Biologie in unserer Zeit (BiuZ - E-Journal)
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The navigation system of birds – part 2:
No full textIm ersten Teil dieses Beitrags haben wir aufgezeigt, welche Kompassmechanismen Vögel für die Navigation nutzen. Für die Bestimmung der Richtung zum Ziel im Heimbereich können sich junge Vögel zunächst spontan auf Weginformation verlassen, indem sie die Richtung des Hinwegs registrieren und Richtungsänderungen integrieren; die Umkehr dieser Richtung ergibt die Heimrichtung. Der erste Zug junger Zugvögel ins noch unbekannte Winterquartier wird durch ein angeborenes Zugprogramm gesteuert, das die Richtung und – über die Dauer des Zuges – die Entfernung vorgibt. Diese Mechanismen erlauben es den Vögeln, eine Navigationskarte aufzubauen, indem sie die räumliche Verteilung von Umweltgradienten erlernen. Durch Vergleich der lokalen Werte dieser Faktoren mit den Werten des Zielorts können sie den Kurs zum Ziel bestimmen. Die Navigationskarte wird von erfahrenen Vögeln bevorzugt benutzt, denn sie erlaubt mehr Flexibilität und bietet mehr Sicherheit als die angeborenen Mechanismen.In the first part of this article we have shown which types of compass systems birds use for navigation. For determining the course to the goal, young birds can rely on information gathered en route during the outward journey by recording the direction, integrating twists and turns and reversing this direction to obtain the course towards home. The first migration of young migrants is controlled by an innate migratory program that indicates the direction and – by the duration of migration – also the distance. These spontaneous mechanisms allow birds to establish a ‘navigational map’ by familiarizing themselves with the spatial distribution of environmental gradients. By comparing the local values of these factors with the remembered ones of the goal they can determine the course to the goal. Experienced birds preferably use the navigational map because it allows more flexibility and provides more security than the innate mechanisms
Genome editing for more sustainability:
No full textDie Produktion von Nahrungsmitteln belastet wie keine andere menschliche Aktivität die planetaren Grenzen. Emission von Klimagasen wie Methan, von Stickstoff und Phosphor, der Frischwasserverbrauch oder die Bedrohung der Biodiversität gehen zum Teil schon jetzt über diese Grenzen hinaus. Landwirtschaft muss dringend nachhaltiger werden, gleichzeitig jedoch eine Steigerung der Produktion möglichst gesunder Nahrungsmittel erreichen. Damit dies global gelingen kann, ist eine nachhaltige Intensivierung essentiell, die sich auf eine sinnvolle Kombination aller verfügbaren Werkzeuge und Maßnahmen stützt. Zu diesen müssen Innovationen in der Pflanzenzüchtung gehören. Deren Potenzial hat schon die Errungenschaften der letzten Jahrzehnte mit ermöglicht, und dank neuer Züchtungsmethoden wie der Genomeditierung können heute viele Limitationen der klassischen Züchtung überwunden werden. Genetische Variation kann wissensbasiert erzeugt und genutzt werden, um nachhaltiger bessere Nahrungsmittel zu produzieren.Among all human activities, food production causes the largest strain on planetary boundaries. Emission of greenhouse gases such as methane, release of nitrogen and phosphorus, freshwater usage and the threat to biodiversity are in part already exceeding those boundaries. Agriculture needs to become more sustainable, yet at the same time it has to achieve increases in the production of healthy food. Globally, this can only be accomplished by sustainable intensification, using a smart mix of measures and tools. Among those, innovations in plant breeding have to play a key role. Their potential enabled many of the achievements in past decades. Novel breeding techniques such as genome editing can help overcome many of the limitations inherent to plant breeding. Based on knowledge, genetic variation can be precisely generated and used to produce healthier food in a more sustainable way
