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Biodiversitätsforschung

Zootiere durch Luft-DNA identifiziert

Die Wissenschaftlerin Elizabeth Clare sammelt Proben zum Nachweis von Umwelt-DNA aus der Luft. (Bild: Elizabeth Clare)

Manchmal riechen wir sie – doch die Luft kann offenbar noch mehr Informationen über Tiere enthalten: Anhand von DNA-Spuren aus diesem Medium konnten zwei Forscherteams unabhängig voneinander zahlreiche Bewohner von Zoos identifizieren. Wie sie erklären, zeigen sie damit das Potenzial dieses Nachweisverfahrens für Untersuchungen der Artenvielfalt in der Feldforschung auf.

Welche Tierarten sind wo in einem Ökosystem unterwegs? Traditionell gehen Forscher dieser Frage durch Beobachtungen, Überwachungskameras oder anhand von Hinterlassenschaften und Fährten nach. Diese Verfahren sind allerdings mit intensiver Arbeit verbunden und erfordern eine recht zeitnahe physische Anwesenheit der Tiere. Alternative und weniger aufwendige Nachweismöglichkeiten sind somit gefragt. Die Forscherteams um Elizabeth Clare von der York University sowie um Kristine Bohmann von der Universität Kopenhagen entschlossen sich deshalb auszuloten, inwieweit sich eine Nachweistechnik nutzen lässt, die bereits das Monitoring von Wasserökosystemen revolutioniert hat: die Untersuchung von Umwelt-DNA. „Unsere beiden Arbeitsgruppen beschäftigen sich mit der Entwicklung und Anwendung neuer Verfahren, daher sind wir offenbar zur gleichen Zeit auf dieselbe Idee gekommen“, sagt Clare.

Das Konzept der Untersuchung von aquatischer Umwelt-DNA beruht auf der Analyse von kleinen Erbgutmengen, die Tiere wie Fische oder Amphibien an das Wasser abgeben. Im Fokus der beiden Teams stand nun die Frage, ob sich solche Spuren auch in dem weniger tragenden Medium Luft nachweisen lassen. Als Untersuchungsorte für die beiden Proof-of-Concept-Studien suchten sie sich Umgebungen mit einer speziellen Artenvielfalt aus: Zoos. Der Vorteil war dabei, dass die Forscher genau wussten, wo sich welche Tiere aufhalten. „Wenn man einen Zoo als Modell verwendet, lässt sich beispielsweise die erfasste DNA eines Tigers genau zuordnen“, verdeutlicht Clare.

DNA liegt in der Luft

Beide Forschungsgruppen führten ihre Studie in einem nahen Zoo durch, indem sie dort Proben an verschiedenen Orten sammelten. Sie verwendeten dazu leicht unterschiedliche Methoden, die aber letztlich auf dem gleichen Prinzip basieren: Luft wird angesaugt und auf ein Filtermaterial geblasen. Auf diesem landet dadurch auch genetisches Material aus verschiedenen biologischen Quellen wie Atem, Speichel, Fell oder Kot. „Dabei kommt alles in Frage, was in die Luft gelangen kann und klein genug ist, um zu schweben“, sagt Co-Autorin Christina Lynggaard von der Universität Kopenhagen. „Nach der Luftfilterung haben wir die DNA extrahiert und mit Hilfe der PCR-Amplifikation viele Kopien der tierischen DNA erstellt. Durch die Sequenzierung dieser Erbgutinformationen konnten wir sie anschließend mit einer DNA-Referenzdatenbank abgleichen, um die jeweiligen Tierarten zu identifizieren“, erklärt Lynggaard.

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Durch ihre Ergebnisse konnten die beiden Wissenschaftlerteams nun belegen, dass dieses Verfahren zu überraschend ergiebigen Resultaten führt: Es ließen sich tatsächlich viele Zootiere sowie einige Wildtiere aus der Umgebung in der Luft nachweisen. Clares Team identifizierte dabei die DNA von 25 Säugetier- und Vogelarten im Hamerton Zoological Park in Großbritannien sowie Erbgut von frei lebenden Igeln. Die Forscher um Bohmann erfassten im Zoo Kopenhagen die genetischen Spuren von insgesamt 49 Arten von Säugetieren, Vögeln, Reptilien, Amphibien und sogar Fischen. Dazu gehörten Zootiere wie das Okapi, das Gürteltier und sogar Erbgut von Guppys in einem Teich im Tropenhaus war offenbar in die Luft gelangt. Zudem fand das Team die Signaturen von lokal vorkommenden Tieren wie Eichhörnchen, Wanderratten und Hausmäusen sowie von Futtertieren des Zoos.

Potenzial für die Biodiversitätsforschung

Die große Bandbreite der nachgewiesenen Arten zeigt, dass sich eDNA aus der Luft zum Nachweis und zur Überwachung von Landtierarten in freier Wildbahn eignet, resümieren beide Forscherteams. Wie sie berichten, wussten sie bis zum Abschluss ihrer Studien nichts von der Arbeit der jeweils anderen. Als sie dann schließlich in Kontakt traten, waren sie von der Parallelität der Experimente und Ergebnisse begeistert. Clare und Bohmann waren sich einig, dass dies verdeutlicht, welches Potenzial in der Technik steckt. So beschlossen die beiden Gruppen, die Manuskripte zur gleichzeitigen Veröffentlichung bei der Zeitschrift „Current Biology“ einzureichen.

Nun hoffen sie, dass sich das Konzept in der Forschung etablieren kann. „Der nicht-invasive Charakter dieses Ansatzes macht ihn besonders wertvoll für die Beobachtung bedrohter Arten. Sie müssen nicht sichtbar sein, damit wir wissen, dass sie sich in dem Gebiet aufhalten, wenn wir Spuren ihrer DNA buchstäblich aus der Luft auffangen können“, sagt Clare. „Luftproben könnten das terrestrische Biomonitoring damit revolutionieren und neue Möglichkeiten eröffnen, die Zusammensetzung von Tiergemeinschaften zu verfolgen und die Invasion nicht heimischer Arten zu erkennen“, so die Wissenschaftlerin.

Quelle: Cell Press, York University, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2021.11.064 und 10.1016/j.cub.2021.12.014

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