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Die seit rund 6.000 Jahren domestizierte Weinrebe hat etwa 60 wilde Verwandte, darunter auch die europäische Wildrebe Vitis vinifera ssp. vinifera. Sie gilt als Ursprung des Weinanbaus mit weltweit etwa 10.000 Varietäten. Viele dieser Wildarten sind bedroht und waren bislang genetisch nicht erfasst. Von 48 dieser 60 Arten haben chinesische Forscher nun die Genome analysiert und dazu auch auf eine Sammlung des Botanischen Instituts des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) zurückgegriffen. Dieses weltweit einmalige Archiv enthält den gesamten in Deutschland noch existierenden Genpool der Weinrebe.

Gesamte Biodiversität erfasst

„Dieser riesige Datensatz erlaubt uns, ein umfassendes Bild über die Evolution der Weinrebe zu entwerfen. Er wird auch in der Zukunft noch zahlreiche Facetten aus der Geschichte unserer Kulturrebe offenbaren“, freut sich Peter Nick, Professor für Molekulare Zellbiologie am Botanischen Institut. „Wir haben damit nicht nur die gesamte Biodiversität dieser Art erfasst, sondern auch die gesamte genetische Information zur Verfügung, um diese gezielt zu nutzen.“

Bedeutsame Gene identifiziert

Im Fachjournal „Nature Communications“ berichten die Forscher, dass sich beispielsweise Arten aus der Schwarzmeer-Region deutlich von anderen kultivierten Weinarten unterscheiden. Außerdem förderten die Genomanalysen bereits Hinweise zutage, welche genetischen Parameter Einfluss auf die Genießbarkeit der Trauben haben, und wie sich die Stressresistenz der Reben erhöhen lassen könnte. Auch wurden Kandidatengene identifiziert, die für die Form der Trauben und deren Aroma verantwortlich sein dürften.

Datenbank für Weinzüchter

Das Team am KIT hat die Genomdaten inzwischen in eine Datenbank überführt, die alle heimischen Reben umfasst. Für jedes Gen lassen sich so die existierenden Varianten der gesamten Sammlung abrufen und vergleichen. Das birgt ein großes Potenzial für die Weinzüchtung, da Züchter so jene Arten identifizieren können, die für ihre jeweiligen Anforderungen genetisch am besten geeignet sind.

bl

The vine, which has been domesticated for about 6,000 years, has about 60 wild relatives, including the European wild vine Vitis vinifera ssp. vinifera. It is regarded as the origin of viticulture with about 10,000 varieties worldwide. Many of these wild species are threatened and have not yet been genetically recorded. Chinese researchers have now analysed the genomes of 48 of these 60 species and also made use of a collection from the Botanical Institute of the Karlsruhe Institute of Technology (KIT). This unparalleled archive contains the entire gene pool of the grapevine that still exists in Germany.

Complete biodiversity recorded

"This huge dataset allows us to create a comprehensive picture of the evolution of the vine. It will continue to reveal numerous aspects of the history of our vine in the future," said Peter Nick, Professor of Molecular Cell Biology at the Botanical Institute. "We have thus not only captured the entire biodiversity of this species, but also the entire genetic information available for targeted use."

Important genes identified

In the specialist journal "Nature Communications", the researchers report that species from the Black Sea region, for example, differ significantly from other cultivated wine species. In addition, the genome analyses have already revealed which genetic parameters have an influence on the edibility of the grapes and how the stress resistance of the vines can be increased. Candidate genes have also been identified that may be responsible for the shape of the grapes and their aroma.

Database for wine growers

The KIT team has now transferred the genome data into a database that includes all domestic vines. For each gene, the existing variants of the entire collection can be retrieved and compared. This has great potential for wine breeding, as growers can identify the species that are genetically best suited to their particular requirements.

bl/um

Insektizide aus der Gruppe der Neonicotinoide sind Studien zufolge für das Bienensterben verantwortlich. Drei von fünf solcher Präparate sind deshalb in der Europäischen Union für den Einsatz im Freiland verboten – zu Recht, wie jetzt eine internationale Studie unter Beteiligung der Universität Halle-Wittenberg (MLU) zeigt. Allerdings betreffen die Folgen des untersuchten Insektizids Clothianidin weniger die Honigbiene als vielmehr Wildbienen wie die Hummel.

Wichtige Hinweise schon 2015

Bereits 2015 berichtete das Team unter Leitung der Universität Lund in Schweden von negativen Auswirkungen des Clothianidins auf Wildbienen. „Die meisten vorherigen Studien zu den negativen Folgen von Neonicotinoiden auf Bienen fanden im Labor statt. Das Projekt sollte die Frage klären, ob sich die Ergebnisse aus dem Labor auch im Feld bestätigen lassen“, erläutert die Erstautorin der Studie, Julia Osterman von der MLU. Die Forscher hatten deshalb 96 Bienenvölker auf Rapsfeldern angesiedelt, manche zwei Jahre in Folge. Ein Teil der Felder war mit dem Insektengift behandelt worden. Anschließend untersuchten die Forscher die Bienenvölker auf Krankheitserreger und analysierten die gesammelten Pollen.

Kaum Einflüsse auf Honigbienenvölker

In einer Folgestudie analysierte das Team nun weitere Details und weitete seine Untersuchungen auf Hummeln aus. Entgegen der Erwartungen fanden sich keine Hinweise darauf, dass Clothianidin die Honigbienen anfälliger für Krankheiten macht. Im Umfeld der Honigbienenvölker, deren Pollen den Kontakt mit dem Insektizid belegte, wiesen die Forscher sogar weniger Krankheitserreger nach. Die Größe der Honigbienenvölker blieb unbeeinträchtigt.