Kontaktsperre für SARS-CoV-2
Get PDFDie Infektiosität des SARS-CoV-2-Virus mit einer Basisreproduktionszahl von 3,3 bis 3,8 und eine hohe Dunkelziffer symptomlos Infizierter erschweren die Prävention. Daher sind Wirkstoffe gefragt, die eine (Re-)Infektion der Schleimhaut im Initialstadium der Infektion blockieren, um schweren Verläufen von COVID-19 mit intensivmedizinischem Behandlungsbedarf vorzubeugen
Auf den Spuren großer Naturforscher
Get PDFParis, die Hauptstadt der Französischen Republik, Sitz des Staatspräsidenten, der Regierung und der beiden Kammern des französischen Parlaments mit über zwei Millionen Einwohnern hat nicht nur für Kunstinteressierte kulturhistorisch einiges zu bieten, sonderrn eignet sich auch für eine Exkursion mit biologischem bzw. naturhistorischem Hintergrund. Von den zahlreichen Entdeckungsmöglichkeiten seien nachfolgend zwei Beispiele herausgegriffen, die einen „Kurztripp“ an die Seine bei jeder Witterung zu einem Naturerlebnis machen können
The impact of Fast Food on the embryonic development and its offspring:
No full textDie mütterliche in utero-Umgebung beeinflusst die embryonale Entwicklung und die ihrer Nachkommen. Das Konzeptder Entwicklungsprogrammierung bzw. der entwicklungsbedingten Ursachen von Gesundheit und Krankheit im Erwachsenenalter basiert auf der Hypothese, dass der mütterliche Lebensstil und die Exposition gegenüber diversen Umweltstimuli während der Schwangerschaft zu epigenetischen Modifikationen (Änderung der Histon- und DNA-Methylierungsmuster) und somit einer langfristigen Veränderung des Genoms führen können. Bestimmte maternale Ernährungsmuster, wie der Konsum von fettreichen ungesunden Nahrungsprodukten, sind dadurch mit einem erhöhten Risiko für die Entwicklung von chronischen Stoffwechselkrankheiten wie Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2 im späteren Erwachsenenalter der Nachkommen assoziiert. Auf welche Art bestimmte Nahrungsmetabolite das Epigenom des Embryos und zukünftiger Generationen beeinflussen, und ob diese Modifikationen von Dauer oder reversibel sind, bleibt zu erforschen.The maternal in utero environment influences embryonic development and that of the offspring. The concept of developmental programming, or developmental causes of health and disease in adulthood, is based on the hypothesis that maternal lifestyle and exposure to diverse environmental stimuli during pregnancy can lead to epigenetic modifications (alterations of histone and DNA methylation patterns) and thus long-term alterations of the genome. Certain maternal dietary patterns, such as the consumption of high-fat unhealthy diets, are thereby associated with an increased risk of developing chronic metabolic diseases such as obesity and type 2 diabetes mellitus in the later adulthood of the offspring. The way in which certain dietary metabolites influence the epigenome of the embryo and future generations, and whether these modifications are permanent or reversible, remains to be investigated
Toxic food plants:
No full textBlausäurehaltige Verbindungen liegen in den Pflanzen an Zuckerreste gebunden vor. Sie sind als intaktes Glykosid ungiftig. Zur Abspaltung der Zuckerreste sind Enzyme (Glykosidasen) notwendig, die jeweils erst zur Reaktion gelangen, wenn das Gewebe der Pflanze verletzt wird. Die Freisetzung der hochgiftigen Blausäure ist somit ein Fraßschutz für die Pflanzen. Außer den Samen unserer Rosaceenarten wie Apfel, Pfirsich, Mandel (Bittermandel) und Aprikose gibt es zahlreiche Weltwirtschaftspflanzen, die diese Giftvorstufen enthalten. Maniok (Cassava), ein Hauptnahrungsmittel in Afrika, ist in allen Teilen giftig, wenn man das ungiftige Glykosid nicht sachgerecht entfernt. Es gibt gentechnische Ansätze, das cyanogene Linamarin in den Knollen schneller abbaubar zu machen. In