© ESA & NASA/Solar Orbiter/EUI Team, E. Kraaikamp (ROB) / Solar Orbiter’s widest high-res view of the Sun / CC BY-SA 3.0 IGO
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Forschende des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) und des Instituts für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg haben bislang unbekannte Mikroorganismen in den Kiemen von Korallenrifffischen entdeckt. Die Bakterien könnten vielfältige Stoffwechselfunktionen übernehmen. Besonders häufig stieß das Team auf eine neue Gruppe von Proteobakterien mit chemosynthetischem Potenzial.
Solche Bakterien können durch die Oxidation anorganischer Verbindungen Energie gewinnen und diese nutzen, um Kohlendioxid in Biomasse zu fixieren. Bekannt sind Mikroorganismen mit chemosynthetischen Fähigkeiten bereits aus verschiedenen marinen Lebensräumen und von wirbellosen Wirten wie Ringelwürmern und Weichtieren. Bei Fischen wurden sie nach Kenntnis der Forschenden bislang jedoch noch nicht dokumentiert.
Die Ergebnisse der in PLOS Genetics veröffentlichten Studie zeigen zugleich, dass Fischkiemen ein komplexes und spezialisiertes Mikrobiom beherbergen. Dieses ist bislang wenig erforscht, könnte aber eine wichtige Rolle für den Stoffwechsel, die Immunabwehr und die Gesundheit der Fische spielen.
Für ihre Untersuchung griffen die Wissenschaftler auf Daten früherer Genomstudien an tropischen Hamletbarschen (Hypoplectrus spp.) aus der gesamten Karibik zurück. Dafür waren Hunderte Kiemenproben untersucht und die gesamte DNA in den Gewebeproben – das sogenannte Metagenom – sequenziert worden. Der Datensatz enthielt dadurch nicht nur die DNA der Fische, sondern auch die ihrer mikrobiellen Kiemenbewohner.
Ursprünglich interessierte sich das Team ausschließlich für die Fisch-DNA, um die Artbildung und Evolution der Tiere zu untersuchen. Die mikrobielle DNA sollte dagegen unberücksichtigt bleiben. Schließlich entschieden sich die Forschenden jedoch dafür, ihren Datensatz aus einer völlig anderen Perspektive zu analysieren.
„Früher haben wir uns bei unserer Arbeit ausschließlich auf die Fisch-DNA konzentriert und mikrobielle DNA als Verunreinigung betrachtet“, erinnert sich Oscar Puebla, Fischökologe am ZMT und Professor für Fischökologie am ICBM der Universität Oldenburg. „Eines Tages dachten wir uns: Warum betrachten wir die Sache nicht einmal aus der umgekehrten Perspektive, untersuchen das Mikrobiom der Kiemen und lassen die Fisch-DNA außer Acht?“
Aus diesem Perspektivwechsel entstanden neue Forschungsfragen. An den Untersuchungen waren neben ZMT und ICBM auch Kollegen vom Helmholtz-Institut für funktionelle marine Biodiversität (HIFMB) in Oldenburg sowie von den Universitäten Hongkong und Chicago beteiligt.
„Unser Plan bestand nun darin, herauszufinden, welche Mikroorganismen in den Kiemen dieser Fische leben, und so neue Aufschlüsse in das noch wenig erforschte Kiemenmikrobiom zu erlangen“, erklärt Sabrin Abdelghany, ehemalige Doktorandin am ZMT und Erstautorin der Studie.
Die Kiemen sind dabei ein besonders interessanter Lebensraum. Ihr Co-Autor Martin Helmkampf vom ZMT ergänzt: „Die Kiemen sind eine wichtige Schnittstelle zwischen dem Körper des Fisches und seiner Umwelt. Sie sind nicht nur für den Gasaustausch bei der Atmung von Bedeutung, sondern auch für die Immunabwehr, die Ausscheidung von Abfall- und Stoffwechselprodukten sowie für die Regulierung des pH-Werts und des Salzhaushalts im Körper.“
Mehr als 95 Prozent der aus den Kiemen gewonnenen DNA stammten von den Hamletbarschen. Auf die mikrobielle DNA entfielen weniger als fünf Prozent. Dieser vergleichsweise kleine Anteil genügte jedoch, um neue Erkenntnisse über das Kiemenmikrobiom zu gewinnen.
Den Forschenden gelang es, 70 bakterielle Genome aus insgesamt 17 Bakteriengruppen zu rekonstruieren. Die Mehrzahl dieser Bakterien war neu für die Wissenschaft. Zudem unterschied sich das Kiemenmikrobiom deutlich von der Gemeinschaft der Mikroorganismen im umgebenden Meerwasser. Die Zusammensetzung spricht nach Angaben der Forschenden dafür, dass das Mikrobiom der Kiemen nicht lediglich das Meerwasser-Mikrobiom widerspiegelt, mit dem die Tiere ständig in Kontakt kommen. Vielmehr scheint es speziell an das Leben auf den Kiemen angepasst zu sein.
Puebla sagt: „Die Gene in diesen neuen Bakteriengenomen deuten darauf hin, dass die in den Kiemen gefundenen Mikroorganismen eine Vielzahl von Stoffwechselfunktionen ausüben können, darunter zahlreiche potenzielle metabolische Wechselwirkungen sowohl zwischen verschiedenen Bakterien als auch zwischen den Bakterien und den Fischen.“
Eine weitere Entdeckung überraschte das Forschungsteam: Die am häufigsten in den Kiemen vorkommenden Bakterien verfügen über sämtliche Gene, die für die Chemosynthese erforderlich sind. Damit besitzen sie das Potenzial, Kohlendioxid zu binden. Die dafür benötigte Energie beziehen sie – anders als Pflanzen – nicht aus Sonnenlicht, sondern aus der Oxidation anorganischer Verbindungen.
„Wir haben die DNA von Proteobakterien aus der Familie der Burkholderiaceae mit chemosynthetischem Potenzial nachgewiesen“, berichtet Sabrin Abdelghany. „Bakterien mit solchen chemosynthetischen Fähigkeiten wurden bereits in verschiedenen Meereslebensräumen wie Tiefsee-Hydrothermalquellen oder in Verbindung mit Wirbellosen wie Ringelwürmern und Weichtieren gefunden. Nach unserem Kenntnisstand wurden sie bislang jedoch noch nicht bei Fischen dokumentiert.“
Die Ergebnisse zeigen den Forschenden zufolge, dass die Kiemen ein komplexes und spezialisiertes Mikrobiom beherbergen. Welche Bedeutung diese Mikroorganismen für die Fische haben, ist allerdings noch weitgehend offen. Möglich ist, dass sie eine Rolle für Stoffwechsel, Immunsystem und Gesundheit spielen. Die neuen Erkenntnisse werfen deshalb weitere Forschungsfragen auf.
Helmkampf beschreibt es so: „Es ist wie zum ersten Mal durch einen Dschungel zu wandern, damit anzufangen, die dort lebenden Organismen zu untersuchen, und sich zu fragen, wie sie wohl miteinander interagieren.“
Puebla fasst zusammen: „Wir befinden uns eindeutig noch in einer Phase der Erkundung und Entdeckung und wissen so gut wie nichts darüber, welche Bedeutung das Kiemenmikrobiom für die Physiologie und Gesundheit von Fischen hat. Das ist sowohl für Aquakultur als auch für natürliche Populationen relevant, die mit raschen Umweltveränderungen konfrontiert sind.“
Originalpublikation: Proteobacteria with chemosynthetic potential are highly prevalent in the gills of Hypoplectrus reef fishes | PLOS Genetics
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Bei Hochwasser zählt oft jede Minute: Behörden müssen schnell erkennen, wo sich Wasser ausbreitet und welche Schutzmaßnahmen den größten Schaden verhindern. Im Forschungsprojekt BONSAI simulieren die Universität Siegen und 16 internationale Partner künftige, klimawandelbedingte Szenarien, um Schutzsysteme, Katastrophenschutz und Fachkräfteausbildung zu stärken – mit 10,7 Mio. Euro Budget, davon 6,42 Mio. Euro von der EU (Interreg North-West-Europe) und 634.000 Euro für die Uni Siegen.
„Durch den Klimawandel nehmen Starkregen, Sturmfluten und der Meeresspiegelanstieg zu. Dadurch geraten Deiche, Sperrwerke und andere Hochwasserschutzanlagen stärker unter Druck – vor allem in Gegenden rund um Flussmündungen“, erklärt Dr.
Dr. Evangelos Rozos, Leiter der Siegener Forschungsgruppe (Quelle: Universität Siegen/idw)
Evangelos Rozos, Leiter der Siegener Forschungsgruppe. „Es müssen robuste, physikalisch fundierte Methoden entwickelt werden, um zukünftige Hochwasserrisiken abzuschätzen und dieses Wissen in praktische, zuverlässige und anpassungsfähige Konzepte für den Hochwasserschutz zu überführen.“
Genau das soll im Projekt BONSAI umgesetzt werden. Von Seiten der Universität Siegen simuliert das Forschungsinstitut für Wasser und Umwelt (FWU) unter Prof. Dr. Jorge Leandro, wie sich Wasser bei Hochwasser über ein Gelände ausbreitet – unter Berücksichtigung von Topografie, Geländeeigenschaften und Randbedingungen. Gemeinsam mit der Universität Lille entwickelt Siegen zudem ein interaktives Online-Entscheidungsunterstützungssystem, das hydrodynamische Modellierung, räumliche Analyse und Optimierung verbindet. Es soll Einsatzkräfte dabei unterstützen, gefährdete Gebiete zu identifizieren, kritische Infrastruktur wie Krankenhäuser zu schützen und temporäre Schutzmaßnahmen – etwa mobile Hochwasserbarrieren – gezielt einzusetzen. Erprobt wird das Tool zunächst in der ostfriesischen Stadt Norden; viele Methoden sollen sich aber auch auf Binnenregionen wie Südwestfalen übertragen lassen.
Um im Projekt entwickeltes Wissen, Methoden und Werkzeuge direkt den Fachkräften zu präsentieren, richten die teilnehmenden Hochschulen regelmäßig Flood Academies (Flut Akademien) aus. September 2027 findet die Veranstaltung am Biggesee bei Olpe statt, veranstaltet durch die Uni Siegen. Die Veranstaltung richtet sich in erster Linie an Akteure, die unmittelbar für das Management von Hochwasserschutzmaßnahmen, die Katastrophenbewältigung sowie die Instandhaltung und den Betrieb von Deichen verantwortlich sind.
Eine internationale Gruppe von Expertinnen und Experten wird Vorträge und Diskussionsbeiträge anbieten. Die Teilnehmenden können sich über den aktuellen Stand der Forschung sowie über moderne Ansätze des Hochwasserschutzes aus verschiedenen Regionen und Perspektiven weltweit informieren. Das übergeordnete Ziel ist es, das Verständnis von Hochwasserrisiken zu erweitern und sowohl bekannte als auch weniger häufig berücksichtigte Gefahren für Hochwasserschutzanlagen in den Blick zu nehmen. Dabei geht es etwa darum, wie grabende Tiere die Stabilität von Deichen beeinflussen und wie sich Deiche mit schonenden Methoden stärken lassen, zum Beispiel, indem man gezielt geeignete Pflanzenarten einsetzt.
