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Erde+Umwelt

Was ein Teebeutel über Insekten erzählen kann

REiswanze
Eine Grüne Reiswanze krabbelt über ein Blatt und hinterlässt DNA-Spuren. © Willibald Lang

Wenn Biologen wissen wollen, wie es um die Insektenwelt steht, dann müssen sie nicht unbedingt zu Netzfallen greifen oder ins Freiland gehen: Auch ein Teebeutel oder eine getrocknete Kräuterprobe kann einiges über Zahl und Artenspektrum von Insekten verraten. Möglich ist dies, weil die Tiere Spuren ihrer DNA auf und in den Pflanzen hinterlassen, die sie besiedeln, von denen sie fressen oder auf die sie ihre Eier ablegen. Diese genetischen Spuren können dann mittels DNA-Analyse identifiziert werden, wie Forscher festgestellt haben.

Die große Vielfalt an Insektenarten ist von immenser Bedeutung für unsere Umwelt, weil die Insekten unzählige Pflanzenarten bestäuben und für viele Tierarten eine wichtige Nahrungsquelle darstellen. Umso wichtiger ist es, ihre Dynamik und Interaktionen mit der Umwelt im Auge zu behalten – vor allem in Anbetracht des fortschreitenden Insektensterbens, das unter anderem durch die verstärkte Nutzung von Pestiziden verursacht wird. Bisher führt man das Biomonitoring vor allem durch das stichprobenartige Einfangen von Insekten durch. Doch diese Methode verrät wenig über die Interaktion von Pflanzen und Insekten und endet für die ohnehin schon vom Bestandsrückgang betroffenen Tiere meist tödlich.

Ein modernerer Ansatz macht sich zur Nutze, dass Insekten auf Pflanzen überall Spuren hinterlassen – sei es über Bissspuren, Eier oder Fäkalien. Diese enthalten immer auch Erbgut der Tiere. Über diese Umwelt-DNA (eDNA) können Wissenschaftler daher Rückschlüsse darauf ziehen, mit welchen Insekten die Pflanze in Kontakt war. Allerdings ist die Oberfläche von Pflanzen ein eher unsicherer Ort für die wertvolle eDNA, da sie von UV-Licht zerstört oder von Regen abgewaschen werden kann.

Insekten-DNA im Tee

Daher haben Henrik Krehenwinkel von der Universität Trier und sein Team eine innovative Technik entwickelt, bei der die eDNA nicht wie üblich von den Oberflächen der Pflanzen entnommen wird, sondern aus zerkleinertem, getrocknetem Pflanzenmaterial. „Dies bietet einen besonderen Vorteil: Im getrockneten Zustand ist DNA stabil und geeignet für langfristige Lagerungen“, erklären Krehenwinkel und seine Kollegen. Um ihr Verfahren zu testen, nutzen die Wissenschaftler getrocknetes Pflanzenmaterial, wie es in jedem Haushalt zu finden ist: „Tee und Kräuter werden aus einer Vielzahl von Pflanzen hergestellt, die überall auf der Welt angebaut werden und können somit einiges über spezifische Insekten-Pflanzen-Interaktionen und sogar über den Standort verraten“, erklären die Forscher.

Tatsächlich gelang es ihnen mit der neuen Methode, die DNA von insgesamt 1279 Insektenspezies in den getrockneten Pflanzenproben nachzuweisen. „Wir haben dabei in einem einzigen Teebeutel die DNA von bis zu 400 verschiedenen Insektenarten gefunden“ berichtet Krehenwinkel. Dabei enthielt grüner Tee die größte Diversität an eDNA von verschiedenen Insektenspezies. Auch über die Herkunft der Insekten verriet die neue Biomonitoring-Methode einiges. So fanden die Wissenschaftler in Pfefferminztee Spuren von Insekten, die hauptsächlich im nordwestlichen Nordamerika vorkommen, einer großen Anbauregion für Pfefferminz, während eDNA von typischen ostasiatischen Spezies nur in grünem Tee vorkam.

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Blick in die Vergangenheit

Ein großer Mehrwert der neuen Methode ist der Zugang zu stabiler DNA, die sich bereits seit einem längeren Zeitraum im Pflanzenmaterial befindet und somit einen Blick in die Vergangenheit erlaubt. Krehenwinkel und seine Kollegen wollen daher anhand von Pflanzensammlungen, die über Jahrzehnte archiviert wurden, prüfen, ob sich mithilfe der Umwelt-DNA auch die Entwicklung von Insektenpopulationen über einen langen Zeitraum hinweg zurückverfolgen lässt. So könnten wichtige Rückschlüsse auf die Ursachen des Insektensterbens gezogen werden oder beispielsweise die Verbreitung von Pflanzenschädlingen erforscht werden. Zusätzlich erweitert die neue Methodik auch die Anzahl der beobachtbaren Spezies: „Jetzt können wir auch nachweisen, welche Insekten im Inneren der Pflanze leben“, beschreibt Henrik Krehenwinkel den neuen Erkenntnishorizont.

Schließlich könnte das Verfahren auch ein Fall für die Kriminalistik werden. Per eDNA lassen sich zuverlässige Aussagen über die tatsächliche geografische Herkunft von Pflanzen treffen. So könnte der Zoll ermitteln, ob eingeführte Teesorten tatsächlich aus den angegebenen Ländern stammen. Und was bei Tee möglich ist, gilt auch für andere Pflanzen, wie zum Beispiel Cannabis.

Quelle: Universität Trier; Fachartikel: Biology Letters, doi: 10.1098/rsbl.2022.0091

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