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<title>News - Eawag</title>
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<meta property="og:title" content="Auf das erste Elektron kommt es an" />
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<meta name="description" content="Wer atmet, muss Elektronen loswerden. Für den Transport von Elektronen aus der Atmung von Mikroben kommen in sauerstofffreien Umgebungen besondere Moleküle zum Einsatz, extrazelluläre Elektronen-Shuttles. Jetzt hat eine Gruppe von Forschenden herausgefunden, welche Eigenschaft dieser «Taxis» ihre Effizienz bestimmt: die Energieunterschiede der transportierten Elektronen." />
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<meta property="og:description" content="Wer atmet, muss Elektronen loswerden. Für den Transport von Elektronen aus der Atmung von Mikroben kommen in sauerstofffreien Umgebungen besondere Moleküle zum Einsatz, extrazelluläre Elektronen-Shuttles. Jetzt hat eine Gruppe von Forschenden herausgefunden, welche Eigenschaft dieser «Taxis» ihre Effizienz bestimmt: die Energieunterschiede der transportierten Elektronen." />
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<nav id="AccesskeyNavigation" class="AccesskeyNavigation sr-only" role="navigation"><h2>Wichtige Seiten</h2><ul><li><a accesskey="0" href="/de/">Home</a></li><li><a accesskey="1" href="/de/news-agenda/news-plattform/news/#MainNavigation">Main Navigation</a></li><li><a accesskey="2" href="/de/news-agenda/news-plattform/news/#Content">Inhalt</a></li><li><a accesskey="3" href="/de/kontakt/">Kontakt</a></li><li><a accesskey="4" href="/de/sitemap/">Sitemap</a></li><li><a accesskey="5" href="/de/news-agenda/news-plattform/news/#MetaNavigation">Metanavigation</a></li></ul></nav>
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(MOOCs)</a></li><li class="level3"><a href="/de/lehre/akademische-ausbildung/sommerschulen/" class="level3">Sommerschulen</a></li><li class="level3"><a href="/de/lehre/akademische-ausbildung/epp/" class="level3">Partnerschaftsprogramm für Entwicklungsländer (EPP)</a></li><li class="level3"><a href="/de/lehre/akademische-ausbildung/gemeinsame-professuren/" class="level3">Gemeinsame Professuren</a></li></ul></div></li><li class="level2 hasSub"><a href="/de/lehre/weiterbildung/" class="level2">Weiterbildung<i class="icon icon-down level2"></i></a><div class="level3 submenu"><ul class="level3"><li class="level3"><a href="/de/lehre/weiterbildung/peak/" class="level3">Praxiskurse (PEAK)</a></li><li class="level3"><a href="/de/lehre/weiterbildung/infotag/" class="level3">Infotag</a></li></ul></div></li><li class="level2 "><a href="/de/lehre/berufsbildung/" class="level2">Berufsbildung</a></li></ul></div></li><li class="level1 sub hasSub"><a href="/de/beratung/" class="level1 ">Beratung<i 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href="/de/ueberuns/portraet/auftrag-und-strategie/" class="level3">Auftrag und Strategie</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/organisation/" class="level3">Organisation</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/direktion/" class="level3">Direktion</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/eawag-kommissionen/" class="level3">Eawag-Kommissionen</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/jahresbericht/" class="level3">Jahresbericht</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/geschichte/" class="level3">Geschichte</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/auszeichnungen/" class="level3">Auszeichnungen</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/portraet/die-eawag-in-zahlen/" class="level3">Die Eawag in Zahlen</a></li></ul></div></li><li