Dr. Evangelos Rozos, Universität Siegen
Evangelos.Rozos@uni-siegen.de
Prof. Dr. Jorge Leandro, Universität Siegen
jorge.leandro@uni-siegen.de
Quelle: Universität Siegen
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Fraunhofer UMSICHT entwickelt mit ARKON ein neues Verfahren für die vierte Reinigungsstufe. Mikroschadstoffe und ein Teil der PFAS werden dabei an Harz gebunden, das direkt vor Ort regeneriert und erneut eingesetzt werden kann. Das soll Ressourcen, Energie und Entsorgungskosten sparen. Auf der Kläranlage Wolfsburg soll das Verfahren nun unter realen Bedingungen demonstriert werden.
Arzneimittelrückstände, Pestizide und Industriechemikalien gelangen über das Abwasser in Flüsse, Seen und das Grundwasser. Bereits in niedrigen Konzentrationen können sie Ökosysteme beeinträchtigen und die Gesundheit gefährden. Herkömmliche Kläranlagen können viele dieser Mikroschadstoffe nur unzureichend entfernen. Als besonders langlebig gelten per- und polyfluorierte Alkylsubstanzen (PFAS), die sich in der Umwelt und in Organismen anreichern.
Mit der 2025 in Kraft getretenen EU-Kommunalabwasserrichtlinie (KARL) steigen die Anforderungen an die Abwasserreinigung. Große Kläranlagen müssen schrittweise um eine vierte Reinigungsstufe erweitert werden. Insbesondere Hersteller von Arzneimitteln und Kosmetika werden dabei in die Verantwortung genommen und sollen künftig mindestens 80 Prozent der Investitions- und Betriebskosten tragen. Allein in Deutschland gelten die Anforderungen für gut 570 kommunale Kläranlagen. Der Investitionsbedarf wird auf bis zu 10,5 Mrd. Euro geschätzt. Hinzu kommen jährliche Aufwendungen im hohen dreistelligen Millionenbereich. Damit gewinnen nachhaltige und bezahlbare Technologien für die vierte Reinigungsstufe an Bedeutung.
Konventionelle Verfahren für die vierte Reinigungsstufe wie Aktivkohle und Ozonung sind technisch etabliert, benötigen jedoch Energie und Ressourcen. Forschende des Fraunhofer-Instituts für Umwelt-, Sicherheits- und Energietechnik UMSICHT in Oberhausen entwickeln mit ARKON eine Alternative. Das Verfahren basiert auf den drei Schritten Adsorption, Regeneration und Konzentration.
Das biologisch gereinigte Abwasser strömt zunächst durch ein Harzbett. An dessen Oberfläche lagern sich Mikroschadstoffe sowie ein Teil der PFAS an. Anschließend werden die gebundenen Stoffe mithilfe von zwei unterschiedlichen Regenerationsmedien wieder vom Harz gelöst. Durch Filtration können die Regenerationsmedien danach weiter aufkonzentriert werden. So entsteht aus dem ursprünglichen Abwasserstrom ein kleinvolumiges Spurenstoffkonzentrat, das mit geringem Aufwand entsorgt werden kann. Die Regenerationsmedien verbleiben weitgehend im Prozess. Zusätzlich wird Wärme zurückgewonnen.
„Im Unterschied zu konventionellen Adsorptionsverfahren muss das Material nicht laufend ausgetauscht und kostenintensiv extern regeneriert werden. Bei ARKON führen wir es im Kreislauf. So verbinden wir eine leistungsfähige Adsorption mit einer ressourcenschonenden Regeneration“, erklärt Dr.-Ing. Lukas Rüller aus der Abteilung Circular Water and Biomass Utilization bei Fraunhofer UMSICHT.
Das UMSICHT-Team um Lena Fingerhut, Josef Robert und Lukas Rüller hat die entscheidenden Verfahrensschritte bereits im Labor und im Technikum erprobt. Als nächster Schritt soll ARKON auf der Kläranlage Wolfsburg in größerem Maßstab demonstriert werden. Geplant ist eine Teilstromanlage mit einem Durchsatz von 25 bis 50 m³ pro Stunde. Im Dauerbetrieb wollen die Forschenden unter anderem untersuchen, wie lange das Harz Schadstoffe bindet, wie häufig eine Regeneration erforderlich ist und wie sich der Energie- und Chemikalienverbrauch weiter reduzieren lässt.
Die Ergebnisse sollen verlässliche Auslegungsdaten für Kläranlagen unterschiedlicher Größe liefern und einen Vergleich mit Aktivkohle und Ozonung ermöglichen. Die Demonstrationsanlage in Wolfsburg soll zudem als Referenz für weitere kommunale Betreiber und Unternehmen im Anlagenbau dienen.
Darüber hinaus kommt das Verfahren auch für Anwendungen in der Chemie- und Pharmaindustrie, auf Deponien sowie in der Oberflächentechnik infrage.
Quelle: Vierte Reinigungsstufe: Kreislaufverfahren nimmt Mikroschadstoffe ins Visier
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Anthropogener Kohlenstoff hinterlässt inzwischen auch in tiefen Wassermassen des Nordatlantiks einen messbaren Fingerabdruck. Ein Forschungsteam des MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen hat anhand von Kohlenstoff-Isotopen untersucht, wie weit der sogenannte Suess-Effekt in den Ozean vorgedrungen ist. Die Ergebnisse zeigen das Signal in fast allen untersuchten Wassermassen.
In seiner stabilen Form besteht Kohlenstoff aus den Isotopen C-12 und C-13. Pflanzen binden während der Photosynthese bevorzugt das leichtere C-12. Da Brennstoffe überwiegend aus fossilem Pflanzenmaterial bestehen, enthalten diese vergleichsweise wenig des schweren Kohlenstoffisotops C-13. Durch ihre Verbrennung nimmt deshalb das Verhältnis von C-13 zu C-12 in der Atmosphäre ab. Durch den Austausch mit der Atmosphäre übernimmt das Oberflächenwasser zunehmend diese veränderte Isotopensignatur. Durch vertikale Vermischung und die Bildung von Tiefenwasser kann der anthropogene Kohlenstoff tief in den Ozean transportiert werden.
Neue Messungen zeigen nun, wie weit dieses anthropogene Kohlenstoffsignal bereits in die Tiefenwassermassen des Nordatlantiks vorgedrungen ist. Für ihre in der Fachzeitschrift Geophysical Research Letters veröffentlichten Studie untersuchte das Team um Emma Bavoux Kohlenstoff-Isotopenverhältnisse in Wasserproben, die während zweier Expeditionen mit dem Forschungsschiff MARIA S. MERIAN in den Jahren 2017 und 2018 entlang eines Schnitts bei etwa 48° Nord durch den gesamten Nordatlantik gewonnen wurden. Zusätzlich nutzten die Forschenden frühere Messungen des ebenfalls durch menschliche Aktivitäten erzeugten Spurengases Schwefelhexafluorid (SF₆), um den von Menschen verursachten Anteil im Kohlenstoff-Isotopenverhältnis abzuschätzen.
„Uns hat überrascht, wie groß der Suess-Effekt in den Tiefenwassermassen des Nordatlantiks bereits ist“, sagt Emma Bavoux.
Der Suess-Effekt ist mittlerweile in fast allen untersuchten Wassermassen des Nordatlantiks nachweisbar. Junge, unter der Oberfläche liegende Wassermassen im Nordatlantik oder solche, die zuletzt Kontakt zur Atmosphäre hatten, wiesen den stärksten Suess-Effekt auf. Der Suess-Effekt war in tiefen, alten Wassermassen wie dem Nordostatlantischen Tiefenwasser, die wahrscheinlich seit mehreren hundert Jahren keinen Kontakt zur Atmosphäre hatten, äußerst schwach oder nicht nachweisbar. Proben aus dem westlichen Nordatlantik hingegen – das Labradormeerwasser und die durch die Dänemarkstraße strömenden und anschließend in größere Tiefen absinkenden Wassermassen – wiesen seit der vorindustriellen Zeit einen Suess-Effekt von etwa 0.3 bis 0.6 Promille auf. Den Forschenden gelang es darüber hinaus, einen großen ozeanischen Wirbel in der Labradorsee zu beobachten, der ein deutliches Suess-Effekt-Signal in Wassertiefen von bis zu 2.000 Metern transportiert.
Die Veröffentlichung zeigt, dass sich die Spuren industrieller Aktivitäten zunehmend im Ozean nachweisen lassen. Die Forschenden weisen aber auch darauf hin, dass der Suess-Effekt bereits in den Schalen von Mikrofossilien nachweisbar ist. Dazu gehören etwa die sogenannten Foraminiferen, die in den letzten Dekaden am Ozeanboden abgelagert wurden.
„Mit dem Suess-Effekt konserviert der Ozeanboden Signale menschlichen Ursprungs, die nun langfristig in diesen geologischen Archiven den Beginn des Anthropozäns markieren“, sagt Stefan Mulitza, Mitautor der Studie. „Wie stark sich diese stratigraphische Grenze ausprägen wird, hängt vor allem von der Entwicklung der zukünftigen Kohlendioxid-Emissionen ab.“
Originalpublikation:
Bavoux, E., Mulitza, S., Steinfeldt, R., Kuhnert, H., Martinez-Mendez, G., & Pälike, H.: Anthropogenic carbon isotope signals in North Atlantic water masses at 48°N. Geophysical Research Letters, 53, e2025GL121339. https://doi.org/10.1029/2025GL121339
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
MSc. Emma Bavoux
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
ebavoux@marum.de
Dr. Stefan Mulitza
MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen
smulitza@marum.de
Quelle: MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen
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Normalerweise werden Cyanobakterien als im Wasser schwebende Organismen wahrgenommen, die unter günstigen Bedingungen sichtbare Blüten bilden. Es gibt jedoch auch Arten, die auf Wasserpflanzen wachsen – sogenannte pflanzen-assoziierte Cyanobakterien. Einige davon gelten als potenziell toxisch und können Nervengifte wie z. B. Anatoxine und Saxitoxine produzieren.
Ein neuer Übersichtsartikel zeigt, dass solche pflanzen-assoziierten Cyanobakterien keineswegs auf bestimmte Gewässertypen beschränkt sind. Die Forschenden dokumentierten entsprechende Vorkommen in 107 Süßwassersystemen in zwölf Ländern auf fünf Kontinenten. 97 der Fälle stammen aus Seen, Speichern und Teichen, zehn aus Flüssen, Bächen oder anderen Fließgewässern. Die untersuchten stehenden Gewässer reichten von einem bis 30.400 Hektar Fläche und von 1,8 bis 288 Metern maximaler Tiefe.
Besonders bemerkenswert: Die Organismen wurden auch in nährstoffarmen, oligotrophen Gewässern gefunden. Ihr Auftreten ist somit nicht auf stark nährstoffbelastete Seen und Flüsse beschränkt, in denen klassische Cyanobakterienblüten besonders häufig sind.
Die Übersicht umfasst mindestens 24 Wasserpflanzenarten, die mit toxischen oder potenziell toxischen Cyanobakterien in Verbindung gebracht wurden. Dazu zählen untergetauchte, schwimmende und über die Wasseroberfläche ragende Pflanzen. Häufig genannt werden Wasserpest (Hydrilla verticillata), Tausendblatt (Myriophyllum spicatum) und Hornblatt (Ceratophyllum demersum).
