Jahrbuchbeiträge
2023
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Rätselhafte Rekombination
2023 Odenthal-Hesse, LindaNeues Leben entsteht nur, wenn zwei gesunde Keimzellen miteinander verschmelzen. Der für die Keimzellenbildung wichtige Prozess der meiotischen Zellteilung ist jedoch häufig fehlerhaft oder sogar nicht funktionsfähig, was zu Fehlgeburten und Unfruchtbarkeit führt. Trotz der zentralen Bedeutung der Keimzellen sind die zellulären Mechanismen, durch die sie gebildet werden, noch nicht erforscht und bleiben rätselhaft. Unser Ziel ist es zu verstehen, wie die zentralen Prozesse der meiotischen Rekombination gesteuert werden und die genetischen und epigenetischen Akteure aufzudecken.
2022
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Mikrobielle Interaktionen im Blatt der Weizenpflanze
2022 Stukenbrock, Eva H.Pflanzen werden von sehr unterschiedlichen mikrobiellen Gemeinschaften besiedelt. Unter den Mikroben gibt es solche, die wachstumshemmende Eigenschaften gegenüber pilzlichen und anderen Krankheitserregern aufweisen. Pilzliche Krankheitserreger wiederum schaffen es, antibakterielle Substanzen zu produzieren, die die pflanzlichen Mikrobiota manipulieren können.
2021
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Eingebettet in das Bakteriengenom befinden sich uralte Replikatoren
2021 Bertels, Frederic; Rainey, PaulSelbstreplizierende Gene sind in Genomen nicht ungewöhnlich. Das menschliche Genom besteht zu mehr als 50% aus diesen Genen. Während es sich beim Menschen jedoch um molekulare Parasiten handelt, haben wir in Bakterien selbstreplizierende Gensequenzen identifiziert, die eine Symbiose mit dem Wirtsbakterium bilden, also einen Nutzen bringen. Faszinierend ist nicht nur, dass eine Generation in diesen Populationen mehrere 1000 Jahre dauert, sondern, dass wir Konflikte zwischen der Bakterium- und Sequenzpopulation beobachten, die Konflikten zwischen einem Organismus und einzelnen Zellen ähneln.
2020
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Populationsgenetische Modelle für die Evolution von Antibiotikaresistenz
2020 Uecker, Hildegard; Santer, MarioWie werden Bakterien resistent gegen Antibiotika? Eine wichtige Rolle spielt oft Extra-DNA, sogenannte Plasmide, die Bakterien zusätzlich zum Chromosom tragen. Auch Plasmide werden an die Tochterzellen vererbt, allerdings nicht akkurat, sondern mit einiger Zufälligkeit. Stochastische Modelle können den Vererbungsprozess über viele Generationen hinweg elegant beschreiben und damit zu einem klaren Bild der Dynamik von Plasmid-kodierten Genen, etwa Resistenzgenen, beitragen. Dies ist die Basis, um die Evolution von Bakterien beeinflussen und die Entstehung von Resistenzen verhindern zu können.
2019
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Mathematische Modelle für Lebenszyklen einfacher Organismen
2019 Traulsen, Arne; Pichugin, YuriySchon bei einfachen Lebewesen kann man eine faszinierende Vielfalt von zellulären Gemeinschaften finden, von kettenbildenden Bakterien bis zur Bildung und koordinierten Auflösung von großen Kolonien. Woher kommt diese Vielfalt? Und gibt es fundamentale Regeln für diese Vielfalt? Allgemeine Aussagen dazu kann man mit mathematischen Modellen machen: Auch ohne detailliertes Wissen über die Biologie von Lebewesen kann man so die theoretisch möglichen Lebenszyklen verstehen und die Bedingungen für die Entstehung von einfachen Lebenszyklen identifizieren.
2018
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Das Ausloten der Grenzen evolutionärer Vorhersagen
2018 Rainey, Paul B.Experimente im Labor und mit Wildpopulationen zeigen, dass Evolution wiederholbar und vorhersagbar ist und demnach Regeln folgen könnte. Die Arbeit mit experimentellen Bakterienpopulationen lässt vermuten, dass dabei entscheidend ist, wie der Genotyp eines Organismus‘ in einen Phänotyp umgesetzt wird. Dank mathematischer Modelle und experimenteller Evolution können Prognosen über Mutationen bis hin zu neuen adaptiven Phänotypen gemacht werden. Dabei interessiert uns, wie Mutationsraten, die sich je nach Position unterscheiden, und unterschiedliche Umwelten auf diese Prognosen auswirken.