class="level2 hasSub"><a href="/de/ueberuns/nachhaltigkeit/" class="level2">Nachhaltigkeit<i class="icon icon-down level2"></i></a><div class="level3 submenu"><ul class="level3"><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/nachhaltigkeit/umwelt-energie/" class="level3">Umwelt und Energie</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/nachhaltigkeit/nachhaltiges-bauen/" class="level3">Nachhaltiges Bauen</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/nachhaltigkeit/chriesbach-revitalisierung/" class="level3">Chriesbach Revitalisierung</a></li></ul></div></li><li class="level2 hasSub"><a href="/de/ueberuns/arbeiten-an-der-eawag/" class="level2">Arbeiten an der Eawag<i class="icon icon-down level2"></i></a><div class="level3 submenu"><ul class="level3"><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/arbeiten-an-der-eawag/forschungsumfeld/" class="level3">Forschungsumfeld</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/arbeiten-an-der-eawag/ausbildung/" class="level3">Ausbildung</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/arbeiten-an-der-eawag/anstellung/" class="level3">Anstellung</a></li><li class="level3"><a 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Dübendorf</a></li><li class="level3"><a href="/de/ueberuns/standorte/kastanienbaum/" class="level3">Anreise Kastanienbaum</a></li></ul></div></li></ul></div></li><li class="level1 hasSub visible-xs margin-top-xs-small"><a class="level1 hasSubPages">Direkteinstieg Forschungsabteilungen<i class="level1 icon icon-down "></i></a><div class="level2 submenu"><ul class="level2"><li class="level2"><a class="level2" href="/de/direkt/aquatische-oekologie/">Aquatische Ökologie</a></li><li class="level2"><a class="level2" href="/de/direkt/fischoekologie-evolution/">Fischökologie & Evolution</a></li><li class="level2"><a class="level2" href="/de/direkt/oberflaechengewaesser/">Oberflächengewässer</a></li><li class="level2"><a class="level2" href="/de/direkt/siedlungswasserwirtschaft/">Siedlungswasserwirtschaft</a></li><li class="level2"><a class="level2" href="/de/direkt/systemanalyse-modellierung/">Systemanalyse & Modellierung</a></li><li class="level2"><a class="level2" 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<div id="c181" class="csc-element news_pi1 coEllist _"><div class="news news-single"><div class="article"><!-- Link Back --><div class="news-backlink-wrap"><a href="/de/news-agenda/news-plattform/?date=2022&cHash=137578a371b8719fbf57dd77ce3369e0">Zurück</a></div><div class="news-detail-image"><!-- fal media files --><div class="news-img-wrap"><div id="sfpSlider__head" class="sfpSlider snowflakeDefault"><div class="rsContent "><div class="outer"><div class="mediaelement mediaelement-image"><a data-rel="lightcase" title="" href="/fileadmin/_processed_/6/c/csm_taxi_840_0910f5441a.jpg"><img title="EES sind Moleküle, welche Elektronen wie mit einem Taxi zum Ziel bringen. Je grösser der Aufwand, den ersten Passagier wieder loszuwerden, umso tiefer ist ihre Effizienz. (Foto: Flickr, CC BY 2.0)" alt="EES sind Moleküle, welche Elektronen wie mit einem Taxi zum Ziel bringen. Je grösser der Aufwand, den ersten Passagier wieder loszuwerden, umso tiefer ist ihre Effizienz. (Foto: Flickr, CC BY 2.0)" src="/fileadmin/_processed_/6/c/csm_taxi_840_6b1af0e95b.jpg" width="600" height="341" /></a></div></div></div></div></div></div><div class="header"><h1>Auf das erste Elektron kommt es an</h1></div><div class="news-detail-information"><p><!-- date feedit --><span class="news-list-date">12. Januar 2022,</span><!