Fataler Einfluss auf Hummelnachwuchs

Ein ganz anderes Bild zeigte sich allerdings bei den Hummeln. Tiere, die in der Nähe von Feldern lebten, die mit Clothianidin behandelt worden waren, zeugten kleinere Nachkommen. Außerdem brachten ihre Völker weniger Königinnen und Drohnen hervor. „Da bei Hummeln nur die neugeborenen Königinnen überwintern, ist der negative Einfluss auf deren Anzahl besonders besorgniserregend“, erklärt Dimitry Wintermantel vom Französischen Institut für Agrarwissenschaften INRA, der maßgeblich an der neuen Studie beteiligt war. Kollegin Osterman hat auch eine Erklärung für den Unterschied zwischen Honigbienen und Hummeln: „Honigbienenvölker können wohl aufgrund ihrer enormen Größe negative Auswirkungen auf individuelle Bienen deutlich besser kompensieren als Solitärbienen oder Hummeln“, so die Biologin.

Konsequenzen für Zulassungsstudien

Die Studie legt somit nahe, dass bei der Zulassung von Pflanzenschutzmitteln Ergebnisse aus dem Labor nicht immer auf das Freiland übertragbar sind. Vor allem aber verdeutlichen sie, das Zulassungsstudien besonders die Wildbienen in den Blick nehmen sollten.

bl

Studies have shown that insecticides from the neonicotinoid group are responsible for bee mortality. Three out of five such preparations are therefore banned in the European Union for use in the field - and rightly so, as an international study involving the University of Halle-Wittenberg (MLU) has now shown. However, the insecticide clothianidin does not impact honeybees as much as wild bees such as bumble bees.

Important information as early as 2015

As early as 2015, the team led by the University of Lund in Sweden reported negative effects of clothianidin on wild bees. "Most of the previous studies examining the negative effects of neonicotinoids on bees were conducted in the laboratory. The aim of this project was to clarify whether the lab results could be confirmed in the field," explains the first author of the study, Julia Osterman of MLU. The researchers had therefore settled 96 bee colonies on rape fields, some of them for two consecutive years. Parts of the fields had been treated with the insecticide. The researchers then examined the bee colonies for pathogens and analyzed the collected pollen.

Honey bee colonies much more robust

In a follow-up study, the team analyzed further details and extended its investigations to bumble bees. Contrary to expectations, there was no evidence to suggest that clothianidin makes honeybees more susceptible to diseases. The researchers even found fewer pathogens in the environment of honey bee colonies whose pollen showed exposure to the insecticide. The size of honey bee colonies remained unaffected.

Fatal impact on bumblebee offspring

Bumblebees, however, showed a completely different picture. Animals living near fields treated with clothianidin produced smaller offspring. In addition, their colonies produced fewer queens and drones. "Since only newborn bumblebee queens survive the winter, the negative influence on their numbers is particularly worrying," explains Dimitry Wintermantel of the French Institute of Agricultural Sciences INRA, who was instrumental in the new study. His colleague Osterman also has an explanation for the difference between honey bees and bumblebees: "Because they are so large, honeybee colonies can compensate for negative effects on individual bees much better than solitary bees or bumble bees," says the biologist.

Consequences for approval studies

The study therefore suggests that results from the laboratory cannot always be transferred to the field when plant protection products are authorized. Above all, however, they make it clear that approval studies should pay particular attention to wild bees.

bl/um

Wie kann die Entsorgung von Klärschlämmen zu vertretbaren Kosten langfristig sichergestellt werden, und wie können die gesetzlichen Anforderungen zur Phosphorrückgewinnung eingehalten werden? Mit diesen Fragen beschäftigt sich das Forschungsprojekt „P-RückSÜD“ der Hochschule Biberach. Es wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert. Viele Jahre wurden Klärschlämme wegen ihres Phosphorgehalts als Düngemittel in der Landwirtschaft ausgebracht. Das ist problematisch, da im Klärschlamm beispielsweise Schwermetalle oder Arzneimittelrückstände enthalten sein können. Seit der Gesetzgeber die Grenzwerte verschärft hat, werden Klärschlämme daher zunehmend thermisch verwertet.

Technisch anspruchsvolle Aufgabe

Allerdings verlangt der Gesetzgeber seit 2017 eine Phosphatrückgewinnung, um sich von Phosphorimporten unabhängig zu machen und um Stoffkreisläufe zu schließen. „Technisch eine anspruchsvolle Aufgabe, für die es bislang noch keine gesicherten Verfahren mit mehrjähriger großtechnischer Erfahrung gibt“, erläutert Bauingenieurin Ulrike Zettl von der Hochschule Biberach. Bereits jetzt zeichne sich ab, dass nur wenige Kläranlagenbetreiber durch eine Phosphorabreicherung den ab 2029 geltenden gesetzlichen Anforderungen nachkommen können, warnt die Professorin für Siedlungswasserwirtschaft.