2017
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Evolution von Genen aus Zufallssequenzen
2017 Tautz, DiethardWie entstehen in der Evolution neue Gene? Lange nahm man an, dass dies nur durch Duplikation und Rekombination existierender Gene möglich ist. Ein Evolutionsexperiment zeigt nun, dass ein großer Teil zufällig zusammengesetzter Proteine das Wachstum von Zellen positiv oder negativ beeinflussen kann. Mit diesem Ergebnis lässt sich erklären, wie Gene auch aus nicht-kodierender DNA im Genom entstehen können. Gleichzeitig eröffnet sich damit eine praktisch unerschöpfliche Quelle für neue bioaktive Moleküle für pharmakologische und biotechnologische Anwendungen.
2016
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Zugvogelgenetik – wie finden Vögel ihren Weg?
2016 Liedvogel, MiriamZugvögel fliegen auf ihrer Reise zielgenau über tausende von Kilometern, oft über Kontinente hinweg, in ein Überwinterungsgebiet, in dem sie noch nie zuvor gewesen sind. Und das ohne die Hilfe ihrer Eltern, dafür aber mit bewundernswerter Genauigkeit. Wie schaffen sie das? Züchtungsversuche haben gezeigt, dass die Zugrichtung und das Zeitprogramm des Vogelzugs eine genetische Grundlage haben. Der Vogel weiß also, wann er wie lange in welche Richtung fliegen muss, um rechtzeitig im Winter in wärmeren Gefilden zu landen. Wir möchten verstehen, welche Gene hierbei eine Rolle spielen.
2015
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Wie man durch Modelle die Entstehung des Erbguts und die Bildung von Arten beschreiben kann
2015 Dutheil, Julien Y.Ein Modell zu erstellen, in dem die Entwicklung des gesamten Genoms einer Population unter Berücksichtigung von Rekombinationen und Mutationen abgebildet wird, ist eine Herausforderung. Daher sind neuartige Modelle entwickelt worden, in denen Vereinfachungen der Koaleszenztheorie eingebaut sind. Sie lassen den Prozess der Artenbildung, auch der unsrigen Art vor etwa sechs Millionen Jahren, in neuem Licht erscheinen. Um die Modelle aber auf eine Vielzahl von Organismen anwenden zu können, müssen sie komplexe demografische Entwicklungen mit unterschiedlichen Genomregionen verbinden können.
2014
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Phylogenien aus Genomsequenzen berechnen
2014 Haubold, BernhardDie Berechnung von Stammbäumen (Phylogenien) ist eine der beliebtesten Anwendungen der Bioinformatik. Dazu werden evolutionäre Abstände zwischen Nukleotid- oder Aminosäuresequenzen geschätzt und daraus die Phylogenie rekonstruiert. Allerdings ist die Abstandsschätzung zwischen langen Sequenzen aufwändig. Daher wurde eine neue Methode zur ultra-schnellen Berechnung von Abständen zwischen Genomen entwickelt.
2013
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Hybridisierung als Evolutionsmotor
2013 Nolte, Arne W.Hybride faszinieren Biologen schon lange Zeit. Die mögliche Rolle, die solche Mischlinge für evolutionäre Prozesse spielen, wird zunehmend als wichtig eingeschätzt. So wie Kreuzungen in der Tier- und Pflanzenzüchtung zur Zucht neuer Varianten dienen, können natürliche Hybride Neuheiten besitzen, die ihnen entscheidende Vorteile in evolutionären Prozessen geben. Durch die Kombination von Kreuzungsexperimenten und der Suche von neuen Merkmalen erforschen Wissenschaftler/innen am Institut, ob neue Merkmale in Hybriden eine Rolle für die Anpassung an neue Lebensräume spielen.
2012
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Wann rasche Evolution eine Rolle spielt
2012 Becks, LutzIn den letzten Jahren hat sich gezeigt, dass Evolution innerhalb von wenigen Generationen stattfinden kann. Die Erkenntnis ist nicht nur für Evolutionsbiologen wichtig, sondern auch für Ökologen, da rasche Evolution auf ökologischen Zeitskalen stattfindet und die beiden Prozesse dadurch unmittelbar miteinander verwoben sind. Durch die Kombination von Laborversuchen, mathematischen Modellen und genomischen Analysen untersuchen Wissenschaftler am MPI für Evolutionsbiologie, welche Auswirkungen diese gemeinsamen Zeitskalen auf unser Verständnis von ökologischen und evolutionären Prozessen haben.
2011
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Wie und warum entwickelt sich der komplexe Lebenszyklus von einfachen Hefen?