-- Tags --><ul class="news-list-tags"><li class="title">Themen: </li><li><a data-tag="10" href="/de/news-agenda/news-plattform/?tx_news_pi1%5BoverwriteDemand%5D%5Btags%5D=10&tag=10">Ökosysteme</a></li><li><a data-tag="6" href="/de/news-agenda/news-plattform/?tx_news_pi1%5BoverwriteDemand%5D%5Btags%5D=6&tag=6">Schadstoffe</a></li><li><a data-tag="33" href="/de/news-agenda/news-plattform/?tx_news_pi1%5BoverwriteDemand%5D%5Btags%5D=33&tag=33">Energie</a></li></ul></p></div><!-- lead --><div class="teaser-text"><p class="bodytext">Wer atmet, muss Elektronen loswerden. Für den Transport von Elektronen aus der Atmung von Mikroben kommen in sauerstofffreien Umgebungen besondere Moleküle zum Einsatz, extrazelluläre Elektronen-Shuttles. Jetzt hat eine Gruppe von Forschenden herausgefunden, welche Eigenschaft dieser «Taxis» ihre Effizienz bestimmt: die Energieunterschiede der transportierten Elektronen.</p></div><!-- main text --><div class="news-text-wrap"><p class="bodytext">Alles, was lebt, braucht Energie. Das gilt auch für Mikroorganismen. Oftmals wird die Energie durch Atmung, also durch das Verbrennen organischer Verbindungen, der Nahrung, in den Zellen erzeugt. Dabei werden Elektronen freigesetzt, welche die Mikroorganismen loswerden müssen. Ist dafür kein Sauerstoff vorhanden, können Mikroorganismen andere Wege nutzen, darunter den Transport der Elektronen auf Minerale ausserhalb der Zellen.</p><h4 class="zwischentitelh4">Reduktionsraten schwanken stark</h4><p class="bodytext">In Böden oder sauerstofffreien Seesedimenten spielen insbesondere Eisenoxide eine wichtige Rolle als Akzeptoren der freigesetzten Elektronen. Doch wie gelangen die Elektronen von der Verbrennung in den Zellen zu den Eisenoxiden, die sich ausserhalb der Zelle befinden? Dafür nutzen Mikroorganismen besondere Moleküle, die zwei Elektronen an der Zelloberfläche abholen und dann, wie ein Taxi, zu den Eisenoxiden transportieren. Dort steigen beide Elektronen aus und reduzieren dabei dreiwertiges zu zweiwertigem Eisen. Das Taxi ist dann wieder frei und kann erneut Elektronen transportieren.</p><p class="bodytext">Diese Extracellular Electron Shuttles, kurz EES, sind schon länger bekannt. Jedoch war bisher unklar, weshalb ihre Effizienz stark von ihrer Struktur und den Umweltbedingungen abhängt – und somit das Tempo der Eisenoxidreduktion über mehrere Grössenordnungen variiert. Bisherige Versuche, die grossen Effizienzunterschiede mit bekannten Grössen wie pH-Wert oder Temperatur zu erklären, waren bisher nicht erfolgreich.</p><h4 class="zwischentitelh4">Elektronen müssen individuell betrachtet werden</h4><p class="bodytext">Eine soeben in der Zeitschrift PNAS (Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America) veröffentlichte Studie von Forschenden der Eawag und der ETH Zürich zeigt nun, wie Effizienzunterschiede der EES mit einer einzigen, eindeutigen Beziehung erklärt werden können. "Wir haben nicht, wie bisher, die gemittelte Energie beider transportierter Elektronen, sondern das jeweilige Energieniveau der einzlenen Elektronen berücksichtigt", schildert Meret Aeppli, die Erstautorin der Studie. Eawag-Umweltchemiker Thomas Hofstetter ergänzt: "Es stellte sich heraus: Der Transfer des ersten Elektrons vom EES auf das Eisenoxid ist oftmals energetisch deutlich ungünstiger als der Transfer des zweiten." Die Forschenden konnten zeigen, dass die Energiedifferenz zwischen dem ersten, vom EES übertragenen Elektron zum Eisenoxid die Eisenreduktionsrate bestimmt. Mit diesem Ansatz liessen sich die Effizienzunterschiede verschiedener EES erklären, und zwar sowohl über einen grossen pH Bereich als auch für zwei unterschiedliche Eisenoxide. Michael Sander von der ETH Zürich fasst den Vorgang bildlich zusammen: «Unter vielen Bedingungen will das erste Elektron eigentlich gar nicht aus dem EES Taxi aussteigen, wird aber vom zweiten Elektron gleichsam von der Rückbank nach draussen geschubst.»