„Anders als frei schwebende Cyanobakterien können pflanzen-assoziierte Formen oft kleinräumig und ungleichmäßig verteilt auftreten. Die routinemäßige Wasserüberwachung konzentriert sich jedoch vielfach auf die Wassersäule. Dadurch können Vorkommen auf Pflanzen unentdeckt bleiben“, erläutert IGB-Forscherin Dr. Sabine Hilt, Erstautorin des Artikels.
Das ist insbesondere für die Uferzone relevant. Dort kommen Menschen und Tiere am häufigsten mit Wasserpflanzen in Kontakt. Werden Pflanzen durch Wellen, Strömungen oder andere Kräfte losgerissen, können sie die auf ihnen lebenden Cyanobakterien bis ans Ufer transportieren. In Europa und Nordamerika wurden bereits Todesfälle von Hunderten Vögeln und mindestens 26 Hunden mit pflanzen-assoziierten Cyanobakterien in Verbindung gebracht.
„Pflanzen-assoziierte Cyanobakterien sind bislang deutlich weniger untersucht als frei schwebende Formen. Unsere Übersicht zeigt, dass wir bei der Überwachung von Süßgewässern nicht nur in die Wassersäule schauen sollten, sondern auch auf die Lebensgemeinschaften auf Wasserpflanzen“, sagt Sabine Hilt.
Auch für aquatische Nahrungsnetze sind die Organismen relevant. Pflanzenfresser können Cyanobakterien mit ihrer Nahrung aufnehmen, während Zooplankton und wirbellose Tiere die Aufwuchsgemeinschaften abweiden. Hinweise auf einen Transfer von Toxinen durch Nahrungsnetze gibt es bereits. Wie häufig und unter welchen Bedingungen dieser Weg zu einer relevanten Belastung von Tieren führt, ist jedoch noch nicht zuverlässig bekannt.
Offen ist insbesondere, welche Umweltbedingungen das Wachstum und die Toxinproduktion auf Wasserpflanzen fördern. Ebenso fehlen belastbare Daten dazu, wie empfindlich verschiedene Tierarten auf die Toxine reagieren und wie stark diese in aquatischen und terrestrischen Nahrungsnetze weitergegeben werden. Ein pauschales Gesundheitsrisiko für Menschen lässt sich aus den bisherigen Befunden daher nicht ableiten.
Die Übersicht macht damit eine bislang wenig beachtete Lücke sichtbar: Wer toxische Cyanobakterien in Süßgewässern erfassen will, muss nicht nur ins Wasser schauen, sondern auch auf die Pflanzen darin.
Originalpublikation:
Sabine Hilt, Pablo Barrancos, Elena M Bezzubova, Haowu Cheng, Lea Drescher, Petr Dvořák, Hans-Peter Grossart, Ferdi Hellweger, Sven Meissner, Michael T Monaghan, Timo H J Niedermeyer, Alexander R Pelletier, Charlotte Schampera, Nikola Stankovic, Christoph van Thriel, Susan B Wilde, Susanna A Wood, Jutta Fastner, Aquatic plant-associated toxic cyanobacteria—a new threat to freshwater ecosystems, BioScience, 2026;, biag095, https://doi.org/10.1093/biosci/biag095
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Sabine Hilt, IGB
Quelle: Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)
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Seit dem Jahr 2012 besteht die Klimapartnerschaft zwischen der Stadt Oldenburg und der südafrikanischen Buffalo City Metropolitan Municipality (BCMM). Seit Februar 2022 wird diese Partnerschaft um die Betreiberpartnerschaft zwischen dem Oldenburgisch-Ostfriesischen Wasserverband (OOWV), dem Wupperverband und BCMM ergänzt. Gemeinsam setzen die Stadt Oldenburg und die Betreiberpartnerschaft seit November 2023 das Modellprojekt „Entwicklung einer energieeffizienten Kläranlage in East London“ um. Gefördert wird dies durch das Bundesministerium für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (BMZ) über das Förderprogramm für kommunale Klimaschutz- und Klimaanpassungsprojekte (FKKP). Ziel ist es, den Energieverbrauch der Kläranlage zu optimieren und einen Teil des Strombedarfs mit Photovoltaik selbst zu erzeugen.
Projektingenieur Ingo Schuster führte die Besuchergruppe durch den Neubau des Wasserwerks Marienhafe (Quelle: Heino Hermanns/OOWV)
Kurz vor Projektende besuchte eine Delegation aus den Bereichen Wasser, Abwasser, Energie und internationale Beziehungen den OOWV. Auf dem Programm standen unter anderem die Klärschlammtrocknung Riepe, das Wasserwerk Marienhafe, die Kläranlage Oldenburg und das Wasser- und Waldzentrum Schortens.
„Wir brauchen den globalen Blick, um lokal auf Veränderungen reagieren zu können“, sagt OOWV-Geschäftsführer Karsten Specht. „Der direkte Austausch zwischen Expertinnen und Experten auf allen Ebenen macht die Partnerschaften so gewinnbringend für beide Seiten.“
Ein Schwerpunkt des Austauschs liegt auf der Frage, welche Technologien sich unter den Bedingungen in Südafrika einsetzen lassen. OOWV-Ingenieur Gerold Eiben verweist etwa auf Vandalismus und Materialdiebstahl, die den Betrieb technischer Anlagen erschweren.
„Das bedeutet aber auch, dass sehr viel improvisiert wird und die Technik so einfach wie möglich gehalten werden muss.“
Potenzial sehen die Beteiligten insbesondere bei Photovoltaik. OOWV-Projektkoordinatorin Anna Hörlein erklärt:
„Die Tatsache, dass Solarenergie bei uns funktioniert, obwohl das Potential nicht annähernd so hoch ist wie in Südafrika, hat die Partner überzeugt, es auch auszuprobieren.“ Die Zusammenarbeit mit so vielen verschiedenen Akteuren wie der Stadt Oldenburg, verschiedenen wissenschaftlichen Einrichtungen wie dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt und den Partnern von der Betreiberpartnerschaft klappe hervorragend. „Ich bin dankbar, dass ich so viele verschiedene Sichtweisen auf das Projekt kennenlernen kann und wir alle an einem Strang ziehen.“
Neben der Technik ist der Wissenstransfer Bestandteil der Partnerschaft. Nach Angaben von BCMM haben bereits 16 Klärwärter an speziellen Trainings teilgenommen.
„Durch das Pilotprojekt wollen wir Erfahrungen sammeln im Umgang mit neuen Technologien“, sagt Ayanda Skwebu, stellvertretender Bereichsleiter für Wasser und Abwasser bei BCMM. Die Erfahrungen mit Photovoltaik, Klärschlammverwertung und Biogas unterstützten die Entscheidungsfindung in Südafrika. „Wir würden daher gerne weitere Projekte durchführen.“
Das Projekt soll im Dezember 2026 enden. Mit dem Delegationsbesuch geht die Zusammenarbeit damit in ihre Schlussphase. Die beteiligten Fachkräfte wollen die gewonnenen Erfahrungen unter anderem für Entscheidungen über Photovoltaik, Biogas und weitere technische Maßnahmen in der südafrikanischen Wasser- und Abwasserwirtschaft nutzen.
Für die wasserwirtschaftliche Praxis zeigt das Projekt zugleich, dass Energieeffizienz und Eigenversorgung nicht losgelöst von den örtlichen Betriebsbedingungen betrachtet werden können. Technische Konzepte müssen zu Infrastruktur, verfügbarem Fachwissen und den konkreten Herausforderungen des Anlagenbetriebs passen. Der Austausch zwischen Betreibern kann dabei helfen, Erfahrungen aus unterschiedlichen Rahmenbedingungen für neue Lösungen nutzbar zu machen.
Quelle: Oldenburgisch-Ostfriesischer Wasserverband
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In diesem Hitzesommer wurden in Deutschland vielerorts nicht nur Temperaturrekorde erreicht. Aufgrund anhaltender Wasserknappheit galten regional auch Bewässerungsverbote. Trockene Gärten und Grünflächen sowie Ernteausfälle in der Landwirtschaft zeigen, wie wichtig ein effizienter Umgang mit der Ressource Wasser wird.
Wie lässt sich Wasser einsparen und gleichzeitig eine ausreichende Versorgung von Nutzpflanzen gewährleisten? Mit dieser Frage beschäftigt sich ein Forschungsprojekt der Universität Osnabrück. Mithilfe KI-gestützter Überwachung wollen die Forschenden untersuchen, wie sich Trockenstress bei Pflanzen zuverlässig erkennen lässt und wie darauf aufbauend ein intelligentes Wassermanagement umgesetzt werden kann.
„Wir sehen Pflanzen beim Sterben zu“, bringt Piper Powell ihre Forschungsarbeit auf den Punkt und lacht.
Eigentlich hat die 28-Jährige mit Botanik wenig am Hut: Sie ist Informatikerin und Teil des HybrInt-Teams. HybrInt ist ein gemeinsames Projekt der Universität Osnabrück und der Universität Hannover und wird vom Niedersächsischen Ministerium für Wissenschaft und Kultur mit rund drei Millionen Euro gefördert. Unterstützt wird das Projekt zudem durch die Zusammenarbeit mit dem Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Osnabrück. Dazu gehört unter anderem ein Gärtnermeister, der sich um die Versorgung der Versuchspflanzen kümmert.
Ziel von HybrInt ist es, KI-Methoden zu entwickeln, die Stärken menschlicher Intelligenz wie Kreativität und Intuition mit den Fähigkeiten maschineller Systeme, beispielsweise bei der Verarbeitung großer Datenmengen, verbinden. Das intelligente Wassermanagement bildet dabei eines der Teilprojekte.
Eine zentrale Rolle übernimmt der „Agricultural Data Acquisition Robot“, kurz ADA. Der Roboter wurde 2025 von einem Team der Universität Osnabrück und des DFKI entwickelt und kommt in einem Folientunnel auf dem Gut Arenshorst in der Gemeinde Bohmte zum Einsatz. Ausgestattet mit RGB-, Hyperspektral-, Tiefen- und Wärmebildkameras kann das tischmontierte System Tausende Bilder pro Stunde aufnehmen. Bei einem einzigen Versuch können auf diese Weise automatisch Datenmengen im Terabyte-Bereich entstehen.
Aktuell erfasst ADA die Pflanzen zunächst während ihres Wachstums und anschließend während einer gezielt herbeigeführten Trockenstressphase.
„Wir lassen die Pflanzen kontrolliert austrocknen und nehmen sie dabei auf“, erläutert Prof. Dr. Martin Atzmüller, Professor am Institut für Informatik der Uni Osnabrück und Leiter des Forschungsbereichs Kooperative und Autonome Systeme am DFKI.
Die gewonnenen Daten dienen dazu, neue Modelle zu trainieren, die den aktuellen Zustand einer Pflanze möglichst zuverlässig erkennen können.
„Das Ziel ist es, Ressourcen gezielt dort einzusetzen, wo und wann sie am meisten gebraucht werden“, so Atzmüller.
Wie schwierig es sein kann, den tatsächlichen Zustand einer Pflanze einzuschätzen, zeigte sich auch während der Versuche.