Thermische Verwertung und Phosphorrückgewinnung

Das Projektteam geht davon aus, dass die Klärschlammentsorgung darauf hinauslaufen wird, die Schlämme thermisch zu verwerten und anschließend aus der Asche den Phosphor zurückzugewinnen. Hierfür seien jedoch neue Behandlungs- und Phosphorrückgewinnungsanlagen nötig, da es schon heute kaum Möglichkeiten der thermischen Verwertung gebe. „Riesige Zwischenlager werden gebaut und die Entsorgungskosten explodieren“, schildert Zettl. „Bei neuen Ausschreibungen zur Klärschlammentsorgung darf man sich glücklich schätzen, überhaupt ein Angebot zu erhalten – wenn auch zu deutlich höheren Preisen als bisher.“

Neue Anlagen durch kommunale Betriebe?

Im Austausch mit Kläranlagenbetreibern und Behörden wollen die Forscher daher mögliche Szenarien entwickeln, wie die zukünftige Klärschlammentsorgung einschließlich der Phosphorrückgewinnung gestaltet werden kann. Ins Visier nehmen sie dazu die Regionen Donau-Iller, Allgäu, Hochrhein-Bodensee und Bodensee-Oberschwaben. Neben den technischen Fragen soll es dabei auch um genehmigungsrechtliche Aspekte und Wege der interkommunalen Zusammenarbeit gehen. Eine Möglichkeit wäre, dass neue thermische Behandlungs- und Phosphorrückgewinnungsanlagen durch kommunale Betriebe gebaut und betrieben werden oder die Dienstleistung ausgeschrieben und an Drittfirmen vergeben wird.

bl

In vielen Bereichen bemüht sich die chemische Industrie, erdölbasierte Produkte durch biobasierte Alternativen zu ersetzen. Nicht immer ist die von den Verbrauchern begrüßte Nachhaltigkeit jedoch ein hinreichendes Argument, um die neuen Rohstoffe tatsächlich zu verwenden. Die Schwelle dafür ist niedrig bei Rohstoffen, die 1:1 ausgetauscht werden können, ohne Prozesse oder Anlagen verändern zu müssen. Sind jedoch Entwicklungsarbeit oder gar Investitionen in den Umbau bestehender Anlagen nötig, bremsen ökonomische Aspekte den Umstieg auf ökologische Alternativen.

Übersichtsstudie für verschiedene Anwendungen

Für den Bereich Klebstoffe hat Lydia Heinrich, Chemikerin am Fraunhofer-Institut für Holzforschung (WKI) in Braunschweig, jetzt eine Übersichtsstudie erstellt, die weitere Vorteile biobasierter Rohstoffe für die einzelnen Klebstoffanwendungen beschreibt. Ihre Erkenntnisse sind im Fachjournal „Green Chemistry“ publiziert.

Neue Funktionalitäten und einfache Handhabung

Im Fokus der Analyse standen neue Funktionalitäten, die aufgrund unterschiedlicher molekularer Strukturen möglich werden, und inhärente Stärken von Pflanzenölen wie deren Hydrophobie. Beachtung findet weiterhin, dass biobasierte Rohstoffe meist geringere Risiken für die menschliche Gesundheit darstellen. Das eröffnet neue Anwendungsgebiete beispielsweise in der Humanmedizin. Auch für Ökosysteme sind biobasierte Klebstoffe weniger bedenklich, weil sie biologisch abgebaut werden können. Einfache Recyclingverfahren ermöglichen zudem, den Rohstoffkreislauf zu schließen und Abfälle zu vermeiden.

Kostenersparnis und Leistungssteigerung möglich

Nicht zuletzt stellt die Forscherin fest, dass biobasierte Alternativen durchaus auch hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit mineralölbasierte Klebstoffe übertreffen können. Und auch das ökonomische Argument greift sie auf: Aufgrund einer unkomplizierten Handhabhabung und geringer Rohstoffkosten bieten biobasierte Klebstoffe durchaus auch Einsparpotenziale, die eventuelle Umbau- oder Entwicklungskosten ausgleichen können.

bl

In many areas, the chemical industry is trying to replace petroleum-based products with bio-based alternatives. However, sustainability, which is welcomed by consumers, is not always a sufficient argument for actually using the new raw materials. The threshold for this is low for raw materials that can be substituted without having to change processes or equipment. However, if development work or even investments in the conversion of existing plants are necessary, economic aspects hamper the switch to ecological alternatives.

Overview study for various applications

Lydia Heinrich, a chemist at the Fraunhofer Institute for Wood Research (WKI) in Braunschweig, has now prepared an overview study for the adhesives sector that describes further advantages of biobased raw materials for the individual adhesive applications. Her findings have been published in the specialist journal "Green Chemistry".

New functionalities and easy handling

The analysis focused on new functionalities made possible by different molecular structures and inherent strengths of vegetable oils such as their hydrophobicity. It should also be noted that bio-based raw materials usually pose lower risks to human health. This opens up new areas of application, for example in human medicine. Bio-based adhesives are also less critical for ecosystems because they can be biologically degraded. Simple recycling processes also make it possible to close the raw material cycle and avoid waste.