Süßgräsern, wie Sorghumhirse und Bambus, dessen junge Sprosse gerne gegessen werden, kommen hohe Konzentrationen an dem Blausäureglykosid Dhurrin vor. Gerade die jungen, empfindlichen Triebe der Pflanzen und die Reproduktionsorgane werden durch diese „chemische Bombe“ geschützt. Bei der Sorghumhirse enthält nur der zur Grünfuttergewinnung genutzte Teil der Pflanze das Glykosid. Die Samen sind ungiftig und können unbehandelt zu Hirsemehl, -brei oder -grütze verarbeitet werden.Cyanogenic glycosides are natural plant toxins contained in foods that release hydrogen cyanide when chewed or digested. The glycosides themselves are non-toxic. Glycosidases are necessary to split off the sugar residues, which only react when the tissue of the plant is damaged and both reactants come together. This is the first step to release hydrocyanic acid protecting the plant from feeding damage. In addition to the seeds of our Rosaceae species such as apple, peach, almond (bitter almond) and apricot, there are numerous global economic plants that contain these poison precursors. Manioc (cassava), a staple food in Africa, is poisonous in all parts if the non-toxic glycoside is not removed properly. In sweet grasses such as sorghum millet and bamboo, the young shoots of which are eaten with pleasure, high concentrations of the hydrogen cyanide glycoside Dhurrin occur. Especially the young, sensitive shoots of plants and the reproductive organs are protected by this “chemical bomb”. In sorghum millet, only the part of the plant used for green fodder production contains the glycoside, the seeds are non-toxic and can be processed without prior treatment
Alanin and the magic lamp: Occurence, utilization and production of non-canonical amino acids
No full textAls nicht-kanonische Aminosäuren (nkAS) fasst man alle Aminosäuren zusammen, die nicht über den genetischen Standardcode kodiert sind und entsprechend nicht über die zelluläre Proteinbiosynthese (Translation) in Proteine eingebaut werden. Die physiologisch und damit auch pharmakologisch bedeutendsten nkAS sind α‑l‑AS mit nicht genetisch kodierten Resten, α‑d‑AS sowie β‑AS. Prominente Beispiele sind das Parkinsonmedikament l‑DOPA, d‑Phenylglycinderivate als Seitenketten von Ampicillin und Amoxicillin (bei Kindern meistverschriebene Antibiotika), sowie β‑Phenylalanin in den meisteingesetzten Chemotherapeutika Taxol® und Taxotere® (u. a. gegen Brust- und Prostatakrebs). Die oft unbekannten Biosynthesewege für nkAS und die schwierige Übertragbarkeit auf standardisierte Verfahren mit etablierten Produktionsstämmen erwies sich in der Vergangenheit als große Herausforderung für die industrielle Herstellung. Eine Schlüsselrolle in der Produktion spielen mittlerweile Enzyme; also ausgerechnet Werkzeuge aus kanonischen Aminosäuren – und künftig vielleicht auch aus nicht-kanonischen.Non-canonical amino acids (ncAA) are amino acids that are not part of the standard genetic code and thus are excluded from cellular protein biosynthesis (translation). Amino acids such as α-l-amino acids with non-encoded residues, α-damino acids, and β-amino acids are most important as cellular metabolites and thus as pharmaceuticals. l-DOPA (remedy against Parkinson disease), d-phenylglycine and derivates as side chains of ampicillin and amoxicillin (the antibiotics mostly prescribed for children) as well as β-phenylalanine as pharmacophore of the chemotherapeutic agents Taxol® and Taxotere® (against breast and prostata cancer a. o.) are prominent examples. The biosynthetic pathways for ncAA – often unknown – and the difficult transfer to standardized techniques with established production strains proved as a major challenge for the industrial production of these molecules in the past. Nowadays, enzymes play a key role in ncAA‘s production; tools that have been composed of canonical amino acids so far – and maybe of non-canonical amino acids in the near future