DNA-Spuren entlarven nicht nur Verbrecher, auch Tiere lassen sich über sie eindeutig identifizieren. Wissenschaftler werden deshalb jetzt in einem neuen Projekt während der nächsten drei Jahre die Tierwelt der Nordsee mittels genetischer Barcodes inventarisieren. Unverwechselbare genetische Abschnitte der Nordseebewohner zu kennen, bedeutet einen immensen Fortschritt für die Artbestimmung, so die Wissenschaftler. Davon profitieren sowohl der Umweltschutz als auch die Fischereiwirtschaft.
„Wir wissen gar nicht wirklich, was alles in der Nordsee lebt“, stellt Michael J. Raupach vom Forschungszentrum Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven fest. Das soll sich ändern. Sein Team holt seit dem Sommer 2010 die Tierwelt der Deutschen Bucht ins Labor. Material von circa 150 Spezies liegt schon vor.
Viele neue Arten?
Bis 2012 wollen die Senckenberg-Wissenschaftler 600 bis 800 Arten mehrzelliger Tiere in einer Datenbank erfassen und dokumentieren. Dabei werden die Informationen über die konservierten Exemplare vollständiger Tiere und Gewebeproben durch die Ergebnisse genetischer Untersuchungen ergänzt und in Barcodes festgehalten.
Einen ganzen, hoch komplexen und Veränderungen unterliegendem Lebensraum auf diese Weise zu erfassen ist neu und bisher noch eine Besonderheit in Europa. „Wir rechnen damit, eine Vielzahl an neuen Arten zu entdecken“, sagt Raupach, „zum einen eingeschleppte und übersehene Tiere, aber auch Arten, die Bestandteil so genannter kryptische Artkomplexe sind und sich allein von ihrem Körperbau her kaum unterscheiden lassen und daher bislang übersehen wurden.“
Wissenschaftler erstellen genetische Barcodes
Anhand bestimmter, unverwechselbarer Gen-Abschnitte, die bei jeder Tierart einzigartige Muster aufweisen, erstellen die Wissenschaftler die genetischen Barcodes. Genetisches Barcoding – tatsächlich ist die Methode nach den Strichcode-Etiketten auf Kaufhausware benannt – revolutioniert derzeit die Taxonomie. Arten sollen in Zukunft quasi gescanned und damit schnell identifiziert werden können. Klimawandel und der steigende Druck auf die Meere und intensiv genutzten Küstenregionen erfordern genaue Kenntnisse darüber, welche Arten einen Lebensraum besiedeln, wo diese vorkommen, wo sie verschwinden und welche Neuankömmlinge sind. Dabei sind Geschwindigkeit und Präzision der Methode wichtig.
Bisher wurden die Arten allein nach äußeren Merkmalen bestimmt. Diese traditionelle Arbeitsweise der Biologie bietet auch weiterhin eine wichtige Basis: Um die genetische Datenbank der Nordseetiere aufzubauen, muss erst einmal klar sein, von welchen Tieren das Material im Reagenzglas überhaupt stammt. Nur dann lassen sich Artname und genetischer Code korrekt verknüpfen.
Deshalb arbeitet das sechsköpfige Team „Molekulare Taxonomie mariner Organismen“ eng mit den darauf spezialisierten Senckenberg-Wissenschaftlern zusammen und ist weltweit mit weiteren Taxonomen vernetzt.
Genetischer Fingerabdruck ist eindeutig
Barcoding eröffnet Möglichkeiten für Forschung, Umwelt- und Naturschutz, wo die Taxonomen an ihre Grenzen stoßen: Während ein Betrachter nach Augenschein bestimmt, ob ein Tier zu Art A oder B gehört, ist der genetische Fingerabdruck eindeutig. Per molekulargenetischer Untersuchungen lässt sich ein Individuum auch dann identifizieren, wenn es vom Fischnetz zerdrückt ist oder gar nur ein Beinchen gefunden wird. Selbst aus Laich, bei dem für das bloße Auge ein Ei wie das andere aussieht, lässt sich mittels Barcode eindeutig ablesen, welcher Fisch hier schlüpfen wird.
Wissen über Laich und Larven und welche Art wo und wie häufig vorkommt, erlaubt nach Angaben der Wissenschaftler Schlüsse auf die Populationsentwicklung der Fischarten und ist eine wesentliche Voraussetzung für eine nachhaltige Nutzung der Bestände. Ein besseres Verständnis der Dynamiken innerhalb des Lebensraums wird in Zukunft immer wichtiger, da die Nordsee nicht nur Erholungsgebiet und Nahrungsquelle für Menschen ist, sondern auch ein wichtiges Teil im Gesamtsystem Erde, so die Forscher.
Forscher suchen nach genetischen Markern
Die Gene eines jeden Organismus sind zwar verschieden, in jeder Körperzelle eines Individuums jedoch identisch. Untersucht wird beim genetischen Barcoding in der Regel ein Abschnitt der mitochondriellen DNA (mtDNA), die so genannte Cytochrom-c-Oxidase Untereinheit 1 (CO1), die sich außerhalb des Zellkerns in Organellen, eben den Mitochondrien, befindet.
Doch dieser Genabschnitt alleine ist in manchen Fällen nicht aussagekräftig genug, zum Beispiel bei Kreuzungen von Arten, den so genannten Hybridisierungen, oder wenn es Arten noch nicht lange gibt. Deshalb ist ein Ziel der Senckenberg-Gruppe, weitere genetische Marker zu finden, um auch Proben dieser Arten präzise bestimmen zu können.
Genabschnitte aus dem Zellkern
Aus Genabschnitten aus dem Zellkern hoffen die Forscher auf zusätzliche, eindeutige Art-Kennzeichnungen, die sich innerhalb der Barcoding-Methodik etablieren lassen. Die Entwicklung von Schnelltests zur Bestimmung der Arten in einem Lebensraum, ermöglicht die Veränderungen in der Biozönose, der Lebensgemeinschaft, detaillierter zu beobachten als bisher.
Material für die Analysen fischen sich die Wissenschaftler nicht nur direkt vor der eigenen Haustür aus der Nordsee: Die Fahrten der Senckenberg, des institutseigenen Forschungsschiffs, sowie Kollegen aus anderen Nordseeanrainerländern sorgen für einen ausreichenden Eintrag.
(Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen, 20.12.2010 – DLO)