Cost savings and improved performance possible

Last but not least, the researcher finds that bio-based alternatives can also outperform mineral oil-based adhesives in terms of performance. She also takes up the economic argument: Due to their uncomplicated handling and low raw material costs, biobased adhesives also offer potential savings that can compensate for possible conversion or development costs.

bl/um

Im Februar 2012 wurde die erste europäische Bioökonomie-Strategie veröffentlicht – damals mit den Schwerpunkten Ernährungssicherheit, nachhaltiges Ressourcenmanagement, weniger Abhängigkeit von fossilen Ressourcen, Senkung der CO₂-Emissionen, Schaffung neuer Jobs und Förderung der Wettbewerbsfähigkeit. Die im Oktober 2018 publizierte, überarbeitete Strategie greift diese Zielsetzungen auf, geht aber darüber hinaus: Sie umfasst alle Sektoren und Systeme, die auf der Nutzung biologischer Ressourcen, ihrer Funktionen und Prinzipien beruhen. Im Mittelpunkt steht die grüne Transformation – eine ökonomisch sinnvolle und ökologisch tragfähige Neuausrichtung der Wirtschaft und Gesellschaft und ein Systemwechsel bei Produktion und Verbrauch von Ressourcen. Übergeordnetes Ziel der neuen Strategie: einen messbaren Beitrag der Bioökonomie zu Klimaschutz und nachhaltiger Entwicklung in Europa leisten. Ab 2019 sollen 14 konkrete Politikmaßnahmen umgesetzt werden.

Das biotechnisch erzeugte Spinnenseideprotein der Firma AMSilk scheint derzeit besonders bei Schweizer Konzernen gefragt zu sein: Nachdem im Januar der Luxusuhrenhersteller Omega eine Zusammenarbeit mit dem Martinsrieder Biotech-Unternehmen bekannt gab, vermeldete nun der weltgrößte Hersteller für Duft- und Geschmackstoffe Givaudan den nächsten Coup: Das Spezialchemie-Unternehmen mit Sitz in Vernier übernimmt das Kosmetikgeschäft der AMSilk GmbH. Der Zukauf ist Teil der Givaudan-2020-Strategie und soll die Sparte "Active Beauty" (sinngemäß: bioaktive Kosmetik) stärken. Über finanzielle Details des Deals wurde nichts bekannt.

Neue Märkte erschließen

Jens Klein, Geschäftsführer von AMSilk, erklärte: „Wir fühlen uns geehrt, dass Givaudan unser erfolgreiches Kosmetikgeschäft übernimmt, um es international weiter zu expandieren und mit unseren funktionellen Biopolymeren noch mehr Verbraucher rund um die Welt zu erreichen.“ Laurent Bourdeau, Leiter von Givaudans Geschäftsfeld Active Beauty, lobte: „Die AMSilk-Technologie ist einzigartig und wird uns ermöglichen, unser Produktportfolio an maßgeschneiderten Polypeptiden zu erweitern.“ Die Produkte seien biobasiert und die Prozesse absolut nachhaltig, was dem Verbraucherwunsch nach „sauberen“ Schönheitsprodukten entspreche. Maurizio Volpi, Präsident der Givaudan-Abteilung Fragrances, hob zudem die starke Forschung des deutschen Unternehmens und dessen biotechnologische Plattform für künftige Entwicklungen hervor.

Seidenglanz und Anti-Aging-Effekt

AMSilk produziert biotechnologisch Spinnenseideproteine, die in der Medizintechnik, im Flugzeugbau, in der Textilbranche und eben auch im Bereich der Haut- und Haarpflege genutzt werden. Die Biopolymere verleihen Haaren ein seidiges Aussehen, schützen deren Farbe und halten Schmutz fern. Auf der Haut entwickeln sie einen Anti-Aging-Effekt.

bl/pg

The vegan silk biopolymers of the company AMSilk seem to be in particular demand with Swiss companies at present: After the luxury watch manufacturer Omega announced a cooperation with the Martinsried biotech company in January, Givaudan, the world's largest manufacturer of fragrances and flavors, announced its next coup: The specialty chemicals company based in Vernier will take over the cosmetics business of AMSilk GmbH. The acquisition is part of Givaudan's 2020 strategy to strengthen its Active Beauty business. Financial details of the deal were not disclosed.

Opening up new markets

Jens Klein, Managing Director of AMSilk said: "We are honoured that Givaudan is acquiring our successful cosmetics business to further expand internationally to reach even more consumers around the world with our functional biopolymers". Laurent Bourdeau, Head of Givaudan's Active Beauty business, praised: "The AMSilk technology is unique and will allow us to enlarge our portfolio of products by developing bespoke polypeptides". The products are bio-based and the processes are absolutely sustainable, which is in line with consumer demand for "clean" beauty products. Maurizio Volpi, President of Givaudan's Fragrances Division, also highlighted the strong research of the German company and its biotechnology platform for future developments.

Silky gloss and anti-aging effect

AMSilk biotechnologically produces spider silk proteins that are used in medical technology, in aircraft construction, in the textile industry and also in skin and hair care. The biopolymers give hair a silky appearance, protect its colour and keep dirt away. They develop an anti-aging effect on the skin.

bl/pg/um

450 Wissenschaftler aus 50 Ländern, 15.000 ausgewertete Publikationen aus Wissenschaft und Politik: Das sind die Zahlen hinter dem globalen Bericht des Weltbiodiversitätsrates IPBES, der am 6. Mai in Paris der Öffentlichkeit vorgestellt werden soll. Es ist der erste globale Bericht zum Zustand der Ökosysteme seit dem Millennium Ecosystem Assessment im Jahr 2005. Ein besonderer Fokus liegt erstmals auf indigenem und regionalem Wissen. Der Bericht gilt als eines der Highlights der 7. Vollversammlung von IPBES in Paris. Zudem wollen die 132 Mitgliedsstaaten dort ein Arbeitsprogramm für die kommenden zehn Jahre beschließen.

