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Tierische Datenbank Von Ameise bis Zebra: Alle geben DNA-Probe ab

Münchner Wissenschaftler erfassen seit 2009 die Gen-Codes bayerischer Tiere. Egal, ob ein Bison aus dem Tierpark Hellabrunn oder eine Wildbiene: Alle sollen Teil der genetischen "Bibliothek des Lebens" werden.

Stand: 08.01.2019

Ameise der Art Mymecia. Die Insekten leben in gigantischen Ameisenstaaten. | Bild: picture-alliance/dpa

Man schätzt heute die Gesamtzahl aller auf der Erde vorkommenden Arten auf 10 bis 15 Millionen, davon sind rund zehn Prozent identifiziert. Um Verluste und Einwanderungen von Organismen erfassen zu können, sind eine profunde Artenkenntnis und eine gründliche Bestandsaufnahme nötig. Taxonomen haben dieses Spezialwissen, doch es gibt immer weniger von ihnen. Die klassische Taxonomie befasste sich in den vergangenen Jahrhunderten hauptsächlich mit der Beschreibung der äußeren Gestalt einzelner Arten und ihrer Klassifizierung. Dadurch wurde sie im Zeitalter der molekularen Genetik und Analytik schon fast als überflüssig angesehen. Durch die Übernahme moderner Techniken zur Entschlüsselung von Genen, Eiweißmolekülen und anderen Bausteinen des Zellstoffwechsels wandelte sich aber der Wissenschaftszweig hin zu einer modernen Taxonomie mit neuen Erkenntnis- und Einsatzmöglichkeiten.

Genetische Barcodes in einer Datenbank erfassen

Auch winzige Insekten wie Schlupfwespen werden erfasst, doch um sie zu bestimmen, braucht es Insektenkundler.

Im Jahr 2003 entwickelte der kanadische Insektenforscher Paul Hebert die Idee, alle derzeit bekannten Arten zusätzlich mit Hilfe eines kurzen standardisierten Genfragments zu charakterisieren. Nachdem dann eine Art bestimmt und der genetische Code dieses Fragments entschlüsselt und ihr zugeordnet ist, soll das Ergebnis in einer Datenbank verfügbar gemacht werden. Jeder Wissenschaftler kann dann darauf zugreifen können, um eine Art mit Hilfe eines Abgleichs der genetischen "Barcodes" zu bestimmen. Auch ohne selbst ein ausgewiesener Experte zu sein. Ziel ist es, dass in den nächsten 25 Jahren alle Arten auf der Welt erfasst sind. Bislang sind weltweit erst knapp zwei Millionen Tier- und Pflanzenarten beschrieben.

Gen-Code aus Abfolge der Basen C, G, A, T

Ein Hautflügler, der auf einen Kartonstreifen geklebt ist. Die meisten dieser Insektenart sind noch unbekannt.

Dem schwarz-weißen Strichcode im Supermarkt entspricht beim "Barcoding of Life" der genetische Code aus den vier Grundbausteinen der Erbsubstanz, die Abfolge der vier Basen Adenin (A), Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Standardmäßig wird dafür bei Tieren eine kurze Gensequenz aus den Mitochondrien, den "Kraftwerken der Zellen" analysiert, für pflanzliche Organismen oder Pilze müssen für das Barcoding andere geeignete Genabschnitte gesucht werden. Damit das am Computer übersichtlicher aussieht, werden die vier Basen mit verschiedenen Farben angezeigt. Das sieht dann ähnlich aus wie ein Strichcode auf Etiketten, daher der Name der Methode. Um als "genetischer Fingerabdruck" zur Unterscheidung einzelner Arten geeignet zu sein, muss der entsprechende genetische Code von einzelnen Individuen innerhalb einer Art weitgehend übereinstimmen und dabei gleichzeitig zwischen verschiedenen Arten charakteristische Unterschiede aufweisen – den sogenannten "barcode gap".

Barcoding Fauna Bavarica in München

In Deutschland wurde 2012 ein German Barcode of Life-Projekt (GBOL) ins Leben gerufen, das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) gefördert wird. In Bayern gibt es bereits seit 2009 das Projekt Barcoding Fauna Bavarica mit dem Ziel, für alle etwa 34.000 in Bayern beheimateten Tierarten einen genetischen Bestimmungsschlüssel zu erstellen. Die Zoologische Staatssammlung in München ist Initiator des Projekts Barcoding Fauna Bavarica, bei dem bestimmte Gene aller bayerischen Tierarten entschlüsselt und in einer Datenbank gespeichert werden sollen.

Insektenforschung fehlt es an Experten

Beim DNA-Barcoding-Projekt finden Stefan Schmidt und Jérôme Morinière viele unbekannte Insektenarten.

