fish-stocking project (besatz-fisch.de) was financed by the German Federal Ministry of Education and Research within the programme on Social-ecological research, and was lead by Robert Arlinghaus at HU.

This long-term ecological experiment was combined with an environmental educational experiment regarding the learning success generated by collaborative research. This aspect was carried out by a small group of social scientists, who collaborated with anglers and fisheries resource managers to plan and evaluate ecological fish stocking experiments in the context of workshops. The measurement of environmental educational success was based on three experimental groups: a placebo group without further education, a group of anglers and fisheries managers trained in science-based knowledge of fish stocking in a lecture format, and a group that was directly involved in the field experiments after having also attended the 4.5-hour seminar on the theory of fish stocking. The training programmes for fisheries officers usually only include theoretical training.

Active participation achieves greater success

“Our study shows that active participation in nature experiments achieves greater educational success than passive listening”, says Christoph Randler at Tübingen University. In other words, theoretical training alone did affect the environmental knowledge of anglers and fisheries managers compared to the placebo group. However, the participatory group achieved the greatest environmental educational effect. Not only was this group able to remember more facts ten months after the programme had ended, there were also changes in their personal standards and basic environmental convictions. This is the first quantitative evidence that intensive cooperation among scientists and practitioners pays off and leaves an educational legacy beyond the realm of science. “It is essential to foster the interfaces between environmental practice and research, so that transdisciplinary research based on well-evaluated field experiments can be used on a large scale”, concluded Arlinghaus.

The results can most likely be transferred to other situations where humans use and shape nature, such as in agriculture or forestry.

jmr

Bakterien überraschen Forscher immer wieder mit neuen Talenten. Sie versorgen Pflanzenwurzel mit Sauerstoff, können Plastik zersetzen und den Menschen vor Krankheit schützen. Diese unsichtbaren Helfer sind daher als Untermieter bei Menschen als auch Pflanze und Tier beliebt. Nun haben Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen mit Kollegen aus den USA auch in den Tiefen des Golfs von Mexiko solch bakterielle Symbiosepartner entdeckt, wie sie im Fachjournal "Nature“ berichten.

In 3000 Meter Tiefe, wo Öl und Asphalt aus dem Meeresboden sprudeln, stieß das Team um die Bremer Meeresbiologen Maxim Rubin-Blum und Nicole Dubilier (hier zu unserem Porträt) auf Muscheln und Schwämme, die sich mithilfe von Bakterien von Öl und Asphalt ernähren – konkret von den kurzkettigen Alkanen aus dem Öl. Bei den Lieferanten dieser ungewöhnlichen Energie- und Nahrungsquelle handelt es sich um ölfressende Bakterien, die der Gruppe der sogenannten Ringbrecher, der Cycloclasticus, angehören. Diese können, wie der Name andeutet, schwer abbaubare Ringstrukturen im Öl, so genannte PAHs (polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe), knacken und verwerten.

Kurzkettige Alkane im Öl leichter zu knacken

Für diesen eigentlich mühsamen und energiezehrenden Prozess brauchen die Tiefseebakterien jedoch weniger Kraft als verwandte Arten, wie die Forscher herausfanden. Der Trick: Die symbiotischen Cycloclasticus konzentrieren sich auf leicht abbaubare Bestandteile des Öls, die kurzkettigen Alkane wie Butan, Ethan und Propan. „Die Ringe der PAHs können diese Mikroorganismen gar nicht mehr knacken. Sie haben die dazu notwendigen Gene verloren“, erklärt Rubin-Blum. Cycloclasticus-Bakterien, die rein auf kurzkettige Alkane stehen und keine PAH-Ringe knacken können, waren bisher nicht bekannt.

Muscheln machen bakterielle Untermieter stark 

Diese leicht zu knackenden Alkane sind allerdings als Nahrungsquelle hart umkämpft. Dass sich die ölfressenden Bakterien beim Kampf um die Nahrungsquelle durchsetzen, könnte daran liegen, dass sie sich bei Muscheln und Schwämmen als Symbionten eingemietet haben, vermutet Meeresbiologin Nicole Dubilier. „Ihre Wirte filtern das umliegende Meerwasser und liefern ihnen dadurch kontinuierlich kurzkettige Alkane. So leben sie konkurrenzfrei an einem geschützten Standort und müssen nicht mit freilebenden Bakterien konkurrieren“, erklärt die Direktorin des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie. Mit der aktuellen Studie erweitern die Forscher somit das Spektrum der bekannten Stoffe, die chemosynthetische Symbiosen antreiben.

