Samstag, 21. Mai 2022

Biodiversitäts-Monitoring mit eDNA
Erbgut-Spuren in Wasser und Luft

Ob vom Breitmaulnashorn, Perlhuhn oder Faultier: Forschern ist es gelungen, Erbgut-Spuren in Zoo-Luft nachzuweisen. Auch aus Wasserproben lässt sich Umwelt-DNA isolieren und so auf die Bewohner rückschließen. Könnten die Methoden die Erfassung der Artenvielfalt revolutionieren?

Von Michael Lange und Lennart Pyritz (Moderation) | 15.05.2022

Lehrmaterial zur molekularen Artbestimmung anhand von Gendaten
Mit dem genetischen Fingerabdruck lassen sich Arten eindeutig bestimmen - inzwischen reichen dazu winzigste Erbgut-Spuren in Luft und Wasser (imago/blickwinkel/M. Henning)
Streifen bedrohte Raubkatzen durch ein bestimmtes Waldstück? Haben sich invasive Ochsenfrösche in einem See breitgemacht? Antworten liefert das Biodiversitäts-Monitoring. Eine Bestandsaufnahme des Lebens, auf der auch Maßnahmen für den Artenschutz fußen. Doch alle Bewohner eines Ökosystems zu beobachten, zu fangen und zu bestimmen, ist oft langwierig und mühsam – oder schlicht unmöglich. Mitunter fehlen gar die Fachleute, die die Tiere der richtigen Spezies zuordnen können.

DNA gelangt über Haare oder Schuppen in die Umwelt

Abhilfe verspricht die Metagenomik, bei der DNA-Fragmente ganz unterschiedlicher Lebewesen direkt aus Boden- oder Wasserproben gewonnen werden – ein Erbgut-Cocktail, der die Zusammensetzung ganzer Artengemeinschaften verrät. Umwelt-DNA oder auf Englisch "environmental-" oder eDNA heißen solche Erbgut-Stückchen, die beim Atmen oder über Haare und Schuppen in die Umwelt gelangen.
Zuerst wurde aus Bodenproben Umwelt-DNA isoliert. Vor etwa zehn Jahren haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler angefangen, auch in Wasserproben aller Art nach Erbgut-Fragmenten zu suchen. Manche haben inzwischen viel Erfahrung damit gesammelt. Zum Beispiel Florian Leese, Leiter der Arbeitsgruppe für Aquatische Ökosystemforschung an der Universität Duisburg-Essen: „Man kann in einem Labor innerhalb von wenigen Wochen Tausende Proben bearbeiten mit jeweils Tausenden oder Zehntausenden Individuen. Das kann man mit klassischen Erhebungen eben nicht machen.“

Ein Arten-Trikorder wie bei Star Trek

Viele Gruppen versuchen gerade, die eDNA-Methodik benutzerfreundlich zu machen. Bessere und kleinere Tests könnten selbst von Laien genutzt werden. Auch Claudia Wittwer vom Team Naturschutzgenetik der Senckenberg-Gesellschaft für Naturforschung setzt Hoffnung in das neue Verfahren: „Unser Ziel ist, dass wir am Ende ein Gerät haben, zum Beispiel wie bei Star Trek, dass man einfach mit einer Art eDNA-Trikorder einfach an Gewässerproben geht und selber analysiert, was gerade an einem Standort für Tiere vorkommen.“

DNA von Nashorn, Boa und Igel in der Luft

Eine Reihe aktueller Studien hat die Erwartungen sogar noch hochgeschraubt. Forscher haben Luftproben im Zoo eingesaugt und darin unter anderem Erbgut-Spuren von Nashorn, Boa, Perlhuhn und Faultier nachgewiesen. Ein Team von der ETH Zürich untersuchte Luft aus der freien Natur und fand noch mehr Spezies als im Zoo: „Wir konnten 70 oder 80 Arten von Insekten bestimmen. Wir haben aber auch 15 verschiedene Wirbeltierarten gefunden, von Hasen, von Igeln, von Hunden. Auch von einigen Vögeln wie Tauben. Wir haben auch DNA von Fröschen gefunden.“
Könnte DNA aus der Luft das Biodiversitäts-Monitoring endgültig revolutionieren? Lassen sich so in Zukunft auch schwer aufspürbare Tierarten schnell und einfach nachweisen – sozusagen im Staubsaugerbeutel? Florian Leese von der Universität Duisburg-Essen mahnt zur Vorsicht:

Direkte Beobachtungen nicht zu ersetzen

„Die Frage ist natürlich: Geben alle Organismen tatsächlich DNA so einfach in die Luft ab. Bekommen wir ein relativ vollständiges Bild von den Organismen, nur wenn wir Luft sammeln. Das ist schon beim Wasser so, dass nicht alle Organismen gleichviel DNA ins Wasser abgeben. Wir übersehen einige Organismen. Und ich glaube, die Wahrscheinlichkeit, dass wir einige Organismen übersehen, ist bei der Luft noch viel größer.“
Bei allen Fortschritten im Labor – in der Praxis sind die neuen Methoden noch nicht flächendeckend angekommen, etwa beim Bundesamt für Naturschutz. Dafür sind die Verfahren noch nicht standardisiert genug. Außerdem liefern sie keinen Aufschluss darüber, wie es den nachgewiesenen Arten geht, wie stabil die Population ist, wie intakt ihr Lebensraum. Direkte Beobachtungen kann Umwelt-DNA nicht ersetzen. Welche Rolle das Sammeln von Erbgut-Proben aus Luft und Wasser einmal für die Erfassung und den Schutz der Artenvielfalt spielen wird, muss die Zukunft erst noch zeigen.