2011 Greig, DuncanDie Hefe Saccharomyces cerevisiae ist ein Modellorganismus für evolutionäre Experimente. Sie wächst schnell zu großen Populationen heran, hat einen interessanten Lebenszyklus mit sexuellen und asexuellen Stadien und ist ein sehr gut untersuchter Modellorganismus im Labor. Allerdings ist erstaunlich wenig über die natürlichen Lebensbedingungen der Hefe bekannt. Durch die Erforschung von S. paradoxus, eng verwandt mit S. cerevisiae, in seiner natürlichen Umgebung und unter Laborbedingungen, kann man mehr darüber erfahren, wie und warum einzelne Elemente des Lebenszyklus entstanden sind.
2010
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Die Koevolution zwischen Wirt und Darmbakterien
2010 Baines, John F.Die biomedizinische Forschung im letzten Jahrzehnt hat hervorgehoben, wie wichtig die Bakteriengemeinschaften in unserem Darm sind. Durch das schnell wachsende Feld der Metagenomik ist es möglich geworden, genetisches Material direkt aus seiner natürlichen Umgebung zu erforschen. Viele Blutgruppenantigene werden im Darm exprimiert und nehmen Einfluss auf die dort angesiedelten Bakterien. Die derzeitige Forschung der Evolutionsgenetiker am MPI in Plön konzentriert sich auf die mit einer Blutgruppe assoziierte Glykosyltransferase B4galnt2.
2009
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Die Optimierung des Immunsystems durch natürliche und sexuelle Selektion
2009 Lenz, Tobias; Kalbe, MartinEines der großen Rätsel der Evolutionsbiologie ist noch immer die weite Verbreitung von sexueller Fortpflanzung. Eine Schlüsselrolle bei der Entstehung und Erhaltung der sexuellen Fortpflanzung wird in der dynamischen Ko-Evolution von Parasiten und ihren Wirten vermutet. Mit Hilfe von Labor- und Freilandversuchen am dreistachligen Stichling können Schlüsse auf die Bedeutung von parasitenbedingter natürlicher und sexueller Selektion auf Reproduktionserfolg und somit auf die Darwin’sche Fitness gezogen werden und folglich die Evolution von sexueller Fortpflanzung besser verstanden werden.
2008
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Die Suche nach den genetischen Grundlagen der evolutionären Anpassung
2008 Tautz, DiethardSystematische Analysen, die die molekularen Mechanismen evolutionärer Anpassungen aufdecken können, sind erst seit kurzem möglich. Wissenschaftler am MPI für Evolutionsbiologie fokussieren solche Analysen auf natürliche Populationen der Hausmaus (Mus musculus). Dabei wird das Genom nach Signaturen durchsucht, die auf neue Anpassungen hindeuten. Erste Ergebnisse zeigen, dass diese viel häufiger gefunden werden können als bisher vermutet. Es besteht damit die Hoffnung, dass Experimente möglich werden, in denen natürliche Evolution von Mauspopulationen in Echtzeit beobachtet werden kann.
2007
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Der schnellste Pfad der Evolution
2007 Traulsen, ArneBei der Evolution einer Population sammeln sich nach und nach vorteilhafte Mutationen an. Dabei erhöht sich die Fitness der Population, bis sich alle vorteilhaften Mutationen durchgesetzt haben. Unter welchen Umständen läuft dieser Prozess am schnellsten ab? Mathematisch lässt sich zeigen, dass es für geringe Mutationsraten optimal ist, wenn die Fitness exponentiell ansteigt. Wenn die Mutationsraten sehr hoch sind, dann ist der Prozess schneller, wenn die Fitness nur im letzten Schritt stark ansteigt.
2006
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Diversität und nachhaltige Nutzung amazonischer Überschwemmungswälder
2006 Schöngart, Jochen; Wittmann, Florian; Junk, Wolfgang J.Amazonische Überschwemmungswälder sind aufgrund der leichten Zugänglichkeit, der nährstoffreichen Böden und reichhaltigen natürlichen Ressourcen im besonderen Maβe bedroht. Das Wissen über Diversität, Dynamik und Baumwachstum und deren Beziehung zu Umweltfaktoren ist Grundlage für die Entwicklung nachhaltiger Managementkonzepte, welche die vielfältigen Wirkungen der Wälder unter gleichzeitiger Versorgung der lokalen Bevölkerung mit natürlichen Ressourcen gewährleisten.