</p><h4 class="zwischentitelh4">Elektronentransfer mit UV-Licht sichtbar gemacht</h4><p class="bodytext">Für ihre Erkenntnis haben die Autorinnen und Autoren der Studie sowohl eigene Experimente entwickelt und Daten erhoben als auch Ergebnisse vergangener Studien integriert. Für die Versuche in den Laboren der Eawag und ETH haben die Forschenden natürliche und synthetische EES-Moleküle verwendet und zwei weit verbreitete Eisen(III)-Oxide untersucht. Die Rate des Elektronentransfers von den EES auf die Eisenoxide, und somit die Effizienz des Elektronentransports, konnte mit UV-Licht sichtbar gemacht werden. Denn dieses wird unterschiedlich absorbiert von den EES, je nachdem ob sie mit oder ohne die beiden Elektronen unterwegs sind.</p><h4 class="zwischentitelh4">Klein aber zentral</h4><p class="bodytext">Die Studie beschreibt nur einen kleinen Schritt in der mikrobiellen Atmung. Doch er ist zentral in vielen Prozessen. Und weil er nun endlich allgemeingültig verstanden ist, kann die anaerobe Atmung auf Mineralphasen zwischen Studien und Systemen jetzt besser verglichen werden. Wer sich mit anaerob arbeitenden Mikroorganismen und deren Kohlenstoffumsatz befasst, dürfte kaum darum herumkommen, die Arbeit zu lesen. Denn so klein der Schritt scheint, so relevant kann er sein für das Verständnis globaler biogeochemischer Prozesse – zum Beispiel beim anaeroben Abbau der organischen Substanz in auftauenden Permafrostböden, ein Prozess, bei dem riesige Mengen an klimawirksamem CO2 freigesetzt werden.</p></div><!-- content elements --><div id="c125016" class="csc-element coEltextmedia _"><div class="csc-textmedia csc-textmedia-inside csc-textmedia-inside-left"><div class="csc-textmedia-gallery" data-ce-columns="1" data-ce-images="1"><div class="csc-textmedia-gallery-row"><div class="csc-textmedia-gallery-column"><div class="csc-textmedia-gallery-media"><a href="https://www.eawag.ch/fileadmin/Domain1/News/2022/01/10/eisenoxid_1600.jpg" target="_blank"><img src="/fileadmin/_processed_/1/c/csm_eisenoxid_1600_9c589e1f14.jpg" width="300" height="145" alt="" /></a></div></div></div></div><div class="csc-textmedia-text"><h5 class="bilduntertitel">Rund um Wurzeln, die Sauerstoff in den Boden bringen, lagert sich dreiwertiges Eisenoxid ab. Mikroorganismen können dieses nutzen und wieder zu zweiwertigem Eisenoxid reduzieren. (Foto: Andreas Voegelin, Eawag)</h5></div></div></div><div id="c125019" class="csc-element coEltextmedia _"><div class="csc-textmedia csc-textmedia-above csc-textmedia-above-center"><div class="csc-textmedia-text"><p class="bodytext">Titelbild: Flickr, CC BY 2.0</p></div></div></div><div id="c125018" class="csc-element coEltextmedia _"><div class="csc-textmedia csc-textmedia-above csc-textmedia-above-center"><h4 class="header header4 header-primary ">Originalpublikation</h4><div class="csc-textmedia-text"><p class="bodytext">Aeppli M., Giroud S., Vranic S., Voegelin A., Hofstetter T.B., Sander M. (2022): Thermodynamic Controls on Rates of Iron Oxide Reduction by Extracellular Electron Shuttles, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A., 119, e2115629119. <a href="https://doi.org/10.1073/pnas.2115629119" target="_blank">https://doi.org/10.1073/pnas.2115629119</a></p></div></div></div><div id="c125020" class="csc-element coEltextmedia _"><div class="csc-textmedia csc-textmedia-above csc-textmedia-above-center"><h4 class="header header4 header-primary ">Finanzierung / Kooperationen</h4><div class="csc-textmedia-text"><ul><li>Eawag</li> <li>ETHZ</li> <li>SNF</li></ul></div></div></div><!