Cycloclasticus-Arten als Hauptakteure beim Ölabbau

Darüber hinaus verglichen sie das Genom der symbiotischen Bakterien im Golf von Mexiko mit den dort freilebenden, nahe verwandten Cycloclasticus-Arten, die nach der Deepwater Horizon-Ölkatastrophe in großen Zahlen auftraten. Hier machten die Forscher eine erstaunliche Entdeckung: „Offensichtlich handelt es sich bei Cycloclasticus um eine Schlüsselfigur im marinen Ölabbau“, sagt Rubin-Blum. Zum Erstaunen der Forscher hatte auch die freilebende Art das Talent, die kurzkettigen Alkane im Öl abbauen. Diese treten vor allem unmittelbar nach einem Ölaustritt wie der Explosion der Ölplattform auf und werden schnell und von vielen Organismen abgebaut. Als nächstes wollen die Bremer Forscher daher sowohl symbiotische als auch freilebende Arten auf ihre Fähigkeit untersuchen, Kohlenwasserstoffe im Meer abzubauen.

bb

„Die Chemie muss nachhaltiger werden“, forderte Kurt Wagemann, Geschäftsführer der Gesellschaft für Chemische Technik und Biotechnologie (Dechema) in seinem Impulsvortrag. Aber wie? Woher kommen die neuen Ideen? Wie können sie umgesetzt werden? Rund 200 Interessierte lockte das Thema am 20. Juni zum Rohstoffgipfel mit dem Titel „Weg vom Erdöl – die Chemie braucht neue Rohstoffe“. Initiiert von der Technischen Universität Berlin, von der Dechema sowie der Covestro AG – einer auf Materialien fokussierten Tochterfirma des Bayer-Konzerns – wurde hier mit Wissenschaftlern, Unternehmern und Gründern über Wege zu einer nachhaltigen Chemie diskutiert.

Warum die Industrie von Start-ups profitiert

„Kohlenstoff bleibt auch in Zukunft ein wichtiger Rohstoff“, betonte Wagemann, der die Veranstaltung mit einem Überblick zu den aktuellen Herausforderungen in der chemischen Industrie eröffnete. Nach Ansicht des Professors müsste der Rohstoff jedoch aus erneuerbaren Quellen gewonnen werden. „CO₂ wird zu einem echten Rohstoff mit einer echten Mangelsituation werden“, prognostizierte er.

Später diskutierten Start-up-Gründer, Industrievertreter und Politiker gemeinsam darüber, wie neue Wege in der Chemie-Branche eingeschlagen werden können. Dass kleinen innovativen Unternehmen hier eine besondere Rolle zukommt, darin waren sich die Podiumsteilnehmer einig. „Wir brauchen Start-ups“, sagte Markus Steilemann, Vorstandsmitglied für Innovation, Marketing und Vertrieb bei der Covestro AG. „Kein Unternehmen hat heute das Potential alles alleine zu lösen. Das schaffen wir nur gemeinsam.“ Nicht zuletzt vor diesem Hintergrund habe man gemeinsam mit der Dechema den Rohstoffgipfel an der TU-Berlin mitinitiiert. Zuletzt hatte Covestro mit einem biobasierten Ansatz für die Herstellung der Grundchemikalie Anilin Schlagzeilen gemacht.

Welchen Input junge Unternehmer für große Konzerne liefern können, berichtete Sonja Jost, selbst Gründerin und Geschäftsführerin der Firma DexLeChem GmbH in Berlin. Das Start-up setzt auf ressourcenschonende Verfahren für die Herstellung von Arzneimitteln und will mit seinem Angebot eine Lücke zwischen Forschung und Markt schließen. „Es gibt viele großartige Erfindungen in der Wissenschaft, aber oft gelangen sie nicht zur Anwendung. In meinem Fall wollte ich mich selbst darum kümmern, um diese Lücke zu schließen“, sagte Jost.