Landnutzung treibt Artenverlust

Zu den drei Leitern des globalen IPBES-Berichts gehört Josef Settele vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ). „Wir haben es geschafft, in den letzten drei Jahren die aktuellsten Fakten zum weltweiten Zustand unserer Ökosysteme zusammenzutragen, Szenarien ihrer zukünftigen Entwicklung zu beschreiben und Handlungsoptionen aufzuzeigen“, resümiert der Agrarwissenschaftler. „Vor allem die Landnutzung zeichnet sich seit langem als entscheidender Treiber des Biodiversitätsverlustes einschließlich des Insektenschwundes ab.“ Deren Analyse habe deshalb einen besonders wichtigen Teil der Arbeit am globalen Assessment ausgemacht.

Veränderungen unter Wasser sichtbar machen

Einen weiteren Schwerpunkt legt der Bericht auf den Zustand der Meere. „Sie regulieren das Klima, produzieren Sauerstoff, bringen ‚Meeresfrüchte‘ sowie Naturstoffe hervor und können zu einer gesunden Umwelt beitragen“, schildert Julian Gutt vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI), der zu den Leitautoren des Berichts gehört. „Weil Veränderungen unter Wasser viel schlechter sichtbar sind als an Land, war es umso wichtiger, im globalen Assessment die Meere gleichermaßen zu berücksichtigen.“ Die Wissenschaftler haben die Natur jedoch nicht isoliert betrachtet, sondern setzen sie im Bericht in Bezug zu ihrer Bedeutung für das Sozialwesen, die Wirtschaft und die Kultur insbesondere der in Küstennähe lebenden Bevölkerung. Auch ihre Anfälligkeit gegenüber Klimawandel und Nutzung fand Berücksichtigung.

Simulationen ermöglichen Prognosen

Nicht zuletzt versucht der Bericht sich an Prognosen, wie sich Biodiversität und damit verbundene Ökosystemleistungen entwickeln werden. „Die Modellsimulationen zeigen, dass treibende Faktoren wie die Veränderungen in der Landnutzung und des Fischfangs, der Klimawandel, die zunehmende Verschmutzung oder die Ausbreitung invasiver Arten uns auch zukünftig vor große Herausforderungen bei der Erhaltung und Wiederherstellung von Biodiversität und Ökosystemen stellen werden“, warnt Almut Arneth vom Karlsruher Institut für Technologie (KIT), ebenfalls eine der Leitautorinnen.

Veränderungen umgehend erforderlich

Dementsprechend liefert der Bericht Entscheidungsgrundlagen für Politik, Wirtschaft und Gesellschaft. Ralf Seppelt, Landschaftsökologe am UFZ, der an diesem Kapitel mitgearbeitet hat, drängt: „Es wurde in unserer Arbeit schnell klar, dass eine Vielzahl von Maßnahmen gleichzeitig ergriffen werden müssen, aber auch, dass ausreichend gesicherte Informationen vorliegen, jetzt und umgehend entscheidende Veränderungen einzuleiten.“

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„Wir haben die Chance genutzt und auf der BUGA Heilbronn einen Pavillon geschaffen, der anschaulich zeigt, welche Ressourcen sich in unserem Abfall verbergen, gerade für den Bausektor“, freut sich Baden-Württembergs Umweltminister Franz Untersteller. Objekt seiner Freude ist ein komplett aus wiederverwerteten und wiederverwendeten Komponenten hergestellter Bau für die Bundesgartenschau 2019, an dem ein Team des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) beteiligt war. Der Pavillon ist Teil des Projekts „Mehr.WERT“, das Ministerium, KIT und die Entsorgungsbetriebe der Stadt Heilbronn gemeinsam betreiben.

Kraftwerk-Rückbau, Altglas und Porzellanbruch

Mit dem Pavillon wollen die Projektpartner darauf aufmerksam machen, welche Wertstoffe in urbanen Abfällen verborgen sind. So stammt der tragende Stahl aus dem Rückbau eines Kohlekraftwerks. Die Fassade ist aus Glaskeramik und dem Dämmmaterial Schaumglas konstruiert – beide Stoffe bestehen aus wiederverwertetem Glas. Die Bodenplatte kombiniert Beton- und Ziegelbruch, Porzellananbruch, mineralischen Bauschutt und direkt wiederverwertete Klinkersteine.

Alte Jeans, Schneidebretter und Haushaltsabfälle

Auch im Inneren setzt das Team auf Recycling: Der Tresen besteht aus wiederverwerteten Textilfasern aus weißer Baumwolle und Jeansstoffen. Die Arbeitsplatte formten die Wissenschaftler aus ehemaligen Küchenschneidebrettern. Hocker und Stühle produzierten sie im 3D-Druck aus Kunststoff-Haushaltsabfällen.

Fazit: Kreislaufwirtschaft heute schon möglich

Am Ende wird auch der Pavillon selbst komplett wiederverwertbar sein: „Der Mehr.WERT.Pavillon bedient sich einerseits der bestehenden urbanen Mine, stellt aber gleichzeitig auch ein Materiallager dar, dessen Ressourcen nach der Bundesgartenschau wieder vollständig zur Verfügung stehen“, erläutert Felix Heisel, Forschungsverantwortlicher im Fachgebiet Nachhaltiges Bauen am KIT. Sein Kollege Dirk Hebel fordert: „Gerade im Bauwesen ist ein Umdenken möglich, denn hier können wir heute schon die Kreislaufwirtschaft etablieren. Wir müssen es nur wollen und tun.“

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Seit 2012 listet die Datenbank „BacDive“ (Bacterial Diversity Metadatabase) Bakterien und Archaeen mit Forschungsdaten zu deren Eigenschaften auf. Jetzt haben die verantwortlichen Forscher des Leibniz-Instituts DSMZ (Deutsche Sammlung von Mikroorganismen und Zellkulturen) diese Datenbank massiv erweitert.

