Biologie in unserer Zeit (BiuZ - E-Journal)
Not a member yet
520 research outputs found
Sort by
Von Zellbiologie bis CRISPR/Cas – neues Wissen für die Schule
No full textIm Gläsernen Labor auf dem Forschungscampus Berlin-Buch können Schüler/-innen und Lehrkräfte tief in die Naturwissenschaften eintauchen. In diesem Jahr feiert die Einrichtung ihr 25-jähriges Bestehen
The hidden immune system of our microbiome:
No full textDas menschliche Mikrobiom liefert interessante und medizinisch wichtige Einblicke in die Interaktionen zwischen Menschen und Mikroorganismen. Eine weitere Ebene ist die Interaktion zwischen den Bakterien des Mikrobioms mit seinen Parasiten, den Bakteriophagen. Die Metagenomik erlaubt es, über umfangreiche Sequenzdaten diese Interaktionen und ihre Dynamik zu analysieren. Dazu wurden CRISPR-Cas-Systeme aus Metagenomen bioinformatisch untersucht. Anhand der spacer-Sequenzen in CRISPR-Arrays können sowohl Phagenpopulationen verschiedener Habitate in und auf menschlichen Individuen bestimmt als auch dominante CRISPR-Cas-Systeme identifiziert werden.The human microbiome provides interesting and medically important insights into the interactions between humans and microorganisms. Another level is the interaction between the bacteria of the microbiome with their parasites, the bacteriophages. Metagenomics allows researchers to analyze these interactions and their dynamics using extensive sequence data. For this purpose, CRISPR-Cas systems from metagenomes have been bioinformatically analyzed. The spacer sequences in CRISPR arrays can be used for determining phage populations of different habitats in and on human individuals as well as for identifying dominant CRISPR-Cas systems
Die Große Erdhummel – eine kryptische Charakterart großer Heidelandschaften
Get PDFWeil die Bestimmung von Erdhummeln im Feld in vielen Fällen nicht sicher gelingt, wird die Große Erdhummel (Bombus magnus) in der Literatur oft eher zurückhaltend behandelt. Bei näherer Betrachtung in ausgedehnten Heidegebieten im nördlichen Brandenburg hat sie sich jedoch als wertgebende Art dieser Lebensräume erwiesen. Ihre Identifizierung ist an Hand von Individuen mit guter Merkmalsausprägung sogar leicht möglich, so dass es sich auch bei der Bewertung von Schutzgebieten sehr lohnt, auf diese prächtig gefärbte Art zu achten
Unexpected diversity in the reproduction behaviour of Calluna vulgaris:
No full textDie auf Drohnenaufnahmen basierten KI-Algorithmen ermöglichen es erstmalig, quantitative Aussagen über das Reproduktionsverhaltens von Calluna vulgaris auf Populationsebene räumlich explizit über mehrere Reproduktionsphasen und individuenspezifisch für eine große Individuenzahl abzuleiten. Die daraus extrahierten Muster geben überraschende Einsichten in die Variabilität der Blühphänologie von Populationen. So gibt es innerhalb einer Population immer ein Wechselspiel zwischen stark und schwach blühenden Pflanzen. Deren räumliche Konfiguration liefert keine erkennbaren Muster und deren zeitliche Ausprägung ist zwischen den Jahren nicht konstant. Zwar reagiert eine Calluna-Population auf sich verändernde Bedingungen mit einem Medianverhalten, d. h. eine Population blüht im Median mehr oder weniger, doch lassen sich daraus keine Rückschlüsse auf das individuelle Blühverhalten ziehen.Noch können wir das komplexe Zusammenspiel von biotischen und abiotischen Faktoren nicht zu einem vollständigen Bild über die Regulierungsmechanismen in Pflanzenpopulationen zusammensetzen. Der Einsatz von Drohnen wird uns zukünftig jedoch erlauben, weitere Informationen und neues Wissen über ökologische Zusammenhänge – insbesondere über die Funktionsweise von komplexen individuellen Interaktionen im Reich der Blütenpflanzen und deren Auswirkungen auf bestäubende Insekten – zu generieren. Dabei werden neue Auswerteverfahren entwickelt, die eine Vielzahl anderer Pflanzeneigenschaften abbilden und in den Kontext von Populationsdynamiken stellen können, damit der langfristige Schutz und die Entwicklung natürlicher Lebensräume wissensbasiert umgesetzt