Voraussetzungen müssen verbessert werden

Steffen Krach, Staatssekretär für Wissenschaft und Forschung des Berliner Senats, verwies darauf, dass sich 60% aller deutschen Chemie-Start-ups in Berlin befänden – aus seiner Sicht ein Beweis für die Attraktivität des Wissenschaftsstandorts Berlin mit seinem Exzellenzcluster UniCat an der TU Berlin und der hier versammelten interdisziplinären Expertise. Robert Schlögel, Direktor des Fritz-Haber-Instituts, verwies jedoch darauf, dass dies allein noch nicht für einen Wandel in der Chemie ausreiche:. „Der Spirit muss noch mehr in andere Teile der Republik getragen werden.“ Dechema-Geschäftsführer Wagemann unterstrich jedoch, dass auch die Industrie den Bedarf an Innovationen mehr und mehr erkennt: „Mittlerweile sucht das Geld Ideen und nicht umgekehrt.“ Doch ganz so einfach sei es nicht, widersprach Gründerin Jost. Sie und Schlögl bedauerten, dass oft tolle Ideen nicht weiterentwickelt und umgesetzt würden, weil es an den nötigen Rahmenbedingungen wie Räumlichkeiten fehle oder die Finanzierung nicht immer einfach sei. Staatssekretär Krach versicherte, dass man in Berlin auch zukünftig die Start-up-Szene fördern wolle. Laut Berliner Morgenpost will die Landesregierung dazu aus dem Nachhaltigkeitsfonds Siwana sieben Millionen Euro beizusteuern. Um die Rahmenbedingungen zu verbessern, sei es wichtig die gesellschaftliche Akzeptanz zu verbessern, ergänzte Steilemann von Covestro. „Die Chemie-Branche ist Teil der Lösung.“

Start-up-Wettbewerb am Centre for Entrepreneurship

Welche Innovationen schon heute von Start-ups entwickelt werden, wurde beim Wettbewerb „Mehr Gründerspirit muss her“ deutlich, den das Centre for Entrepreneurship der TU Berlin initiiert hat. Bis Anfang Juni konnten Bewerber ihre Ideen einreichen. Die fünf besten Kandidaten – darunter deutsche und ausländische Start-ups – stellten ihre Geschäftsmodelle beim Rohstoffgipfel vor. Unter den fünf Besten das Berliner Start-up Fairwindel. „Wir wollen Einwegwindeln aus 100% erneuerbaren Rohstoffen auf den Markt bringen“, so Firmengründer Dominic Franck (mehr dazu im Interview). Für ihre Idee erhielt die Firma kürzlich den dritten Platz beim Greentech Award 2017.

Prämierung von innovativen Start-ups

Ebenfalls im Wettbewerb dabei: Das Brandenburger Start-up LXP Group. Erst im April konnte sich die Firma eine Finanzierung in Höhe von 2,6 Mio. Euro durch die Münchener MIG Fonds sichern. Das Unternehmen um Katrin Streffer, hat hat das LX-Verfahren entwickelt, mit dem sich Zucker und hochwertiges Lignin aus bislang ungenutzter pflanzlicher Biomasse gewinnen lassen. „Die Produkte können dann für Biokraftstoffe oder in der Biochemie weiterverwendet werden.“, erklärte Streffer in Berlin. Mit dieser Idee konnten die Gründer auch die Fachjury überzeugen. Sie wurden bei der Veranstaltung mit dem mit 5.000 Euro dotierten ersten Preis ausgezeichnet. Die Siegprämie in Höhe von 3.000 Euro für den zweiten Preis nahm Nicholas Flanders für Opus12 entgegen, einem Start-up aus San Francisco, das mit elektrochemischem Verfahren CO₂ recycelt. Carbon8 Systems aus Großbritannien wurde mit dem dritten Preis und 1.000 Euro prämiert. Das Unternehmen will gefährliche Industrieabfälle als Rohstoffquelle für Baustoffe nutzen.

bp

Zecken sind unscheinbare Spinnentiere, die zahlreiche Erreger mit sich tragen. Neben der Infektionskrankheit Borreliose ist vor allem die Frühsommer-Meningoenzephalitis (FSME) für den Menschen gefährlich. Denn das Virus kann die Hirnhaut und das zentrale Nervensystem angreifen. Bei der Suche nach Futter erweisen sich die Blutsauger nicht nur als äußerst geduldig. In den knapp drei Jahren ihrer Lebenszeit verbringen sie 90 Prozent der Zeit lauernd auf Gräsern, Kräutern und Sträuchern und halten Ausschau nach menschlichen oder tierischen Opfern. Auch überwinden sie beachtliche Stecken und Hindernisse, um an ihre Opfer heranzukommen.

Haftprotein auch in Zeckenfüßen

Wie Spinnentiere wie Zecken Hindernisse wie Pflanzen aber auch Haut und Haare überwinden und darauf Halt finden, haben Forscher der Technischen Universität Dresden (TUD) und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) am Gemeinen Holzbock (Ixodes ricinus) untersucht. Wie  das Team im Fachjournal „Journal of Experimental Biology“ berichtet, überraschte dabei insbesondere die Funktion der Zeckenfüße und die Erkenntnis, dass ihr Hafttrick nicht überall funktioniert. „Dass nicht nur das Haftkissen, sondern auch die transparenten Krallen fast vollständig mit dem elastischen Protein Resilin gefüllt sind, ist eine Überraschung. Vorab haben wir nie Resilin in den Krallen anderer Spinnentiere und Insekten beobachtet“, erklärt Dagmar Voigt vom Institut für Botanik der TUD.