„Wir hatten dabei auch schon den einen oder anderen Zombie-Moment“, sagt Piper Powell.
Die Doktorandin und ihre Kollegen Amos Smith und Isaak Ihorst hatten bereits völlig vertrocknet wirkenden Zuckerrüben-Pflänzchen wieder Wasser gegeben – mit überraschendem Ergebnis: Die Pflanzen erholten sich. Powell zufolge sei es daher gar nicht so leicht festzustellen, wann eine Pflanze tatsächlich abgestorben sei – zumindest bei Zuckerrüben.
Ergänzt werden die von ADA erhobenen Informationen durch sogenannte Ground-Truth-Daten zum Trockenstress. Dazu zählen unter anderem Messungen des Wassergehalts in den Blättern, die anhand der Blattdicke und des relativen Wassergehalts bestimmt werden. Zusätzlich dokumentieren die Forschenden den Gesundheitszustand der Pflanzen sowie einen möglichen Schädlingsbefall.
Die gesammelten Daten werden anschließend über OsnaData, die Forschungsdatenbank der Universität Osnabrück, öffentlich bereitgestellt.
„Indem wir die Daten offen zugänglich machen, schaffen wir eine wertvolle Grundlage für weitere wissenschaftliche Arbeiten“, so Prof. Dr. Joachim Hertzberg von der Uni Osnabrück.
Damit sollen die Forschungsergebnisse nicht nur innerhalb des HybrInt-Projekts genutzt werden, sondern auch weiteren wissenschaftlichen Arbeiten zugutekommen und langfristig die Entwicklung eines intelligenten und ressourcenschonenden Wassermanagements unterstützen.
Quelle: HybrInt-Projekt: Mit KI gegen den Trockenstress
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Till-Hendrik Macher und Robin Schütz, damals beide Doktoranden in der Biologie der Universität Duisburg-Essen, fuhren ein Jahr lang alle zwei Wochen zur renaturierten Lippemündung bei Wesel und filtrierten je zwei Wasserproben – 26 Termine, 52 Proben. Darin konnten sie in Summe 1.072 Arten nachweisen:
Zum Vergleich: Für denselben Ort sind in der globalen Biodiversitätsdatenbank GBIF insgesamt 1.029 Arten registriert, die in über 130 Jahren zusammengetragen wurden.
Bei der klassischen Methode werden Organismen einzeln mit Kescher, Pinzette, Lupe und Mikroskop bestimmt. Mittels DNA-Metabarcoding lassen sich Arten hingegen über ihre Erbinformationen identifizieren, die sich in den Proben nachweisen lassen.
„Wir haben mit zwei Litern Wasser pro Termin 1.072 Arten quer durch den Stammbaum des Lebens nachgewiesen – von Kieselalgen über Eintagsfliegen bis zum Biber“, sagt Till-Hendrik Macher, Erstautor der Studie, der inzwischen an der Universität Trier forscht. „Und wir konnten nachweisen, dass unsere Daten tatsächlich die Biologie der Lippe abbilden und nicht nur zufällig in den Fluss gespülte DNA ist“, ergänzt Robin Schütz, mittlerweile Wissenschaftler am Bundesamt für Naturschutz. „Denn Winterlaicher wie Quappe und Hecht zum Beispiel zeigten ihre DNA-Maxima im Winter, die Blässgans genau in ihrer Überwinterungszeit.“
Auch ökonomisch ist der Ansatz interessant, denn der Bedarf an solchen Daten wächst: Sowohl das globale Biodiversitätsrahmenwerk von Kunming-Montreal (GBF) als auch die nationalen und europäischen Berichtspflichten verlangen eine räumliche und zeitliche Datendichte, die mit klassischen Methoden kaum zu leisten ist.
Mit der Methode von Macher und Schütz kostete die Analyse aller 52 Proben rund 12.000 Euro. Eine vergleichbare klassische Erfassung derselben Organismengruppen über ein Jahr würde etwa 70.000 Euro kosten – rund das Sechsfache. Für die EU-Wasserrahmenrichtlinie werden derzeit pro Fluss im Schnitt 1,71 der vier biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Wirbellose, Mikroalgen, Wasserpflanzen) untersucht, bei den wenigsten Gewässern alle vier.
Eine Kombination aus einer klassischen Erfassung mit drei Erhebungen, die auf Umwelt-DNA basieren, käme auf alle vier – bei etwa 115 Prozent des bisherigen Budgets.
„Die Rechnung zeigt, welches Potenzial in der Kombination der Methoden steckt“, sagt Florian Leese, Leiter der AG Aquatische Ökosystemforschung an der UDE. „Denn Biomasse und Individuenzahlen liefert die Umwelt-DNA nicht, sodass wir weiterhin auch andere Methoden brauchen, um ein vollständiges Bild zu bekommen.“
Die Untersuchungen entstanden im Rahmen der Projekte GeDNA und TrendDNA, gefördert vom Umweltbundesamt (FKZ 3719242040, Projektnummer 156318), in Kooperation mit Emschergenossenschaft und Lippeverband (EGLV).
Originalpublikation:
Macher T-H, Schütz R, Arle J, Beermann AJ, Haase P, Koschorreck J, Krehenwinkel H, Mora D, Sinclair JS, Zimmermann J, Leese F (2026): eDNA metabarcoding provides scalable and continuous biodiversity monitoring across the tree of life. Ecological Indicators 190, 115316. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2026.115316
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Prof. Dr. Florian Leese, Aquatische Ökosystemforschung
florian.leese@uni-due.de
Quelle: Universität Duisburg-Essen
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Das Wachstum und der Rückgang des isländischen Eisschildes haben die Meerwasserchemie des Nordatlantiks in den vergangenen 230.000 Jahren erheblich beeinflusst. Verantwortlich dafür ist das Zusammenspiel von Eis und Vulkanismus auf Island. Zu diesem Ergebnis kommen Wissenschaftler des Instituts für Umweltphysik an der Universität Heidelberg nach der Untersuchung von Sedimentkernen vom Rockall Plateau im nordöstlichen Atlantik. Das Team analysierte dafür die Isotopenzusammensetzung des Seltene-Erden-Elements Neodym in den Bohrproben. Dabei zeigte sich, dass das isotopische Signal zwischen glazialen und interglazialen Perioden deutlich schwankte und dem „Rhythmus“ der Eiszeiten folgte, wie die Untersuchungen unter der Leitung von Prof. Dr. Norbert Frank zeigen.
Die Isotopenzusammensetzung von Neodym (Nd) im Meerwasser gehört zu den häufig verwendeten Methoden, um Veränderungen der Ozeanzirkulation in der jüngeren geologischen Vergangenheit zu rekonstruieren. Grundlage ist die Annahme, dass die chemischen „Fingerabdrücke“ der großen Wassermassen über lange Zeiträume weitgehend konstant geblieben sind.
Die Ergebnisse der Heidelberger Wissenschaftler stellen diese Annahme zumindest für den Nordatlantik während glazialer Perioden infrage. Die Analysen der Tiefseesedimente vom Rockall Plateau zeigen, dass sich die Chemie des nordatlantischen Meerwassers wiederholt und deutlich verändert hat. Als Ursache sehen die Forschenden vulkanisches Material, das von Island in den Ozean gelangte.
Verschiedene kontinentale Gesteine besitzen unterschiedliche isotopische Signaturen. Das Verhältnis der Isotope 143Nd und 144Nd des im Meerwasser gelösten Neodyms gibt deshalb Hinweise darauf, aus welchen Gesteinen das Seltene-Erden-Element herausgelöst wurde.
Rückte der Eisschild auf Island während eines Glazials vor und bewegte sich über das basaltische Grundgestein, entstanden große Mengen feinen und hochreaktiven Gesteinsmehls. Dieses Material gelangte in den Nordatlantik und setzte dort Neodym mit einer ausgeprägten radiogenen Signatur frei, das mit 143Nd angereichert war. Die Untersuchung der Neodym-Isotope aus dem Sedimentkern ODP Site 982 des Rockall Plateau zeigt, dass die oberen Wassermassen des Nordatlantiks während der Höhepunkte der Eiszeiten deutlich radiogener waren als während der warmen Zwischeneiszeiten. Die Schwankungen standen dabei in engem Zusammenhang mit dem Volumen des isländischen Eisschildes.
Mithilfe eines sogenannten Boxmodells konnten die Heidelberger Wissenschaftler die Ergebnisse ihrer Analysen der Tiefseesedimente reproduzieren. Demnach verliefen die Veränderungen der Meerwasserchemie infolge des vulkanischen Eintrags nicht gleichmäßig. Vielmehr reagierten sie auf die Dynamik des Eises auf Island und erreichten während Phasen schneller Vergletscherung ihre stärkste Ausprägung.
„Das isotopische Signal folgte dem Rhythmus der Eiszeiten fast Schritt für Schritt“, sagt Dr. Antao Xu. „Das weist darauf hin, dass die isländischen Eisschilde selbst die treibenden Kräfte dafür waren, dass die Meerwasserchemie des Nordatlantiks während der vergangenen 230.000 Jahre mehrfach umgestaltet wurde.“
Die Ergebnisse zeigen zudem, dass der Eisschild den Eintrag von Mikronährstoffen wie Eisen beeinflusste. Dies dürfte sich während der Eiszeiten auch auf das marine Leben und den Kohlenstoffkreislauf ausgewirkt haben, so Dr. Xu, der Mitglied der von Prof. Frank geleiteten Arbeitsgruppe „Physik der Umweltarchive“ ist.
„Die Ergebnisse unserer Forschungsarbeiten unterstreichen, dass die Eisschildsysteme in hohen Breitengraden bei der Regulierung der Ozeanchemie eine entscheidende Rolle spielen“, betont Prof. Frank.
Die Erkenntnisse haben nach Einschätzung des Wissenschaftlers weitreichende Konsequenzen für die Rekonstruktion vergangener Veränderungen der Ozeane. „Sie mahnen zur Vorsicht bei der Annahme, dass feste isotopische Fingerabdrücke existieren, die zur Rekonstruktion der vergangenen Ozeanzirkulation eingesetzt werden können. Zudem decken sie einen bislang unterschätzten Zusammenhang zwischen der Kryosphäre, der kontinentalen Verwitterung und der Chemie des Ozeans auf.“
Die Untersuchungen waren Teil eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Projekts. Im Mittelpunkt steht die Frage, wie sich Ozeanzirkulation und geochemische Kreisläufe während großer Klimawandelphasen der Vergangenheit entwickelt haben. Die Forschung basiert auf Sedimentkernen einer Expedition des Ocean Drilling Program (ODP) / International Ocean Discovery Program (IODP). Zur Verfügung gestellt wurden die Proben vom IODP Bremen Core Repository am MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Universität Bremen. Die Ergebnisse der Heidelberger Forschungsarbeiten sind in „Science Advances“ erschienen.