werden können.For the first time, AI algorithms based on drone imagery allow us to deduce quantitative statements on the reproductive behaviour of Calluna vulgaris individuals at the population level – especially with regard to their spatial distribution at several reproductive phases – which can be done individual-specifically for a large number of individuals. The patterns thus extracted provide surprising insights into the variability of the flowering phenology of populations. For example, there is always an interplay within a population between profusely and weakly flowering individuals. However, their spatial configuration does not provide any recognizable patterns and its temporal appearance between the years does not remain constant. Even though a Calluna population reacts to changing environmental conditions with a median behaviour, i. e. a population flowers a lot or a little on average, no conclusions can be drawn from this as to the individual flowering behaviour. We are still unable to piece together the complex interplay of biotic and abiotic factors to draw a complete picture of the regulatory mechanisms in plant populations. In the future, the use of drones will allow us to generate further information and new knowledge about ecological relationships – in particular about the functioning of complex individual interactions in the realm of flowering plants and their effects on pollinating insects. At the same time, new AI-based evaluation methods are being developed that can map a variety of other plant characteristics and place them in the context of population dynamics so that – based on knowledge – the long-term protection and the development of natural habitats can be implemented
Sex and gender: A biological perspective:
No full textDer gesellschaftliche Fortschritt schafft ein zunehmend offeneres Umfeld für Menschen, die sich weder als Frau noch als Mann verstehen. Im Rahmen dieser gesellschaftlichen Entwicklung wird aber auch die biologische Zweigeschlechtlichkeit zunehmend in Frage gestellt. Diese Sichtweise widerspricht grundlegenden biologischen Erkenntnissen. Obwohl wir gesellschaftliche Bemühungen zur Schaffung eines respektvollen Umfelds für genderdiverse Menschen vollumfänglich unterstützen, bedeutet dies nicht, dass dafür gesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse geleugnet werden müssen. Wir zeigen hier die häufigsten Missverständnisse auf, die zur Leugnung des biologischen Geschlechts führen, das letztendlich eine Grundlage für die Vielfalt des Lebens ist. Der Mensch mit seiner einzigartigen Kombination aus biologischem Geschlecht und sozialem Gender unterscheidet sich in dieser Hinsicht von Tieren und Pflanzen. Die Leugnung der Zweigeschlechtlichkeit, aus welch noblen Beweggründen auch immer, widerspricht der wissenschaftlichen Evidenz und steht in einer Reihe mit der Behauptung, die Sonne drehe sich um die Erde.Progress in society is creating an increasingly open environment for people who consider themselves as neither female nor male. However, as part of this development, biological bisexuality is increasingly queried. This view contradicts fundamental biological facts. While we fully endorse social efforts to create a more inclusive environment for genderdiverse people, this does not mean that in return reliable scientific findings have to be denied. Here we highlight the most common misconceptions that lead to the denial of biological sex, which is – all things considered – a basis for the diversity of life. Humans with their unique combination of biological sex and gender are different from non-human animals and plants in this respect. Denying the concept of biological sex ultimately undermines scientific evidence and is on par with the claim that the sun revolves around the earth
Experiments on the upswing – how practical examination tasks improve biology teaching:
No full textUm wissenschaftspropädeutische Kompetenzen differenzierter in der Abiturprüfung ansteuern zu können, sind experimentelle Aufgabenstellungen seit 2022 fester Bestandteil der Abiturklausuren im Fach Biologie. Unsere Beobachtungen zeigen, dass Schüler/-innen unter Prüfungsbedingungen selbst geplante Experimente sicher durchführen und deuten können. Gleichwohl zeichnen sich Entwicklungspotenziale zur Behebung von Defiziten bei der Berücksichtigung des Variablengefüges oder der Fehlerdiskussion ab. Für Lehrkräfte stellen das Identifizieren, Dokumentieren und Bewerten von praktischen Tätigkeiten in einer Prüfung zum einen eine logistische Herausforderung dar. Zum anderen geben vor allem jüngere Lehrkräfte an, im Studium nur unzureichend in die fachtypischen Arbeitsweisen eingeführt worden zu sein. Insgesamt trägt die Erweiterung des Prüfungsformats dazu bei, dass fachgemäßen Denk- und Arbeitsweisen wieder eine größere Bedeutung im Unterricht zukommt.In order to be able to address scientific propaedeutic skills in a more differentiated way in the Abitur examination, experimental tasks have been a fixed component of the Abitur examinations in biology since 2022. Our observations show that students can confidently carry out and interpret selfplanned experiments under examination conditions. Nevertheless, there is potential for development to remedy deficits in the consideration of the structure of variables or the discussion of errors. On the one hand, identifying, documenting and evaluating practical activities in an examination is a logistical challenge for teachers. On the other hand, younger teachers in particular state that they were insufficiently introduced to typical subject-specific working methods during their studies. On the whole, the expansion of the examination format helps to ensure that subject-specific ways of thinking and working will take on greater importance in lessons again
Using CRISPR-dCas9-based methods in living and fixed plant cells: Making genomic sequences visible:
No full textEnzymatisch inaktives dCas9 kann – mit entsprechenden gRNAs – eingesetzt werden, um spezifische Sequenzen in mikroskopischen Präparaten in situ anzufärben. Dazu kann dCas9 direkt mit GFP gekoppelt, die sgRNA mit einem Fluorophor beladen oder über ein Aptamer in der gRNA GFP gebunden werden. Ein großer Vorteil der Methodik ist, dass Beobachtungen in vivo vorgenommen werden und so auch die Dynamik der markierten Sequenzen im Zellkern beobachtet werden kann. Mit Hilfe von CID (chromogener in-situ-Detektion) kann die Methode auch ohne teures Fluoreszenzmikroskop z. B. an Schulen durchgeführt werden.Enzymatically inactive dCas9 can be used with corresponding gRNAs to stain specific sequences in microscopic preparations in situ. For this purpose, dCas9 can be coupled directly with GFP, the sgRNA can be loaded with a fluorophore or bound to GFP via an aptamer in the gRNA. A major advantage of the method is that observations can be made in vivo and thus the dynamics of the labelled sequences in the cell nucleus can also be observed. With the help of CID (chromogenic in situ detection), the method can also be carried out without an expensive fluorescence microscope, e. g. in schools
Genetic engineering and ethics:
No full textGentechnik, vor allem die grüne Gentechnik, ist in Deutschland sehr umstritten. In der ethischen Diskussion kann man zwischen deontologischen und teleologischen Argumenten unterscheiden. Erstere beinhalten intrinsische Argumente, die Gentechnik „in sich“ kategorisch ablehnen, wie bspw. Natürlichkeit von Organismen, Integrität von Genomen, Artüberschreitung oder Technizismus. Bei zweiteren stehen Folgen wie Risiken und Chancen von gentechnischen Anwendungen im Mittelpunkt. Um zu einer ethischen Entscheidung zu kommen, können verschiedene Moraltheorien, Werte und Prinzipien diskutiert werden.Genetic engineering, particularly green genetic engineering, is highly controversial in Germany. In the ethical debate, one can distinguish between deontological and teleological arguments. The former include intrinsic arguments that categorically reject genetic engineering “in itself”, such as the naturalness of organisms, the integrity of genomes, transgression of species boundaries, or technicism. The latter focus on the consequences, such as the risks and opportunities of genetic engineering applications. To reach an ethical decision, various moral theories, values, and principles can be discussed