2005
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Stabile Isotope: neue Möglichkeiten der Analyse von Nahrungsnetzen
2005 Harrod, Chris; Lampert, WinfriedStabile Isotope, vor allem von Stickstoff und Kohlenstoff, sind ein neues Hilfsmittel, um die Struktur von Nahrungsnetzen in aquatischen Ökosystemen zu erforschen. Diese Isotope werden auf charakteristische Weise angereichert, wenn organisches Material von einer Nahrungskettenstufe zur anderen weitergegeben wird. Über die Isotopen-Zusammensetzung eines Organismus lässt sich auch die Herkunft der Ressourcen ermitteln. Wissenschaftler der Abteilung Ökophysiologie am Max-Planck-Institut für Limnologie konnten mit dieser Methode zeigen, wie Kohlenstoff aus Methan, im Seesediment gebildet, über Bakterien und Mückenlarven schließlich in Spinnen außerhalb des Gewässers ankommt. Außerdem gelang es nachzuweisen, dass Fische der gleichen Art, die sich morphologisch unterscheiden, auf verschiedene Lebensräume und Nahrungsressourcen in einem See spezialisiert sind.
2004
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Genetisch diverse Populationen trotzen dem Klimawandel – experimentelle Erkenntnisse aus Seegraswiesen
2004 Reusch, ThorstenWährend eine positive Rolle von Artendiversität auf Ökosystemleistungen gut belegt ist, ist die Funktion genetischer Vielfalt einzelner Arten experimentell weitgehend ungeklärt. Viele hochproduktive aquatische Pflanzengemeinschaften bestehen natürlicherweise aus wenigen oder nur einer Art. Um dieses Paradox zu klären, manipulierten Wissenschaftler des MPI für Limnologie in einem Freilandexperiment die genotypische Vielfalt des Großen Seegrases Zostera marina. Das Experiment fand im Jahr 2003 in der Ostsee statt. Während einer langen Hitzewelle erreichten die Wassertemperaturen über 25°C und führten zu erheblicher Hitzestress-Mortalität bei Flachwasseroganismen. Solche Bedingungen können als Modell für vorhergesagte Klimaänderungen (‚global change’) dienen. Nach der Hitzewelle erholten sich genetisch diverse Seegrasflächen schneller und wiesen am Ende der Wachstumssaison eine höhere Biomasse sowie höhere Häufigkeiten von seegrasbewohnenden Invertebraten auf als genetische Monokulturen. Die positiven Effekte genetischer Diversität waren dabei auf echte Diversitätseffekte (Komplementarität) und nicht auf die Dominanz einzelner besonders widerstandsfähiger Genotypen zurückzuführen. Diese Erkenntnisse unterstützen nachdrücklich, dass nicht nur Artenvielfalt, sondern auch genetische Vielfalt innerhalb von Arten geschützt werden sollte. Für genotypische Diversität konnte eine analoge Rolle zur Arten-Diversität nachgewiesen werden. Damit kann die Funktion genetischer Diversität in bestehende ökologische Theorien zur Funktion von Artenvielfalt eingebettet werden.
2003
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Reputation zahlt sich aus und löst Kooperationsprobleme
2003 Milinski, ManfredViele Probleme der menschlichen Gesellschaft, wie beispielsweise die Überfischung der Meere oder das globale Klimadilemma, sind Kooperationsprobleme. Wenn Personen, Gruppen oder Staaten frei sind, gemeinschaftlich genutzte Ressourcen im Übermaß zu nutzen, dann tun sie das in der Regel auch. So sind Gemeinschaftsgüter in Gefahr zusammenzubrechen; dies betrifft Krankenversicherungssysteme ebenso wie Fischpopulationen oder möglicherweise unser Klima. Dieses als "Tragedy of the Commons" [1] bekannte Problem wird von Sozial-, Politik- und Wirtschaftswissenschaftlern seit Jahrzehnten und von Evolutionsbiologen neuerdings intensiv untersucht. Doch außer der Möglichkeit, Nicht-Kooperationsbereite direkt zu bestrafen [2], hat man bisher noch keine kooperative Lösung der "Tragedy of the Commons" gefunden. Wissenschaftler der Abteilung "Evolutionsökologie" im Max-Planck-Institut in Plön zeigten nun, dass eine unerwartet effiziente Lösung des Problems erreicht werden kann, wenn die für andere soziale Situationen wichtige persönliche Reputation, der gute Ruf, auf dem Spiel steht: Gelingt diese Verknüpfung, bleibt die Gemeinschaftsressource nicht nur erhalten, sondern wirft sogar für alle Nutzer hohen Gewinn ab [3].