Frei zugänglich und interoperabel

Die Datenbank „BacDive“ folgt den FAIR-Prinzipien, nach denen wissenschaftliche Daten auffindbar, zugänglich, interoperabel und wiederverwendbar (Findable, Accessible, Interoperable, Re-usable) sein sollen. Jetzt gilt das für Daten zu 80.584 Stämmen, darunter mehr als 19.505 Bakterienstämme der schwedischen Sammlung Culture Collection University of Gothenburg (CCUG).

Größte freie API-Sammlung der Welt

Rund 600 Datenfelder mit mikrobiologischen Informationen zu den jeweiligen Stämmen bietet „BacDive“. Darunter befinden sich beispielsweise Daten zu Speziesbeschreibungen und Stoffwechselprofilen sowie Daten über enzymatische Aktivitäten und Antibiotikaresistenzen. Für mehr als 5.000 Stämme existiert in der Datenbank zudem ein Analytical Profile Index (API), mit denen Stämme schnell identifiziert werden können. Das macht „BacDive“ zur größten frei zugänglichen API-Sammlung weltweit.

Mehr als 900.000 Metadaten

Darüber hinaus sind die Datenbankeinträge mit weiterführenden Daten anderer Datenbanken verknüpft, darunter die 16S-rRNA-Sequenzen der Bakterienstämme in der Datenbank SILVA und den an Stoffwechselreaktionen beteiligten Enzymen in der Datenbank BRENDA. Umgekehrt verweisen wichtige Datenquellen wie PubMed, NCBI Taxonomy, NCBI Nucleotide, aber auch Speziesbeschreibungen von Wikipedia auf die korrespondierenden Einträge in „BacDive“ – die nach diesem Update jetzt insgesamt mehr als 900.000 Metadaten bereithalten.

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Es ist einer der wichtigsten Proteinkomplexe für das Leben auf der Erde: das sogenannte Photosystem I. Als Bestandteil der Photosynthese dient der Komplex Pflanzen dazu, aus Sonnenlicht Energie für ihren Stoffwechsel zu gewinnen. Elektrochemiker versuchen schon lange, dieses Prinzip für technische Anwendungen nutzbar zu machen. Einen wichtigen Fortschritt hat nun ein Team der Universität Bochum erzielt.

Von der Evolution optimiert

Die pflanzliche Photosynthese ist für Wissenschaftler gleich doppelt interessant: Zum einen ist der Prozess im Laufe von Millionen Jahren Evolution stetig optimiert worden und verläuft sehr effizient. Zum anderen sind Proteine leicht und ökologisch verfügbar – im Gegensatz zu den Katalysatoren mancher chemischer Verfahren.

Bioelektroden mit Haltbarkeitsproblem

Inzwischen haben mehrere Forschungsgruppen demonstriert, wie sich mit Bioelektroden, die das Photosystem I verwenden, Strom erzeugen lässt. Allerdings besitzen diese Bioelektroden eine sehr begrenzte Haltbarkeit. „Um nachhaltig und effizient Energie zu erzeugen, müssen wir die Prozesse, die die Lebensdauer von Technologien zur Umwandlung erneuerbarer Energien begrenzen, nicht nur verstehen, sondern auch überwinden“, erläutert Wolfgang Schuhmann von der Universität Bochum den Ansatz, dessen Ergebnis die Forscher nun im „Journal of the American Chemical Society“ präsentieren.

Sauerstofffreie System halten viel länger

Das Team stellte fest, dass die begrenzte Haltbarkeit der Bioelektrode darauf zurückzuführen ist, dass reaktive Moleküle das Photosystem I schädigen. Für die Entstehung dieser reaktiven Moleküle ist Sauerstoff verantwortlich. „Daher haben wir das Design von Bioelektroden vorgeschlagen, die in einer sauerstofffreien Umgebung arbeiten“, erklärt Felipe Conzuelo.

Meilenstein für Photobioelektroden

Versuche mit den neuen Bioelektroden haben den Ansatz bestätigt: Unter Ausschluss von Sauerstoff verlängerte sich deren Lebensdauer deutlich. „Wir haben damit einen wichtigen Schritt zur effizienten Entwicklung und späteren Anwendung von Photobioelektroden zur Energieumwandlung gemacht“, resümiert Fangyuan Zhao den Erfolg.

Die Arbeiten wurden unterstützt von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen des Exzellenzclusters Resolv (EXC 2033 Projektnummer 390677874) sowie der deutsch-israelischen Projektkooperation im Projekt „Nanoengineered optoelectronics with biomaterials and bioinspired assemblies“.

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It is one of the most important protein complexes for life on earth: the so-called Photosystem I. As part of photosynthesis, the complex is used by plants to generate energy for their metabolism from sunlight. Electrochemists have been trying for a long time to use this principle for technical applications. Now, an breakthrough has been made by a team from the University of Bochum.