-- related things --><div class="news-related-wrap"></div><!-- author --><span class="news-list-author">Erstellt von Andri Bryner</span></div></div></div><div id="c195" class="csc-element socialshare_socialshare coEllist _"><div class="tx-socialshare"><span class="share-label">Seite teilen via</span><ul class="list-inline"><li><div class="tx-socialshare-column-item mail active" data-network="mail"><a href="mailto:?subject=Diese Seite von www.eawag.ch könnte Sie interessieren:&body=Seite:News - Eawag%0AURL: https://www.eawag.ch/de/news-agenda/news-plattform/news/auf-das-erste-elektron-kommt-es-an/" title="E-Mail"><div class="icon icon-share-mail"></div></a></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item site twitter" data-network="twitter"><a href="https://twitter.com/intent/tweet?url=https%3A%2F%2Fwww.eawag.ch%2Fde%2Fnews-agenda%2Fnews-plattform%2Fnews%2Fauf-das-erste-elektron-kommt-es-an%2F" target="_blank" title="Twitter"><div class="icon icon-twitter"></div></a><span class="switch"></span></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item site linkedin" data-network="linkedin"><a href="http://www.linkedin.com/shareArticle?mini=true&url=https%3A%2F%2Fwww.eawag.ch%2Fde%2Fnews-agenda%2Fnews-plattform%2Fnews%2Fauf-das-erste-elektron-kommt-es-an%2F" target="_blank" title="LinkedIn"><div class="icon icon-linkedin"></div></a><span class="switch"></span></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item site xing" data-network="xing"><a href="https://www.xing.com/app/user?op=share;url=https%3A%2F%2Fwww.eawag.ch%2Fde%2Fnews-agenda%2Fnews-plattform%2Fnews%2Fauf-das-erste-elektron-kommt-es-an%2F" target="_blank" title="Xing"><div class="icon icon-xing"></div></a><span class="switch"></span></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item site googleplus" data-network="googleplus"><a href="https://plus.google.com/share?url=https%3A%2F%2Fwww.eawag.ch%2Fde%2Fnews-agenda%2Fnews-plattform%2Fnews%2Fauf-das-erste-elektron-kommt-es-an%2F" target="_blank" title="Google +"><div class="icon icon-google"></div></a><span class="switch"></span></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item site facebook" data-network="facebook"><a href="http://www.facebook.com/sharer/sharer.php?u=https%3A%2F%2Fwww.eawag.ch%2Fde%2Fnews-agenda%2Fnews-plattform%2Fnews%2Fauf-das-erste-elektron-kommt-es-an%2F" target="_blank" title="Facebook"><div class="icon icon-facebook"></div></a><span class="switch"></span></div></li><li><div class="tx-socialshare-column-item info"><div class="icon icon-info"></div><div class="popup-info"><div class="popup-info-title"><span>Socialmedia Buttons aktivieren</span></div><span>Durch das Aktivieren der Socialmedia Buttons ist es möglich, dass Daten an die Netzwerke übermittelt werden.</span></div></div> </li></ul></div></div>
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<div id="c209" class="csc-element news_pi1 coEllist _"><div class="news news-single"><div class="news-userprofiles" style="overflow: hidden;"><h3 class="header header3 header-default">Kontakt</h3><div class="tx-userprofiles-teaser-list withBorderBottom"><div class="tx-userprofiles-teaser-list-image"><a href="/de/ueberuns/portraet/organisation/mitarbeitende/profile/thomas-hofstetter/show/"><img src="/fileadmin/_processed_/6/6/csm_hofstett_2ff1472267.jpg" width="100" height="100" alt="" /></a></div><div class="tx-userprofiles-teaser-list-information"><span class="tx-userprofiles-teaser-list-name"><a href="/de/ueberuns/portraet/organisation/mitarbeitende/profile/thomas-hofstetter/show/">Thomas Hofstetter</a></span><span></span><span>Tel. +41 58 765 5076</span><span class="tx-userprofiles-teaser-list-email"><a