Weitere InformationenOriginalpublikation: A. Xu, K. Just, A. M. Piotrowski, J. Stohl, N. Frank: Ice-sheet dynamics drive glacial-interglacial shifts in North Atlantic seawater neodymium isotopes. Science Advances (19 August 2026), DOI: 10.1126/sciadv.aeg5747
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Im Mittelpunkt der Forschung steht die einzellige Süßwasseralge Tetradesmus lagerheimii. Im Technikum des Fachbereichs Chemie- und Biotechnologie der h_da wird sie in grün leuchtenden Photobioreaktoren kultiviert. Dort untersuchen Prof. Dr. Rüdiger Graf, Doktorandin Samira Reuscher und Dr. Gerd Klock, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachbereich, gemeinsam mit Partnern aus der Papierindustrie und der TU Darmstadt, wie sich Mikroalgen künftig in Klärwerken oder Industrieanlagen einsetzen lassen.
„Wir sind eins besser als das Ü-Ei“, stellt Prof. Dr. Rüdiger Graf fest und erklärt den ungewöhnlichen Vergleich: „Das Ü-Ei hat drei Pluspunkte – Spannung, Spielzeug und Schokolade. Wir nutzen Sonnenenergie, um Biomasse aufzubauen, binden dabei CO₂ und reinigen Abwasser. Und dann kommt noch der vierte Punkt dazu: Wir produzieren wertvolle Algenöle.“
Der Schwerpunkt des Projekts liegt auf der Reinigung industrieller Abwässer. Zwar erfüllen sie alle gesetzlichen Vorgaben. Trotzdem können geringe Mengen hormonell wirksamer Stoffe zurückbleiben. Und hier kommen die Mikroalgen ins Spiel: Sie können diese Stoffe aufnehmen, anreichern und im besten Fall sogar vollständig abbauen.
„Die genauen molekularen Mechanismen sind zwar bisher nur teilweise erforscht“, erläutert Doktorandin Samira Reuscher. „Wir wissen aber, dass es funktioniert: Mikroalgen filtern hormonell wirksame Substanzen aus dem Abwasser.“
Ganz ohne Nebenwirkungen geht das allerdings nicht. Durch ihren Stoffwechsel geben die Algen organische Stoffe ab, die die Wasserqualität mindern. Um das Problem zu lösen, setzen die Forschenden auf eine natürliche Arbeitsteilung im Algen-Reaktor: Verschiedene Bakterienstämme werden den Algenkulturen zugesetzt und bauen die unerwünschten Stoffwechselprodukte wieder ab.
„In der Natur sind die Algen auch mit anderen Organismen vergesellschaftet“, erklärt Dr. Gerd Klock. „Die verschiedenen Organismen müssen sich aufeinander einstellen.“
Die Mikroalgen nutzen Sonnenlicht und Kohlendioxid zum Wachsen, sie binden CO₂ und vermehren sich dabei fleißig, bilden also Biomasse. Und die ist nicht nur die Grundlage für die Reinigung des Abwassers, sondern auch für den zweiten Nutzen des Forschungsprojekts: die Herstellung von Algenölen.
Unter idealen Bedingungen investieren die Algen ihre Energie vor allem in Wachstum. Erst wenn sie gezielt unter Stress gesetzt werden – etwa durch Nährstoffmangel oder weniger Licht –, verändern sie ihren Stoffwechsel und speichern Energiereserven in Form von Lipiden. Diese begehrten Algenöle können unter anderem zur Herstellung von Bio-Kraftstoffen verwendet werden. Im Gegensatz zu Mais oder Raps beanspruchen die Alleskönner-Algen dafür keine Ackerflächen.
„Man muss der Alge Stress machen, damit sie versteht: Jetzt muss ich Lipide herstellen, statt immer weiter Zellteilung zu betreiben“, beschreibt Prof. Dr. Rüdiger Graf die Herangehensweise.
Ziel der Forschenden ist es, dabei die richtige Balance zu finden: möglichst viel Biomasse zu erzeugen bei gleichzeitig hoher Ölproduktion.
Noch ist das Verfahren nicht wirtschaftlich genug für den großtechnischen Einsatz.
„Deshalb arbeiten wir intensiv daran, unter anderem den Energiebedarf während des Kultivierungsprozesses zu senken“, sagt Graf.
Für das Forschungsteam steht das Potenzial der Technologie dennoch außer Frage: Künftig könnten modulare Algenanlagen direkt an Industrieunternehmen oder Klärwerke angeschlossen werden. Dort würden sie Abwasser reinigen, Kohlendioxid verwerten und gleichzeitig nachwachsende Rohstoffe erzeugen – eine Innovation mit vielen Vorteilen für Umwelt und Industrie. Das Kooperationsprojekt wird vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie gefördert.
Quelle: Hochschule Darmstadt
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Salz und Zucker aus dem Meer können bis in die freie Troposphäre aufsteigen und damit sowohl die Wolkenbildung als auch das Klima in der Arktis beeinflussen. Das zeigen Ballon-Messungen, die ein Forschungsteam im Herbst 2021 und Frühjahr 2022 auf Spitzbergen durchgeführt hat. Mit einer zunehmend eisfreien Arktis könnten immer mehr dieser Wolkenzutaten aus dem Meerwasser in die Atmosphäre gelangen und das Strahlungsbudget beeinflussen. Die Ergebnisse tragen so zu einem besseren Verständnis der überdurchschnittlichen Erwärmung der Arktis bei, schreibt das Team im Fachjournal „Atmospheric Chemistry and Physics“.
An der Studie unter Leitung des Leibniz-Instituts für Troposphärenforschung (TROPOS) waren auch die Universität Köln, das Alfred-Wegener-Institut, das Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie sowie die Universitäten Oldenburg und Bremen beteiligt.
Die zentrale Arktis ist ein Ozean, der im Winter von Meereis bedeckt ist und im Sommer zunehmend offene Wasserflächen aufweist. Partikel aus Meeresgischt-Aerosol spielen dort eine Schlüsselrolle für die Wolkenbildung – und ihre Bedeutung wächst mit der Erwärmung und dem Rückgang des Meereises. Die Partikel gelangen durch brechende Wellen und platzende Luftblasen in die Luft. Sie bestehen aus Meersalz-Ionen sowie organischem Material, darunter marine Kohlenhydrate – meist komplexe, verzweigte Polysaccharide von Algen und Bakterien. Eine TROPOS-Studie von 2025 hatte bereits gezeigt, dass diese Zucker die Eiskeimbildungsaktivität der Partikel beeinflussen, was wiederum Wolkenbildung und Niederschlag prägt.
Der Fesselballon BELUGA während der Kampagne HALO-(AC)³ im März/April 2022 auf Spitzbergen in der Arktis (Quelle: Sebastian Zeppenfeld, TROPOS).
Bislang fehlten Messungen, die den Transport dieser marinen Zucker in höhere Luftschichten tatsächlich belegen. Die Forschenden schlossen diese Lücke: Bei Ny-Ålesund auf Spitzbergen nahmen sie mit dem Fesselballon BELUGA Luftproben in 300 bis 1000 Metern Höhe. Diese wurden im Labor mit Meerwasser- und Oberflächenfilmproben aus dem Kongsfjorden verglichen.
„Die Kombination der Aerosolmessungen am Boden und in verschiedenen Höhen mit den Wasserproben hat uns erstmals ermöglicht, den Transport mariner Zucker vom Ozean in die Atmosphäre direkt nachzuvollziehen“, erläutert Dr. Manuela van Pinxteren (TROPOS).
Zusätzlich deuten Labor- und Feldbeobachtungen darauf hin, dass sich diese Zucker teils erst in der Atmosphäre bilden oder umwandeln – ausgelöst durch chemische und biologische Prozesse. Unter feuchten Bedingungen, besonders bei Niederschlagswolken, konnte das Team eine solche Zuckerbildung direkt in der Luft beobachten, möglicherweise im Zusammenhang mit dem Stoffwechsel von Mikroorganismen.
„Die Atmosphäre ist also viel lebendiger als wir lange dachten“, folgert Dr. Sebastian Zeppenfeld (TROPOS).
Da der Transport in wolkenbildungsrelevante Höhen die Wolkenmikrophysik beeinflusst und seine Bedeutung mit dem Rückgang des Meereises weiter zunimmt, plant das BELUGA-Team, 2028 im Rahmen der Polarstern-Expedition „Antarctica-Insync“ vergleichbare Messungen im Südpolarmeer durchzuführen.
Wissenschaftliche Ansprechpartner:
Dr. Sebastian Zeppenfeld
wissenschaftlicher Mitarbeiter, Abteilung Chemie der Atmosphäre, Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS), Leipzig
Originalpublikation:
Zeppenfeld, S., Schaefer, J., Pilz, C., Ebell, K., Zeising, M., Stratmann, F., Siebert, H., Wehner, B., Wietz, M., Bracher, A., and van Pinxteren, M.: Marine carbohydrates and other sea spray aerosol constituents across altitudes in the lower troposphere of Ny-Ålesund, Svalbard, Atmos. Chem. Phys., 26, 7235–7260, DOI: 10.5194/acp-26-7235-2026, 2026. (Published 27 May 2026)
https://doi.org/10.5194/acp-26-7235-2026
Quelle: Leibniz-Institut für Troposphärenforschung e. V.
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Bakterien in Springbrunnen können insbesondere dann zum hygienischen Risiko werden, wenn Menschen mit dem Wasser oder den entstehenden Aerosolen in Kontakt kommen. Im Forschungsprojekt SpriBak entwickelt ein Team der Fachhochschule Südwestfalen deshalb ein mikrobiologisches Überwachungssystem, das Bakterien automatisiert erkennen soll. Parallel untersuchen die Projektpartner, wie sich Springbrunnen technisch so gestalten lassen, dass bakterielle Belastungen reduziert werden.
Öffentliche Springbrunnen und Wasserspiele werden an heißen Tagen häufig zur Abkühlung genutzt. Nach Angaben der Fachhochschule Südwestfalen besteht durch Hautkontakt mit dem Wasser oder das Einatmen von Aerosolen jedoch ein erhöhtes Infektionsrisiko, insbesondere für Kinder. Genannt werden unter anderem Escherichia coli, Enterokokken und Pseudomonas. Diese Bakterien können beispielsweise Magen-Darm- und Wundinfektionen oder Lungenentzündungen verursachen.
„Öffentliche Springbrunnen sind keine Trinkwasserbrunnen“, erklärt Projektmitarbeiterin Dr. Jacqueline Hollensteiner.
Anders als bei Trinkwasser werde nicht permanent frisches und geprüftes Wasser zugeführt. Das Wasser zirkuliere in der Regel und werde lediglich von Zeit zu Zeit aufgefüllt.
„Der Eintrag von Nährstoffen und Fäkalien von Tieren in rezirkulierende Wassersysteme mit Becken, Pumpen und Filtern begünstigt die Keimbildung“, weiß die in Göttingen promovierte Mikrobiologin.
Hinzu kommt nach Angaben des Forschungsteams, dass für Springbrunnen im Vergleich zum Trinkwasser spezifische Regularien fehlen.
Eine Vorstudie liefert Hinweise auf den Handlungsbedarf. Hollensteiner und Professor Dr. Dr. Alexander Prange werteten dafür Wasserproben aus öffentlichen Springbrunnen aus.
„Von 280 im Sommer 2023 in öffentlichen Springbrunnen genommenen Wasserproben entsprachen 65 Prozent nicht den Bewertungsgrenzen für die Bakterienbelastung“, verdeutlicht Hollensteiner.