Bekannt war, dass Zecken über gekrümmte, spitze Krallen und einem dazwischenliegenden Haftkissen verfügen. Mithilfe des Haftpads, das aus einer haftenden Flüssigkeit besteht und wie eine Ziehharmonika auf- und zugefaltet werden kann, können sie sich sehr gut auf ebenen Flächen wie Glas oder Haut halten. Die Krallen nutzen sie hingegen auf rauen Oberflächen und Haaren, um Halt zu finden. Auf dem Boden oder auf verunreinigten Oberflächen klappen die Zecken hingegen ihre Füße ein und laufen auf dem Fußgelenk. Klauen als auch Haftpads sind bei weiblichen Zecken jedoch größer. Mit einer Kraft, die mehr als das 500-fache des eigenen Körpergewichts beträgt, können sie so an glatten Flächen problemlos andocken. Das gibt den Weibchen vor allem beim Blutsaugen Sicherheit, wenn das Körpergewicht um das 135-fache zunehmen kann.

Weniger Halt auf Slikon und Kunstharz

In ihren Inversions-, Zentrifugal- und Zugkraftexperimenten konnten die Dresdner und Kieler Forscher jedoch auch nachweisen: Der Haftmechanismus der Zecke wirkt nicht auf allen Oberflächen. Auf Silikonabdrücken der Haut sowie auf mikrorauen Kunstharzoberflächen ist die Haftkraft der Studie zufolge deutlich geringer. Das gibt Hoffnung auf neue Materialien, die Zecken abwehren, bevor sich die Krankheitsüberträger beim Menschen festkrallen können. „Unsere Experimente zeigen ganz deutlich, wie eine zukünftige technische Oberfläche mit einer Antihaftwirkung für die Zecken aussehen kann“, resümiert Stanislav Gorb vom Zoologischen Institut der CAU.

bb

Enzyme sind die Multitalente der Bioindustrie: Mithilfe der Biokatalysatoren lassen sich beispielsweise Produktionsprozesse zur Herstellung von Feinchemikalien wie z.B. neue Wirkstoffe für Arzneimittel gezielt steuern. Das Verhalten der Enzyme vorherzusagen, ist jedoch schwierig und aufwendig. Unzählige Laborexperimente sind notwendig, um aus der Vielzahl der Enzyme jene zu finden, mit denen die gewünschte biochemische Reaktion gelingt.

Enzym-Verhalten verstehen

Die Entwicklung computergestützter Modelle zur Vorhersage solcher Prozesse für die weiße und rote Biotechnologie stand daher im Fokus des Verbundprojektes „Bioscore“.  Hier arbeiteten Forscher der Universität Hamburg gemeinsam mit Bayer CropScience und dem Softwareentwickler BioSolveIT an der Entwicklung einer Methode zur energetischen Bewertung von Proteinstrukturen und -komplexen. „Es ist wichtig, Enzyme in ihrer Arbeitsweise so genau wie möglich zu verstehen, um sie für die Herstellung und den Abbau spezieller Produkte nutzen zu können“, erklärt der Hamburger Bioinformatiker Matthias Rarey. Das Forschungsprojekt wurde im Rahmen der Förderinitiative „Bioindustrie2021“ von 2012 bis 2015 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit insgesamt 575.000 Euro gefördert.

Biokatalyse am Computer vorhersagen

„In der Pharmaforschung sind Computermodelle etabliert. Bei der Biokatalyse hingegen sind die Einsatzmöglichkeiten noch nicht ausgeschöpft“, erklärt Rarey. Ziel von „Bioscore“ war es daher, Computermethoden aus der pharmazeutischen Forschung so weiterzuentwickeln, dass damit auch Vorhersagen für die Biokatalyse möglich sind und so neue Anwendungen erschlossen werden.

Auf Bindungsenergie von Proteinen in Wasser fokussiert

Grundlage der Arbeit war die sogenannte Hyde-Technologie, die zuvor vom Projektpartner Bayer CropScience gemeinsam mit der BioSolveIT und Rareys Arbeitsgruppe in Hamburg entwickelt wurde. Bei Hyde handelt es sich um ein theoretisches Modell, das zur Vorhersage der Bindungsenergie von Protein-Ligand-Komplexen bezogen auf wässrige Lösungen eingesetzt wird.