The evolution of the CRISPR array in bacteria:
No full textBakterien beherbergen ein erstaunliches Immunsystem, das mit einem vererbbaren Gedächtnis, dem CRISPR-Array ausgerüstet ist. Dieser Array gewinnt neue Sequenzen, sogenannte spacer, die mit Sequenzen invasiver Phagen korrespondieren. Deshalb erlaubt der Array Rückschlüsse auf die zeitliche Abfolge von Phageninfektionen. Da der Array als Teil der DNA nicht unbegrenzt wachsen kann, müssen auch wieder spacer verlorengehen. Während der Mechanismus des spacer-Erwerbs recht gut verstanden ist, weiß man wenig darüber, wie spacer eliminiert werden. Die Untersuchung des Arrays erfordert jedoch neue mathematische Modelle, die Hinweise darauf geben, wie diese Vorgänge stattfinden.Bacteria harbour a remarkable immune system with an inheritable memory known as the CRISPR array as part of their DNA. This array acquires new segments - so called “spacers” – which correspond to segments of invasive phages. Thus, the array allows to infer a chronological sequence of infections by bacteriophages. However, being a part of bacterial DNA, the array cannot grow indefinitely and therefore spacers must get lost again. Whereas the mechanism of spacer acquisition is fairly well understood, little is known about how spacers are deleted. However, studying the array requires new mathematical models that provide new clues as to how these processes take place
City trees for the next but one generation:
No full textDurch die Auswirkungen des Klimawandels – besonders durch höhere Temperaturen – geraten viele einheimische Baumarten innerhalb der nächsten 75 Jahre voraussichtlich an den Rand ihrer Existenzmöglichkeiten. Der Baumstandort in der Stadt stellt eine zusätzliche Herausforderung dar, der durch menschliche Aktivitäten negativ wie auch positiv beeinflusst werden kann. Besonders die Wasserverfügbarkeit kann durch gärtnerische Maßnahmen und intelligente Profilierung von Geländeoberflächen gefördert werden. Vegetation und Vegetationszonen werden sich verändern. Mit gebietseinheimischen Genotypen und natürlicher Migration hitzeverträglicher Arten alleine lassen sich die anstehenden Probleme nicht lösen. In der Stadt werden vitale Bäume benötigt, die zugleich Schatten und Kühlung spenden. Lösungsansätze sind die vielfältige Anpflanzung hitzeresistenter Genotypen einheimischer Arten, submediterraner Arten aus Süd- und Südosteuropa (Assisted Migration) sowie klimatoleranter Arten von anderen Kontinenten. Es wird davon ausgegangen, dass sich diese Arten in Mitteleuropa etablieren werden. Das erweiterte Artenspektrum ist angesichts einer durch die Eiszeiten verarmten einheimischen Gehölzflora für urbane Räume erstrebenswert und gut!The effects of climate change – particularly heat – are likely to push many indigenous tree species to the edge of their existence within the next 75 years. Ecological conditions of urban sites represent an additional challenge for trees. Human activities can intensify, but also alleviate them. Tree maintenance measures and intelligent profiling of soil surfaces in particular can promote water availability. Vegetation and vegetation zones will change. The variance of native genotypes and the natural migration of more heat-tolerant tree species alone will not solve our future problems. In cities, vital trees are necessary to provide shade and cooling. Possible solutions include the planting of diverse heat-resistant genotypes of indigenous species, of new, Sub-Mediterranean species from Southern and Southeastern Europe (assisted migration) and of climate-tolerant species from other continents. It is likely that these species will establish in the future. In view of the Central European woody flora that has been largely impoverished by the ice ages, a species-richer urban tree vegetation is desirable and good