Eine OpenStreetMap-Analyse des Teams ermittelte zudem 26.443 gemeldete Springbrunnenobjekte in Deutschland, davon mehr als 3.000 in Nordrhein-Westfalen. Das Forschungsteam geht von einem prognostizierten jährlichen Marktwachstum der Springbrunnen in deutschen Innenstädten von 3,5 Prozent aus.
Damit stellt sich auch die Frage, wie eine mikrobiologische Überwachung in größerem Umfang praktisch umgesetzt werden kann.
„Diese regelmäßig zu testen bedeutet erheblichen personellen und finanziellen Aufwand“, sagt Hollensteiner.
In die Anlagen integrierte Messsysteme könnten diesen Aufwand reduzieren.
Unter Leitung von Professor Dr. Dr. Alexander Prange, Professor für Lebensmittel-Mikrobiologie, arbeitet die Fachhochschule Südwestfalen mit der AquaActiv Springbrunnen- und Wassertechnik GmbH aus Lage zusammen. Ein Projektziel ist die Entwicklung eines robusten Testsystems zur Überwachung der Wasserqualität in öffentlichen Springbrunnen.
Gleichzeitig soll der technische Aufbau der Anlagen optimiert werden, um bakterielle Belastungen möglichst zu vermeiden beziehungsweise zu reduzieren. Das Team arbeitet dafür derzeit an einer automatisierten Testkammer.
„Erste Laborversuche verlaufen vielversprechend, mit deren Hilfe Stoffwechselaktivitäten lebender Zellen sichtbar gemacht und das Vorhandensein von Bakterien nachgewiesen werden kann“, sagt Hollensteiner.
Das geplante System verbindet damit mikrobiologische Detektion und Anlagentechnik. Der Kurztitel SpriBak steht für Springbrunnen-Bakterien. Entwickelt werden soll eine keimsensible Wasseraufbereitungsanlage mit integrierter Messeinheit, Filterung und Entkeimungsvorrichtung.
Mit steigenden Temperaturen können Springbrunnen und Wasserspiele zugleich für die Gestaltung des städtischen Mikroklimas an Bedeutung gewinnen. Eine intensivere Nutzung erhöht jedoch auch die Anforderungen an die hygienische Bewertung solcher Anlagen.
Sogenannte städtische Hitzeinseln werden in Zuge des Klimawandels zunehmen und Springbrunnen oder Wasserspiele können helfen, das städtische Mikroklima im Sommer zu kühlen. Eine steigende Frequentierung durch die Bevölkerung mache nach Einschätzung der Mikrobiologin eine Risikoanalyse und Risikominimierung umso notwendiger.
Das Forschungsprojekt hat eine Laufzeit von zwei Jahren. Es wird durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie im Zentralen Innovationsprogramm Mittelstand (ZIM) gefördert. Ziel ist, bis zum Ende der Projektlaufzeit ein funktionierendes Testsystem für die mikrobiologische Überwachung von Springbrunnen zu entwickeln.
Quelle: Fachhochschule Südwestfalen
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Wolkentröpfchen sind in flachen Cumulus-Wolken offenbar deutlich ungleichmäßiger verteilt als bislang angenommen. Wissenschaftler*innen des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation (MPI-DS) haben Bereiche von weniger als einem Meter nachgewiesen, in denen sich die Tröpfchen lokal konzentrieren. Die veröffentlichten Ergebnisse liefern neue Hinweise darauf, wie Regen in Wolken ohne Eiskristalle entstehen kann.
Flache Wolken kommen sowohl über Ozeanen als auch über Land vor. Insbesondere flache Cumulus-Wolken können ausschließlich aus kleinen flüssigen Wassertropfen bestehen. Eiskristalle, die als Keime für die Niederschlagsbildung dienen könnten, fehlen dort. Dennoch können diese Wolken innerhalb weniger Minuten Regen erzeugen.
Damit Niederschlag entsteht, müssen kleine Tröpfchen miteinander kollidieren und größere Tropfen bilden, die schließlich zu Boden fallen. Wie die dafür notwendigen ersten Kollisionen zustande kommen, ist eine bislang nicht abschließend geklärte Frage der Atmosphärenwissenschaft.
„Wir haben die Struktur einer flachen, warmen Wolke mit hoher räumlicher Auflösung untersucht“, sagt Mohsen Bagheri, Gruppenleiter am MPI-DS und einer der Leiter der Studie. „Es ist wie ein 3D-Mikroskop in den Wolken zu nutzen, das Partikelgröße und -verteilung untersucht“, fährt er fort.
Flache Wolken weisen Bereiche mit hoher Partikelkonzentration auf, die möglicherweise der Schlüssel zur Regenbildung sind. (Quelle: MPI)
Für ihre Untersuchungen entwickelten Forschende des MPI-DS um Mohsen Bagheri und Institutsdirektor Eberhard Bodenschatz die Messplattform CloudKite. Grundlage ist ein Helikite-Ballon, der die Messinstrumente mit einer Geschwindigkeit von etwa 10 Metern pro Sekunde durch die Wolken bewegt. Damit ist die Plattform deutlich langsamer als Forschungsflugzeuge.
Das Observatorium verfügt über zwei speziell entwickelte optische Bildgebungssysteme mit Lasern und Hochgeschwindigkeitskameras. Eines der Systeme kann die dreidimensionalen Positionen und Größen einzelner Wolkentröpfchen 75-mal pro Sekunde rekonstruieren. Das zweite System erfasst die Turbulenz innerhalb der Wolken mittels Partikelbild-Velozimetrie.
Beide Instrumente arbeiten autonom und ermöglichen die gleichzeitige Untersuchung von Wolkenmikrophysik und Turbulenz über unterschiedliche räumliche Skalen.
„Zusammen mit der hohen Bildaufnahmerate des Instruments ermöglicht dies Messungen im Abstand von 12 Zentimetern – etwa 250-mal häufiger als bei früheren Beobachtungen aus der Luft“, sagt Eberhard Bodenschatz. „Der CloudKite eröffnet somit ein gänzlich neues Beobachtungsfenster in die Wolken“, fasst er zusammen.
Mit den CloudKite-Daten rekonstruierten die Forschenden die innere Struktur eines 55 Meter langen Abschnitts einer flachen Cumulus-Wolke. Dabei zeigte sich, dass die Tröpfchen nicht gleichmäßig verteilt waren. Stattdessen identifizierte das Team stark lokalisierte Bereiche mit einem Durchmesser von etwa einem Meter oder weniger.
In diesen Hotspots liegen die Tröpfchen näher beieinander als in anderen Teilen der Wolke. Dadurch steigt die Wahrscheinlichkeit, dass sie miteinander kollidieren und größere Tropfen entstehen. Die Messungen stellen damit die bisherige Annahme infrage, wonach Tröpfchen lediglich schwach und vergleichsweise gleichmäßig verteilt clustern.
„Da die Tröpfchen dort clustern, werden Kollisionen viel wahrscheinlicher. Diese lokal begrenzten Hotspots könnten daher die Stellen sein, an denen es in flachen Cumuluswolken zu regnen beginnt“, sagt Birte Thiede, Erstautorin der Studie.
Das MPI-DS-Team untersucht derzeit, wie Turbulenz und die beobachteten Clustering-Hotspots zusammenhängen. Weitere Feldkampagnen mit dem CloudKite-Observatorium sind in Amazonien, an der Ostsee und in Nordfinnland geplant.
Die Prozesse in warmen Wolken sind auch für Wetter- und Klimamodelle relevant. Wie effizient sich kleine Wolkentröpfchen zu Regentropfen entwickeln, beeinflusst die Lebensdauer der Wolken und ihre Fähigkeit, Sonnenlicht zurück ins All zu reflektieren. Die Beschreibung dieser Prozesse ist daher ein wichtiger Faktor für die Modellierung von Niederschlag und Energiehaushalt.
„Die Aufdeckung der verborgenen Struktur warmer Wolken wird zu besseren Beschreibungen der Regenbildung und genaueren Wettervorhersagen führen“, fasst Mohsen Bagheri zusammen.
Originalpublikation: B. Thiede, M.L. Larsen, F. Nordsiek, O. Schlenczek, Y. Kim, E. Bodenschatz, & G. Bagheri, Highly localized droplet clustering in shallow cumulus clouds, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 123 (32) e2602976123, https://doi.org/10.1073/pnas.2602976123 (2026).
Quelle: Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
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Das Hochwasser 1342, bekannt als Magdalenenflut, war nach neuen Forschungsergebnissen kein isoliertes Extremereignis. Ein internationales Forschungsteam hat für den Zeitraum vom Winter 1341/42 bis Ende 1343 insgesamt 16 große, überregionale Hochwasser in Europa rekonstruiert. Vier davon erreichten statistische Wiederkehrperioden von 500 bis 1.000 Jahren. Die in Nature veröffentlichte Untersuchung liefert damit auch Anhaltspunkte für die Bewertung aufeinanderfolgender Extremhochwasser im heutigen Risikomanagement.
Die Magdalenenflut vom Juli 1342 gilt als das schwerste Hochwasser Mitteleuropas im vergangenen Jahrtausend und als größtes Bodenerosionsereignis seit dem Ende der letzten Eiszeit. Die neue Untersuchung ordnet das Ereignis in einen größeren zeitlichen und räumlichen Zusammenhang ein.
Zwischen dem Winter 1341/42 und Ende 1343 identifizierten die Forschenden 16 große Hochwasser in weiten Teilen Europas. Neben der Magdalenenflut erreichten auch die als Lichtmess-, Jakobs- und Bartholomäusflut bezeichneten Ereignisse statistische Wiederkehrperioden von 500 bis 1.000 Jahren. Den Ergebnissen zufolge war 1342 das hochwasserreichste Jahr der vergangenen 700 Jahre. Auch 1343 zählt zu den zehn extremsten Jahren dieses Zeitraums.
„Wir können Monat für Monat rekonstruieren, welche Regionen Europas wann betroffen waren. Das zeigt deutlich, dass sich die Hochwasser wie eine Perlenkette durch die Jahre 1341 bis 1343 ziehen – nicht alle gleich verheerend, nicht alle am selben Ort, aber alle klar miteinander verbunden“, sagt Andrea Kiss, Erstautorin der Studie sowie Historikerin und Geographin an der Technischen Universität Wien.
Hochwassermarke an der Pfarrkirche St. Blasius in Hann.-Münden mit einer Gedenkinschrift an dieser Kirche mit Angabe der Wasserhöhe. (Quelle: Martin Bauch)
Grundlage der Rekonstruktion sind mehr als 1.000 Einträge aus historischen Originalquellen. Dazu gehören Chroniken, Rechnungsbücher, Urkunden und Briefe. Die Studie entstand unter Leitung von Andrea Kiss und Günter Blöschl von der Technischen Universität Wien gemeinsam mit einem interdisziplinären Team von mehr als 30 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus Europa.
An der Rekonstruktion war auch der Mittelalterspezialist Martin Bauch vom Leibniz-Institut für Geschichte und Kultur des östlichen Europa (GWZO) in Leipzig beteiligt. Er brachte insbesondere Quellen aus Mitteldeutschland, Böhmen und dem östlichen Mitteleuropa in die Untersuchung ein und überführte die ausgewerteten Informationen in historische Datenbanken.