Optimized by evolution

Plant photosynthesis is of interest to scientists on two counts: On the one hand, the process has been continuously optimised over millions of years of evolution and is very efficient. On the other hand, proteins are easily and ecologically available - in contrast to the catalysts of some chemical processes.

Bioelectrodes with a durability problem

In the meantime, several research groups have demonstrated how bioelectrodes that use the Photosystem I can be used to generate electricity. However, these bioelectrodes have a very limited stability. "To generate energy sustainably and efficiently, we must not only understand but also overcome the processes that limit the lifespan of renewable energy conversion technologies," says Wolfgang Schuhmann of the University of Bochum, explaining their approach. The results were now published in the Journal of the American Chemical Society.

Oxygen-free systems last much longer

The team found that the limited stability of the bioelectrode is due to the fact that reactive molecules damage the photosystem I. Oxygen is responsible for the formation of these reactive molecules. "We have therefore proposed the design of bioelectrodes that work in an oxygen-free environment," explains Felipe Conzuelo, one of the authors.

Milestone for photobioelectrodes

Experiments with the new bioelectrodes have confirmed the approach: The life span of these electrodes was significantly extended when oxygen was eliminated. "We have thus taken an important step towards the efficient development and later application of photobioelectrodes for energy conversion," sums up Fangyuan Zhao.

The work was supported by the German Research Foundation ("DFG") as part of the Resolv Cluster of Excellence (EXC 2033 project number 390677874) as well as the German-Israeli project cooperation in the "Nanoengineered optoelectronics with biomaterials and bioinspired assemblies" project.

bl/um

Ob Stadtwachstum oder Landwirtschaft: Die menschliche Aktivität beeinträchtigt viele Naturräume und hat schon manches Ökosystem komplett zerstört. Das hat oft auch Folgen für die Menschen, wie Biodiversitätsforscher Henrique Pereira von der Universität Halle-Wittenberg (MLU) berichtet: „Viele Ökosysteme sind deshalb heute nicht mehr in der Lage, wichtige Aufgaben wie den Hochwasserschutz, zu erfüllen.“ Renaturierungsmaßnahmen sollen dem entgegenwirken. Aber wie gestaltet man diese, damit sie möglichst erfolgversprechend sind?

Blaupause für erfolgversprechende Ansätze

„Beim Rewilding richtet man den Blick auf das Ökosystem als Ganzes und versucht durch gezielte Maßnahmen, seine Funktionalität wiederherzustellen. Ziel ist ein Ökosystem, das sich auf lange Sicht weitgehend ohne menschliche Hilfe regeneriert und selbst erhält“, erklärt Andrea Perino von der MLU. Gemeinsam mit dem Deutschen Zentrum für integrative Biodiversitätsforschung und internatinalen Partnern haben die MLU-Forscher im Fachjournal „Science“ eine Blaupause für erfolgreiche Naturierungen präsentiert.

Die Menschen mitnehmen

Ihre zentrale Botschaft: Es gibt nicht das eine ideale Ökosystem, das bei solchen Maßnahmen angestrebt werden sollte. „Es geht nicht darum, alle Aktionen auf eine bestimmte Zielvorstellung eines idealen Ökosystems auszurichten. Ökosysteme sind dynamisch und deshalb müssen es auch die Maßnahmen sein“, begründen die Forscher. Vielmehr müsse man das konkrete Ökosystem betrachten, seine jeweiligen Funktionen und die vorliegenden Störungen analysieren. Dann müsse man diesen Störungen entgegenwirken und dabei möglichst den menschlichen Eingriff minimieren. Bei einer Renaturierung müssten zudem die betroffenen Menschen einbezogen werden, mahnen die Wissenschaftler. Sie sind überzeugt, dass ohne die Akzeptanz der Maßnahmen, Projekte keine Chance auf Erfolg hätten. Dafür seien auch Kompromisse erforderlich.

Gelungenes Beispiel Oder-Delta

Als Beispiel für die individuelle Betrachtung führen die Forscher eine Auenlandschaft an, bei der das Entfernen von Dämmen die natürlichen Überflutungszyklen wiederherstellt und so vertriebenen Tier- und Pflanzenarten die Rückkehr ermöglicht. Ein Vorbild ist demnach die Renaturierung des Oder-Deltas an der Ostseeküste. Dort leben wieder Seeadler, Wisente und Biber in freier Wildbahn. Parallel ist ein sanfter Naturtourismus entstanden. „Das ist ein gutes Beispiel dafür, wie Rewilding Vorteile für die Umwelt und die Gesellschaft gleichzeitig entwickeln kann“, freut sich Perino.

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Wie hat sich die Biodiversität in den vergangenen Jahrzehnten verändert, was sind die Ursachen und wie kann der Verlust der Artenvielfalt gestoppt werden? In dem ersten globalen Zustandsbericht zur Artenvielfalt liefert der Weltbiodiversitätsrat (IPBES) Antworten. Das rund 1.500 Seiten umfassende „Global Assessment“ wurde am 6. Mai in Paris der internationalen Öffentlichkeit vorgestellt. 145 Leitautoren aus 51 Ländern, darunter sieben Wissenschaftler aus Deutschland, waren daran beteiligt. 15.000 Studien zur Entwicklung in der Tier- und Pflanzenwelt wurden in den vergangenen drei Jahren zusammengetragen, analysiert und durch Kommentare ergänzt. Erstmals wurde auch das Wissen indigener Völker einbezogen.