Biologen haben in den vergangenen Jahren mit Erbgut-Untersuchungen Tausende neue Tierarten entdeckt, vor allem Insekten. Doch es fehle an Experten, um die Funde zu bestimmen, sagt Jérôme Morinière von der Zoologischen Staatssammlung München. Von den mehr als 30.000 in Deutschland bekannten Insektenarten seien ein Drittel Käfer und Schmetterlinge. "Damit befassen sich aber 90 Prozent der Taxonomen." Auch für die kleine Gruppe der Libellen gebe es vergleichsweise viele Experten. Unscheinbarere Arten kämen da schlechter weg. "Wespen und Fliegen haben nicht so eine Lobby wie Käfer und Schmetterlinge." Zur Bestimmung mancher Funde seien schon Spezialisten aus Russland nach München geholt worden.

Gen-Code von Bisonkuh

Taxonomie

Taxonomie ist die Wissenschaft zur Bestimmung und systematischen Einordnung von Lebensformen.

Unter anderem nahmen sich die Wissenschaftler 2014 auch sämtliche 700 Tierarten des Münchner Tierparks Hellabrunn vor, um deren Unterarten festlegen zu können. Die genaue Kenntnis darüber ist wichtig für die Zucht und den Kauf neuer Tiere. Als erstes Tier wurde in Hellabrunn die Waldbisonkuh "Marla" untersucht. Tierärzte kontrollieren die Säugetiere im Zoo regelmäßig. Dabei werden auch gleich Blutproben entnommen. Daraus erstellen Wissenschaftler die DNA-Barcodes. Die DNA-Bestimmung funktioniert aber auch mit Haaren, Federn oder Kot.

Was ist ein DNA-Barcode?

Die Forscher sammeln von allen in Bayern beheimateten, lebenden Tieren eine Gewebeprobe. Danach werden die Proben in ein Sequenzierungslabor geschickt, wo ein bestimmter Abschnitt aus dem Erbgut isoliert wird. Dabei handelt es sich um das Gen CO1, auch "Cytochrom-c-Oxidase 1 Gen". Aus dem sequenzierten Gen erstellen die Wissenschaftler den DNA-Barcode. Im Unterschied zum Supermarkt, wo es den Strichcode in schwarz-weiß gibt, ist der DNA-Barcode vierfarbig. Anhand dieses Barcodes kann eine Tierart eindeutig identifiziert werden.

Vorteile der Barcodes

Gerhard Haszprunar, Leiter des Projekts und Direktor der Zoologischen Staatssammlung Münchens (ZSM), sieht eindeutige Vorteile in der genetischen Entschlüsselung. Mit den Barcodes, die in der Datenbank "Barcoding Fauna Bavarica" gesammelt zur Verfügung stehen, lassen sich Gewebe- und Fellreste eindeutig zuordnen. So können die Barcodes beim Zoll Anwendung finden, um den Schmuggel von Pelzen oder Fleisch geschützter Arten zu unterbinden. Auch bei internationalen Zuchtprogrammen oder dem Erwerb neuer Tiere in Tierparks spielt die eindeutige Artenbestimmung eine Rolle. Ähnliches gilt für die Einfuhrkontrolle fragwürdiger Heilpflanzen oder geschützter Tierarten. Neue Möglichkeiten ergeben sich auch für die schnelle Identifizierung eingewanderter, in Deutschland bisher unbekannter Insektenarten, die im Verdacht stehen, gefährliche Krankheiten zu übertragen.

Wildbienen erfasst

Damit das Projekt von Anfang an einen praktischen Nutzen hat, wurden als allererstes ökologisch und ökonomisch besonders wichtige Tiergruppen erfasst. So zum Beispiel die Wildbienen. Im Januar 2015 gaben die Forscher bekannt, dass sie erstmals 560 Wildbienenarten genetisch entschlüsselt haben. Mit dieser genetischen Datenbank soll es einfacher werden, Wildbienenarten ohne die Hilfe von Spezialisten zu bestimmen. Zudem erhoffen sich die Forscher neue Hinweise auf bisher unbekannte Arten.

Projekt: Barcoding Fauna Bavarica

Beim Projekt "Barcoding Fauna Bavarica" sind Forscher der Zoologischen Staatssammlung dabei, die gesamte Tierwelt Bayerns in einer Gendatenbank aufzunehmen. Bisher liegen 80.000 DNA-Sequenzen von rund 16.000 bayerischen Tierarten vor (Stand Juni 2015). Bei Säugetieren, Vögeln, Fischen, Käfern und Schmetterlingen sind die Wissenschaftler schon sehr weit. Zahllose Insektenarten aber fehlen noch. Die Zoologische Staatssammlung kooperiert eng mit dem "International Barcode of Life" des kanadischen Zentrums für DNA-Barcoding an der University of Guelph zusammen.

  • Auf der Jagd nach dem kleinen Unterschied: Artenkenner - Taxonomie durch DNA Barcoding: W wie Wissen, 23.08.2017, 19.30 Uhr, ARD-alpha
  • Auf der Jagd nach dem kleinen Unterschied: Artenkenner - Taxonomie durch DNA Barcoding: W wie Wissen, 01.08.2018, 16.30 Uhr, ARD-alpa

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