Besonders stark betroffen waren Mitteldeutschland und das östliche Mitteleuropa. In Prag zerstörte die Moldau die steinerne Judithbrücke, die Vorgängerin der heutigen Karlsbrücke. An der Elbe stürzten Brücken in Dresden und Meißen ein. Weitere Brückeneinstürze sind unter anderem für Erfurt, Vacha, Meiningen, Eisenach und Bautzen überliefert.
Die räumliche Ausdehnung der Hochwasser reichte über Böhmen bis in den Karpatenraum und nach Ungarn. Entlang der Donau berichtete der Chronist Johann von Winterthur von rund 6.000 Todesopfern. Europaweit forderte die Hochwasserserie nach den ausgewerteten Quellen viele Tausend Opfer.
Als mögliche Ursache für die außergewöhnliche Häufung nennen die Forschenden das Zusammentreffen mehrerer Faktoren. Um 1340 ereignete sich demnach eine Serie großer Vulkanausbrüche, darunter mindestens fünf tropische Vulkane sowie ein Ausbruch der isländischen Hekla. Gleichzeitig ging das arktische Meereis über mehrere Jahre zurück.
Nach Einschätzung des Forschungsteams veränderten diese Faktoren die Luftströmungen über Europa und begünstigten extreme und langanhaltende Niederschläge. Die Untersuchung verbindet damit historische Quellen mit Erkenntnissen zur Klima- und Umweltgeschichte.
„Die Magdalenenflut ist bis heute im kollektiven Gedächtnis präsent, weil sie mit Hochwassermarken und Gedenktafeln festgehalten wurde, aber auch durch jährlich wiederholte Bittprozessionen. Dass sie nur ein Ereignis in einer ganzen Kette von Katastrophen war, ist über die Jahrhunderte in Vergessenheit geraten. Diese Jahre gehören zur großen Krise des 14. Jahrhunderts, die wenige Jahre später im Schwarzen Tod gipfelte. Unsere Ergebnisse zeigen, wie eng Umwelt-, Klima- und Gesellschaftsgeschichte in dieser Zeit verflochten waren“, erklärt Martin Bauch.
Für die Wasserwirtschaft ist insbesondere die zeitliche Abhängigkeit extremer Hochwasser relevant. Die Studie stellt die Annahme infrage, dass seltene Hochwasser grundsätzlich als voneinander unabhängige Einzelereignisse betrachtet werden können.
„Hochwasser sind statistisch nicht unabhängig voneinander: Sie treten nicht einfach zufällig ein wie Lottogewinne, sondern können statistisch und ursächlich zusammenhängen“, betont der Wiener Hydrologe Günter Blöschl.
Nach Angaben des Forschungsteams werden Sequenzen mehrerer Extremhochwasser innerhalb weniger Monate im heutigen Risikomanagement bislang kaum berücksichtigt. Die Autorinnen und Autoren sprechen sich deshalb für anpassungsfähige Schutzstrategien aus, die neben einzelnen seltenen Extremereignissen auch mögliche Ereignisketten berücksichtigen. Nach ihrer Einschätzung kann der Klimawandel die Wahrscheinlichkeit solcher Häufungen künftig erhöhen.
Originalpublikation: Kiss, A., Viglione, A., Barrientos, M., Enzi, S., Bauch, M. et al. (2026): Cascading continental-scale floods across Europe in 1342–1343. Nature. DOI: 10.1038/s41586-026-10888-8
Quelle: Leibniz-Institut für Geschichte und Kultur des östlichen Europa (GWZO)
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Eine neue internationale Studie, veröffentlicht in der Fachzeitschrift Ambio, eröffnet eine ermutigende Perspektive auf die Klima- und Biodiversitätskrise. Während Moore häufig im Zusammenhang mit Degradierung und Treibhausgasemissionen diskutiert werden, stellt die Studie neun sogenannte „Bright Spots“ aus aller Welt vor. Die Beispiele reichen von gemeinschaftlich getragenen Renaturierungsinitiativen und großflächigen Wiedervernässungsprogrammen bis hin zu innovativen Formen der Nasslandwirtschaft und Kunstprojekten, die den Menschen wieder eine Verbindung zu Moorlandschaften herstellen.
Sie machen deutlich, dass bereits heute bedeutende Fortschritte erzielt werden, und liefern Inspiration sowie wertvolle Erkenntnisse für den Moorschutz weltweit. Die Studie wurde gemeinsam von Forschenden der Universität Greifswald (Partner im Greifswald Moor Centrum), die zugleich Mitglieder des Sonderforschungsbereichs WETSCAPES2.0 sind, sowie des Copernicus Institute for Sustainable Development der Universität Utrecht geleitet.
„Moorforschende verbringen einen Großteil ihrer Zeit damit, Verluste, die Degradierung und den dringenden Handlungsbedarf rund um Moore zu dokumentieren“, sagt die Ko-Erstautorin Dr. Renske Vroom von der Universität Greifswald und dem Sonderforschungsbereich WETSCAPES2.0. „Diese Realität bleibt wichtig, aber sie erzählt nur einen Teil der Geschichte. Wir wollten Beispiele hervorheben, die zeigen, was möglich ist, wenn Menschen gemeinsam Moore schützen und wiederherstellen.“
Die Autor*innen verwenden den Begriff „Bright Spots“ für Initiativen, die bemerkenswerte Erfolge bei Moorschutz, Wiedervernässung, Renaturierung, nachhaltiger Nutzung oder gesellschaftlicher Beteiligung erzielt haben. Die neun ausgewählten Beispiele zeigen, dass erfolgreiche Maßnahmen zum Schutz von Mooren sehr unterschiedliche Formen annehmen können.
In Indonesien tragen großflächige Wiedervernässungsprogramme dazu bei, das Brandrisiko und Treibhausgasemissionen zu verringern. In Malaysia treiben lokale Gemeinschaften Renaturierungsmaßnahmen voran und entwickeln neue Ansätze für den nachhaltigen Umgang mit Mooren. Weitere Beispiele schaffen wirtschaftliche Perspektiven durch Paludikultur. Initiativen wie Turba Tol in Feuerland hingegen nutzen Kunst und kulturelles Engagement, um Menschen wieder mit Moorlandschaften in Verbindung zu bringen. Gemeinsam verdeutlichen diese Beispiele, dass es nicht den einen Weg zur erfolgreichen Wiederherstellung von Mooren gibt.
Trotz ihrer Diversität weisen alle Bright Spots mehrere gemeinsame Merkmale auf. Viele beruhen auf einer langfristigen Zusammenarbeit von Wissenschaft, Politik, Flächenmanagement, lokalen Gemeinschaften und Trägern indigenen Wissens. Andere zeigen, wie sich ökologische Renaturierung mit sozialen und wirtschaftlichen Vorteilen oder innovativen Formen der Öffentlichkeitsarbeit verbinden lässt.
„Der Schlüssel zur Wiederherstellung von Mooren ist die Zusammenarbeit“, sagt Dr. Ralph Temmink, Assistenzprofessor für Ökologie und Renaturierung an der Universität Utrecht und Koautor der Studie. „Die erfolgreichsten Projekte verbinden wissenschaftliche Erkenntnisse, politische Rahmenbedingungen und lokales Wissen, um nachhaltige Lösungen zu entwickeln.“
Zu den in der Studie vorgestellten Beispielen gehört auch die Paludikultur, die landwirtschaftliche Nutzung nasser und wiedervernässter Moore. Im Gegensatz zur konventionellen Landwirtschaft auf entwässerten Moorböden bleiben die Böden dabei dauerhaft nass und können dennoch wirtschaftlich genutzt werden. Das ist von großer Bedeutung, da entwässerte Moore erhebliche Mengen an Treibhausgasen freisetzen: Sobald der zuvor wassergesättigte Torf mit Sauerstoff in Kontakt kommt, beginnt er sich zu zersetzen und entweicht als Kohlenstoffdioxid.
Pflanzen wie Torfmoose, Schilf, Rohrkolben oder Seggen können hingegen auf nassen Mooren, ohne Entwässerung, angebaut werden. Dadurch lassen sich Emissionen reduzieren und gleichzeitig neue wirtschaftliche Perspektiven für Flächeneigentümerinnen und lokale Gemeinschaften schaffen. Viele erfolgreiche Beispiele hierfür finden sich in Deutschland, wo Forschende, Landwirtinnen und Unternehmen seit einigen Jahren gemeinsam neue Wertschöpfungsketten auf Basis von Biomasse aus nassen Mooren entwickeln. Produkte wie Versandkartons, Textilien oder Baustoffe aus Paludikultur-Biomasse sind bereits auf dem Markt erhältlich.
„Wir hoffen, dass diese Beispiele dazu ermutigen, über die Herausforderungen hinauszublicken und anzuerkennen, dass bereits Fortschritte erzielt werden“, sagt Vroom. „Die Wiederherstellung von Mooren und wirksamer Klimaschutz sind keine Zukunftsvision. Sie finden bereits heute in vielen unterschiedlichen Formen und Regionen der Welt statt. Gleichzeitig machen diese Beispiele deutlich, wie dringend wir unsere Anstrengungen ausweiten müssen. Nur wenn wir auf diesen Erfolgen aufbauen und die Wiedervernässung und Renaturierung von Mooren beschleunigen, können wir das notwendige Tempo und den erforderlichen Umfang erreichen, um die Klimakrise wirksam einzudämmen.“
Moorrenaturierung kann unter sehr unterschiedlichen ökologischen, gesellschaftlichen und politischen Bedingungen erfolgreich sein und bietet gleichzeitig Vorteile für Klimaschutz, Biodiversität und lokale Gemeinschaften. Die Ergebnisse der Studie liefern wertvolle Impulse für zukünftige politische Strategien und Renaturierungsprogramme – in einer Zeit, in der immer mehr Länder ihre Klima- und Biodiversitätsziele erreichen müssen.
Originalpublikation:
Vroom, R.J.E. et al. (2026): Bright spots in peatland conservation, rewetting and restoration. Ambio.
Wissenschaftlicher Ansprechpartner
Luca Räther
luca.raether@uni-greifswald.de
Quelle: Universität Greifswald
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Power-to-Gas auf Kläranlagen steht im Mittelpunkt des Forschungs- und Demonstrationsvorhabens KoNexus. Partner aus Wasserwirtschaft, Energiewirtschaft, Forschung und Technologieentwicklung untersuchen, wie sich Power-to-Gas-Technologien technisch, wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll auf Kläranlagen einsetzen lassen.
Im Zentrum des Vorhabens steht die Idee, Kläranlagen als flexible Knotenpunkte einer klimafreundlichen Energieversorgung zu nutzen. Überschüssiger Strom aus erneuerbaren Energien kann dort per Elektrolyse in grünen Wasserstoff umgewandelt werden. Dieser kann direkt genutzt oder gemeinsam mit biogenem Kohlendioxid aus Klärgas zu Biomethan weiterverarbeitet werden.
Bei diesen Prozessen entstehen Koppelprodukte wie Sauerstoff und Abwärme. Der Sauerstoff kann für die Ozonung oder Belüftung in der Abwasserbehandlung eingesetzt werden. Die Abwärme soll für Prozesse auf der Kläranlage genutzt werden.