href="javascript:linkTo_UnCryptMailto('nbjmup+uipnbt\/ipgtufuufsAfbxbh\/di');">E-Mail senden</a></span></div></div><div class="tx-userprofiles-teaser-list withBorderBottom"><div class="tx-userprofiles-teaser-list-image"><a href="/de/ueberuns/portraet/organisation/mitarbeitende/profile/andri-bryner/show/"><img src="/fileadmin/_processed_/8/c/csm_bryneran_f058bad1cb.jpg" width="100" height="100" alt="" /></a></div><div class="tx-userprofiles-teaser-list-information"><span class="tx-userprofiles-teaser-list-name"><a href="/de/ueberuns/portraet/organisation/mitarbeitende/profile/andri-bryner/show/">Andri Bryner</a></span><span>Medienverantwortlicher</span><span>Tel. +41 58 765 5104</span><span class="tx-userprofiles-teaser-list-email"><a href="javascript:linkTo_UnCryptMailto('nbjmup+boesj\/cszofsAfbxbh\/di');">E-Mail senden</a></span></div></div><a href="/de/news-agenda/medien/">Medienstelle</a></div></div></div><div id="c210" class="csc-element news_pi1 coEllist _"><div class="news news-single"><div class="news-additional-content" style="margin-bottom: 20px"><h3 class="header header3 header-default">Kontakt an ETHZ</h3><div class="csc-textpic-text"><p class="bodytext"><a href="https://ethz.ch/content/specialinterest/usys/ibp/environmental-chemistry/en/people/person-detail.html?persid=130749" target="_blank" class="external-link-new-window">Michael Sander (D-Usys, Umweltchemie)</a></p></div></div><a target="_blank" href="/de/news-agenda/news-plattform/news/pdf/detail/auf-das-erste-elektron-kommt-es-an/"><svg id="icon-download" xmlns="http://www.w3.org/2000/svg" width="14" height="14" viewBox="0 0 14 14" style="margin-right: 5px;"> <defs> <style> .cls-1 { fill: #0c5574; } </style> </defs> <g id="Group_3" data-name="Group 3"> <path id="Fill_1" data-name="Fill 1" class="cls-1" d="M3.453,0V7L1.244,4.76,0,6,3.1,9.1,4.34,10.329,5.585,9.1,8.68,6,7.482,4.76,5.32,6.984V0Z" transform="translate(2.613)"/> <path id="Fill_2" data-name="Fill 2" class="cls-1" d="M12.289,0V3.578H1.711V0H0V5.289H14V0Z" transform="translate(0 8.711)"/> </g></svg>Artikel als PDF speichern</a></div></div><div id="c109549" class="csc-element newsletterform_newsletterform coEllist _"><h3 class="header header3 header-primary ">Newsletter abonnieren</h3><div class="tx-newsletterform"> <div class="newsletterform-alert"></div><span class="register-label"></span><div class="tx-newsletterform-column-item mail active" data-network="mail"> <form data-form-language="de" id="contact_form_3_de" class="contact_form contact_form_de validate_type_all contact_form_cols_1" action="https://newsletter.eawag.ch/e/8bbab41cc9ae86ac/form/de/anmeldeformular_2.html" target="_blank" method="post" novalidate="novalidate"> <ul class="field_errors"></ul> <div class="col_0"> <div class="field_container contact_field_container" id="contact_field_email_container"> <label maxlength="255">E-Mail Adresse <span class="required">*</span></label> <ul class="field_errors"></ul> <div class="newsletterWrapper"> <input type="email" id="data_contact_email" name="data[contact][email]" required="required" maxlength=255 maxlength="255"/> <div class="submit_container"> <input class="submit_button" id="submit_button_25" type="submit" value="Abonnieren"/> </div> </div> </div> </div> <input type="hidden" id="data_form_version" name="data[form_version]" value="5_0"/> <input type="hidden" id="data_form_validate_data" name="form_validate_data" value='{"data_contact_email":{"constrains":{"required":true,"email":true}}}'/> <input type="hidden" id="data_form_id" name="data[form_id]" value="3"/> <input type="hidden" id="data_form_language" name="data[form_language]" value="de"/> </form></div></div></div>
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