Die sieben deutschen Leitautoren arbeiten jeweils an Forschungsinstituten der Helmholtz-Gemeinschaft oder der Leibniz-Gemeinschaft. Vier davon stellten sich am 7. Mai in Berlin den Fragen der Journalisten, gaben Einblicke in den Verhandlungsmarathon der IPBES-Vollversammlung in Paris und in die Ergebnisse des IPBES-Berichtes. „Das war eine erstaunlich positive und konstruktive Atmosphäre in Paris“, berichtet Josef Settele. Der Forscher ist Agrarwissenschaftler am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) und war einer der drei Co-Vorsitzenden des „Global Assessment“. Seine Arbeit wurde unter anderem durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und das Bundesumweltministerium unterstützt.

Vertreter aus 132 Mitgliedstaaten, darunter aus den USA, hatten über den Wortlaut des Berichts eine Woche lang debattiert und schließlich abgestimmt. „Die Staatengemeinschaft konnte sich auf einen guten Konsens einigen. Nichts ist wirklich rausgeflogen“, ergänzt Ralf Seppelt vom UFZ und Leitautor des Kapitels „Szenarien und Wege in eine nachhaltige Zukunft“.

Eine Million Arten vom Aussterben bedroht

Der IPBES-Bericht beschreibt erstmals umfassend, in welchem Zustand sich die Ökosysteme an Land und im Meer befinden und wie sich die Artenvielfalt seit 2005 verändert hat. Die Fakten sind alarmierend. Ob an Land, im Wasser oder in der Luft: Die Zahl der Tier- und Pflanzenarten nimmt weltweit dramatisch ab. Noch nie war das Artensterben so hoch wie heute. Etwa eine Million der derzeit bekannten acht Millionen Tier- und Pflanzenarten ist im Laufe der nächsten Jahre vom Aussterben bedroht, wenn, so die Autoren, der Mensch seine Lebensweise nicht ändert. „Wir dürfen den Ast nicht absägen, auf dem wir sitzen. Das müssen wir den Menschen klar machen“, sagte Meeresökologe Julian Gutt vom Alfred-Wegener-Institut und Leitautor des Kapitels „Status und Trends in der Natur“.

Die Fakten: 66% der Meere wurden von Menschen verändert. 50% der Korallenriffe sind in den vergangenen 150 Jahren verschwunden. Durch die Zerstörung von Küstengebieten wie Mangrovenwäldern ist die Lebensgrundlage von bis zu 300 Millionen Menschen gefährdet. Von Überfischung sind 33% aller Fischpopulationen betroffen, wodurch die Nahrungsgrundlage vieler Menschen bedroht ist. „Wir müssen es schaffen, das Meer nachhaltiger zu nutzen“, so Gutt.  „Aber die Nutzung muss so gestaltet werden, dass die Ökosysteme erhalten bleiben und auch nachfolgende Generationen versorgen können.“ Der Ausbau von Schutzgebieten oder Fangquoten wären hier geeignete Maßnahmen.

How has biodiversity changed in recent decades? What are the causes and how can the loss of biodiversity be stopped? In the first global report on biodiversity, the World Biodiversity Council (IPBES) provides answers. The 1,500-page Global Assessment was presented to the public on 6 May in Paris – the most comprehensive report on this topic ever completed. 145 lead authors from 51 countries, including seven scientists from Germany, were involved. Over the past three years, 15,000 studies on the development of fauna and flora have been compiled, analyzed and supplemented by comments. For the first time, the knowledge of indigenous peoples was also taken into account.

The seven German lead authors all work at research institutes of the Helmholtz Association or the Leibniz Association. Four of them answered the questions of journalists in Berlin on 7 May, gave insights into the marathon of negotiations at the IPBES General Assembly in Paris and into the results of the IPBES report. " It was an amazingly positive and constructive atmosphere in Paris", reports Josef Settele. The researcher is an agricultural scientist at the Helmholtz Centre for Environmental Research (UFZ) and was one of the three co-chairs of the "Global Assessment". His work was supported by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF) and the Federal Environment Ministry, among others.

Representatives from 132 member states, including the USA, debated the wording of the report for a week and finally voted on it. "The international community was able to reach a good consensus. Nothing has really been thrown out," adds Ralf Seppelt of the UFZ and lead author of the chapter "Scenarios and Ways into a Sustainable Future".

One million species threatened with extinction

For the first time, the IPBES report comprehensively describes the state of terrestrial and marine ecosystems and how biodiversity has changed since 2005. The facts are alarming. Whether on land, in water or in the air, the number of animal and plant species is declining dramatically worldwide. The extinction of species has never been as high as it is today. About one million of the currently known eight million animal and plant species are threatened with extinction over the next few years if humans do not change their way of life, say the authors. "We must not bite the hand that feeds us. We must make this clear to people," said marine ecologist Julian Gutt of the Alfred Wegener Institute and lead author of the chapter "Status and Trends in Nature".

The facts: 66% of the oceans have been changed by humans. 50% of coral reefs have disappeared in the past 150 years. The destruction of coastal areas such as mangrove forests endangers the livelihoods of up to 300 million people. Overfishing affects 33% of all fish populations, threatening many people's ability to feed themselves. "We must manage to use the oceans more sustainably," said Gutt. "But its utilization must be designed in such a way that ecosystems are preserved and can also supply future generations." The expansion of protected areas or fishing quotas would be suitable measures.