„Kläranlagen bringen viele Voraussetzungen mit, die für Power-to-Gas-Konzepte entscheidend sind: Wasserströme, Klärgas, Wärmebedarfe, technische Infrastruktur und zunehmend eigene erneuerbare Energiequellen. KoNexus soll zeigen, wie daraus ein tragfähiges Gesamtsystem entstehen kann“, sagt Dr.-Ing. Christian Remy, Gruppenleiter Energie und Ressourcen am KWB.
Mehrere Fallstudien sollen das Zusammenspiel marktreifer Technologien im realen Anlagenbetrieb demonstrieren. Auf dem Klärwerk der Berliner Wasserbetriebe in Schönerlinde werden bestehende Komponenten wie Elektrolyse, Methanisierung, Gasspeicher, Sauerstoffnutzung und Ozonung in einen automatisierten Demonstrationsbetrieb eingebunden.
In Cottbus wird ein Rieselbettreaktor zur Biomethanisierung weiterentwickelt. In Eberswalde betreibt die Barnimer Energiebeteiligungsgesellschaft einen großtechnischen 2-MW-Elektrolyseur und untersucht Synergien mit einer nahegelegenen Kläranlage. Dazu gehören unter anderem die Nutzung von Sauerstoff und aufbereitetem Kläranlagenablauf.
Das Kompetenzzentrum Wasser Berlin übernimmt im Projekt wissenschaftliche und transferorientierte Aufgaben. Dazu gehören Untersuchungen zur Nutzung von Elektrolysesauerstoff in der Ozonung sowie die Optimierung der Aufbereitung von Kläranlagenablauf als Speisewasser für Elektrolyseure.
Das KWB erstellt außerdem Ökobilanzen zur Bewertung von Nachhaltigkeit, Klimaschutzwirkung und Dekarbonisierungspotenzialen. Hinzu kommt die Erstellung eines Leitfadens für den sicheren Datenaustausch zwischen Wasser- und Energiebetreibern unter KRITIS-Anforderungen.
Ein besonderer Schwerpunkt des Projekts liegt auf dem Transfer in die Praxis. Die Projektergebnisse sollen in nationale Fachgremien und Regelwerke eingebracht werden. Zudem ist ein praxisnaher Leitfaden für Planung und Betrieb von Power-to-Gas-Konzepten auf Kläranlagen vorgesehen.
Koordiniert wird KoNexus durch das Kompetenzzentrum Wasser Berlin. Im Projekt involviert sind das Reiner Lemoine Institut gGmbH (RLI), die Berliner Wasserbetriebe AöR (BWB), die Technische Universität München – Lehrstuhl für Siedlungswasserwirtschaft (TUM), die Gicon®-Großmann Ingenieur Consult GmbH (GICON) und die Barnimer Energiebeteiligungsgesellschaft mbH (BEBG).
KoNexus ist ein Forschungs- und Demonstrationsvorhaben in der BMFTR-Fördermaßnahme „Wasser-Energie-Nexus“ (WENex) zur Sektorkopplung von Wasser- und Energiewirtschaft durch Power-to-Gas-Technologien auf Kläranlage
Quelle: Kompetenzzentrum Wasser Berlin
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Johannes Voß und Linda Rockmann aus Haliks Team entwickelten dafür funktionalisierte Eisenoxid-Nanopartikel mit speziellem magnetischen Verhalten, deren Oberfläche gezielt so angepasst wurde, dass sie unterschiedliche PFAS binden können. Gekoppelt an die Eisenoxid-, also Rost-Partikel, können die PFAS einfach mit einem Magneten aus dem Wasser entfernt werden. Dabei verfolgen die Wissenschaftler/-innen einen breiten Ansatz: Statt sich auf einzelne PFAS-Verbindungen zu konzentrieren, wollten sie eine variable Lösung schaffen, die möglichst viele Materialien dieser vielfältigen Stoffklasse erfassen kann, also magnetische Nanopartikel, die sich gezielt an unterschiedliche Anforderungen der Wasseraufbereitung anpassen können.
Die neue Studie von Haliks Team erweitert die Einsatzmöglichkeiten der magnetischen Wasserreinigung um eine weitere hochrelevante Schadstoffklasse. Die Wissenschaftler/-innen konnten erstmals zeigen, dass sich das zugrunde liegende Prinzip nicht nur für einzelne PFAS-Moleküle, sondern auch für fluorhaltiges Mikroplastik anwenden lässt. Fluorhaltiges Mikroplastik entsteht zum Beispiel als Abrieb beim Waschen von Funktionskleidung oder ist in Kosmetika enthalten.
Der entscheidende Vorteil der Technologie liegt in der maßgeschneiderten Oberflächenchemie der Partikel. Je nach Funktionalisierung besitzen die Eisenoxidpartikel unterschiedliche Eigenschaften: Das in der Studie eingesetzte Material entfernt ein breites Spektrum an PFAS auch zuverlässig aus Wasserproben, die mit vielfältigen Stoffen und Organismen verunreinigt sind – wie Waschlauge oder Flusswasser. Andere Eisenoxid-Nanopartikel, mit denen Haliks Team arbeitete, lassen sich nach der magnetischen Separation regenerieren und mehrfach wiederverwenden. Zudem sind die Eisenoxid Partikel technisch skalierbar und nicht toxisch.
„Unsere Technologie spannt so den Bogen von molekularen Schadstoffen bis hin zu mikroskopischen Partikeln und unterstreicht das Potenzial funktionalisierter Eisenoxid-Nanopartikel als vielseitige und nachhaltige Plattform für die Wasseraufbereitung – inklusive komplex belasteter Wasserproben“, erklärt Professor Halik.
Besonders wichtig war den Forschenden der Nachweis, dass das Verfahren auch außerhalb des Labors funktioniert. Deshalb testete das Team die Technologie an einer real belasteten Trinkwasserquelle, an Flusswasser, an Waschwässern aus der Bodensanierung sowie an Waschwasser von Outdoor-Textilien. Dabei gelang es, die PFAS-Konzentrationen aus einer kontaminierten Trinkwasserquelle um 87 Prozent zu reduzieren und den neuen in Deutschland geltenden Grenzwert von 100 Nanogramm pro Liter zu unterschreiten. Darüber hinaus konnten auch fluorhaltige Mikroplastik erfolgreich magnetisch aus dem Wasser entfernt werden.
Originalpublikation
Johannes Voß, Linda Rockmann, Victoria Meyer, Harald Unterweger, Dominik Bröse, Lukas Heinen, Lukas Müller, Henrik Gaß, René Stein, Laura Sophie Dreyer, Julia Fröhlich, Cristina Velasco-Schön, Christoph Alexiou, Holger Knapp, Marcus Halik,
The magnetic removal of PFAS from water − from molecules to microplastics, Materials Today,Volume 99,2026. https://doi.org/10.1016/j.mattod.2026.103471
Wissenschaftliche Ansprechpartner
Prof. Dr. Marcus Halik
marcus.halik@fau.de
Quelle: Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg
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Wie können Mikroorganismen dauerhaft überleben, wenn Energie und Nährstoffe kaum verfügbar sind? Dieser Frage widmet sich eine neue Übersichtsarbeit von Forschenden der Friedrich-Schiller-Universität Jena und der schwedischen Linnaeus Universität, die in der Fachzeitschrift Nature Microbiology erschienen ist. Darin stellen Prof. Dr. Kirsten Küsel und Prof. Dr. Mark Dopson das Konzept der „mikrobiellen Genügsamkeit“ (microbial frugality) vor. Das neue Rahmenkonzept beschreibt, wie Mikroorganismen unter den extrem energiearmen Bedingungen des Grundwassers bestehen und gleichzeitig wichtige Stoffkreisläufe aufrechterhalten.
In Grundwasserleitern, Gesteinsporen und tiefen Felsspalten existieren riesige mikrobielle Gemeinschaften – ohne Sonnenlicht, mit nur wenigen Nährstoffen und unter Bedingungen am energetischen Limit. Wie diese Organismen dennoch über lange Zeiträume überleben können, fassen Prof. Dr. Kirsten Küsel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Sprecherin des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse“, und Prof. Dr. Mark Dopson von der Linnaeus Universität in ihrer gemeinsamen Übersichtsarbeit zusammen.
Im Mittelpunkt der Veröffentlichung steht das Konzept der „microbial frugality“, der mikrobiellen Genügsamkeit. Es beschreibt evolutionär entstandene Eigenschaften, mit denen Mikroorganismen ihren Energiebedarf auf ein Minimum reduzieren, vorhandene Ressourcen besonders effizient nutzen und auch unter dauerhaftem Energiemangel überleben können.
Für ihre Übersichtsarbeit werteten die Forschenden zahlreiche internationale Studien zu Grundwasserökosystemen aus und führten deren Ergebnisse in einem gemeinsamen konzeptionellen Rahmen zusammen. Dabei zeigte sich, dass Mikroorganismen weltweit vergleichbare Strategien entwickelt haben, um unter anhaltendem Energie- und Nährstoffmangel zu bestehen.
Viele Grundwasser-Mikroorganismen wachsen nur sehr langsam, können flexibel verschiedene Energiequellen nutzen oder gehen enge Stoffwechselpartnerschaften mit anderen Mikroorganismen ein. Zudem verbleiben sie in einem energiesparenden Bereitschaftszustand, der es ihnen ermöglicht, kurzfristig auf Nährstoffeinträge zu reagieren oder gespeicherte Energiereserven zu mobilisieren. Zusammengenommen erlauben diese Anpassungen ein dauerhaftes Leben unter Bedingungen, die lange Zeit als kaum bewohnbar galten.
„Grundwasser-Mikroorganismen leben dauerhaft am energetischen Limit“, erklärt Prof. Küsel. „Unsere Analyse zeigt, dass ihre evolutionären Anpassungen es ihnen ermöglichen, selbst unter chronischem Energiemangel über sehr lange Zeiträume aktiv zu bleiben. Dieses Prinzip beschreiben wir als mikrobielle Genügsamkeit.“
Die Bedeutung der Ergebnisse reicht weit über die Mikrobiologie hinaus. Grundwasser ist das größte Reservoir flüssigen Süßwassers der Erde und versorgt weltweit Milliarden Menschen mit Trinkwasser. Gleichzeitig beeinflussen die dort lebenden Mikroorganismen zentrale Stoffkreisläufe, indem sie Kohlenstoff binden, Methan abbauen und Umsetzungen von Stickstoff-, Schwefel- und Eisenverbindungen steuern. Damit leisten sie einen wichtigen Beitrag zur chemischen Stabilität von Grundwasserökosystemen und zur Regulierung klimarelevanter Gase.
Nach Einschätzung der Autoren bildet das neue Rahmenkonzept eine wichtige Grundlage, um die Rolle des Grundwassers in globalen Stoffkreisläufen, für die Wasserqualität und im Klimasystem künftig besser zu verstehen.
„Diese Mikroorganismen gehören zu den verborgensten, aber zugleich wichtigsten Akteuren der Erde“, sagt Küsel. „Wer die Zukunft unserer Grundwasserressourcen verstehen und schützen möchte, muss auch die Lebensgemeinschaften berücksichtigen, die tief im Untergrund unter dauerhaftem Energiemangel existieren.“
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