Wie in allen anderen Wirtschaftsbranchen verändert die Digitalisierung auch die Landwirtschaft und die Agrarindustrie grundlegend. Informationstechnik ist aus dem Alltag der Bauern nicht mehr wegzudenken. Digitale Anwendungen helfen beim Pflanzenschutz, bei der Tierhaltung und der Wettervorhersage. Für die Präzisionslandwirtschaft sind Landmaschinen mit intelligenten Technologien bestückt und kommunizieren untereinander. Automatisierte Arbeitsprozesse sind auf dem Feld und im Hof angekommen. Die digitale Landwirtschaft birgt das Potenzial, Agrarbetriebe ressourcenschonender und effizienter zu gestalten.

The Bio-based Industries Consortium (BIC) is a non-profit organisation based in Brussels. It represents the private sector in a public-private partnership (PPP) with the EU on Bio-based Industries (BBI). €3.7 billion will be injected into the European economy between 2014 and 2024 - €975 million from the European Commission and €2.7 billion from the Bio-based Industries Consortium (BIC) - to develop an emerging bioeconomy sector. BIC is host to a unique mix of sectors that currently covers the areas of agriculture, agro-food, forestry, pulp and paper, chemicals, energy and other manufacturing sectors. With over 200 members from academia and industry, as well as technology platforms and associations spread across Europe, BIC brings together a multitude of cross sector and multi-disciplinary expertise in the field of bio-based industries.

Europe as world leading bioeconomy

This June BIC has announced its new Strategic and Research Agenda - SIRA (PDF-Download). SIRA identifies the activities needed to speed up the development of such sustainable and competitive bio-based industries in Europe and reflects BIC’s ambition to transform Europe into a world leading bioeconomy. The announcement came as somewhat of a surprise, since the European Commission only recently announced they would delay their review of the bioeconomy strategy until the end of 2017.

New feedstocks included

John Bell, Director for Bioeconomy, DG Research & Innovation, European Commission summarises the new plan: “The latest SIRA is designed to attract new industrial sectors and stimulate closer collaboration between different industries. It envisages the creation of novel value chains, making it easier for the Bio-Based Industries Joint Undertaking to fully support the development of a circular bioeconomy, while enabling Europe to achieve its climate goals and the objectives of the Juncker Plan – to boost investment, sustainable growth and job creation.” In fact, the new SIRA especially targets the ‘multi-value-chain’ approach and integrates new feedstocks such as aquatic-based sources, bio-waste and CO₂. Furthermore, it also includes the aims of junior BIC members, as well as new technology and market developments since the first Agenda was adopted in 2013. Thus, the updated SIRA identifies the research and innovation actions needed to deliver tangible albeit increasingly ambitious environmental, social and economic benefits by 2020 and 2030.

jmr/pg

Hülsenfrüchte wie Linsen, Bohnen oder Soja gewinnen wegen ihres hohen Eiweißgehaltes als Nahrungs- und Futtermittel an Bedeutung. Aber nicht nur als Proteinquelle sind Leguminosen von hohem Wert. Ihr Talent, mithilfe von Bakterien über die Wurzeln Stickstoff aus der Luft zu binden, macht sie zu natürlichen Düngerexperten der Landwirtschaft und Kandidaten für eine nachhaltige Bewirtschaftung. Mit gerade 2% sind die Multitalente auf Europas Feldern aber eher eine Seltenheit. Die EU ist damit nicht nur auf Importe, sondern auch auf die Herstellung von anorganischen Stickstoffdüngern angewiesen. Das soll sich ändern.

Das Potenzial von Hülsenfrüchten sowie deren ökologischen und sozialen Vorteile stehen daher im Fokus des neuen EU-Projektes TRUE (TRansition paths to sUstainable legume-based systems in Europe), in dem Forscher der Universität Hohenheim mit Partnern aus 10 Ländern zusammenarbeiten. Das Vorhaben wird im Rahmen des Programms „Horizon 2020“ von der Europäischen Union mit insgesamt 5 Mio. Euro gefördert.

Aus dem Erfolg von Linsen und Soja lernen

Das Ziel des Projektes: Den Anbau von Hülsenfrüchten in der EU vorantreiben und Europas Agrarpolitikern Empfehlungen dafür geben. Die Fallstudien der Hohenheimer konzentrieren sich dabei auf die Erfolgsgeschichten von Linsen und Soja. Die im Projekt gewonnenen Erkenntnisse sollen helfen, besser zu verstehen, warum gerade diese beiden Leguminosen in Deutschland erfolgreich sind. „Das kann auch anderen Leguminosen den Weg bereiten. Die Kichererbse steht bereits in den Startlöchern“, erklärt Sabine Gruber, Pflanzenbau-Expertin an der Universität Hohenheim.