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Die Erde beherbergt eine enorme Vielfalt an Leben. Schätzungen zufolge existieren rund 8,7 Millionen Arten auf unserem Planeten, doch ein großer Teil davon ist noch immer unbekannt. Besonders in schwer zugänglichen Regionen wie dichten Regenwäldern, tiefen Ozeanen oder abgelegenen Gebirgslandschaften ist es für Forschende oft schwierig, Tiere und Pflanzen direkt zu beobachten. Gleichzeitig nimmt der Druck auf die Natur durch Klimawandel, Lebensraumverlust und Umweltverschmutzung stetig zu. Um die Artenvielfalt wirksam schützen zu können, benötigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler daher zuverlässige und möglichst schnelle Methoden um herauszufinden, welche Arten in einem Gebiet leben.
Eine der spannendsten Entwicklungen der letzten Jahre ist die sogenannte Umwelt-DNA, kurz eDNA. Diese Methode ermöglicht es, genetische Spuren von Organismen in ihrer Umgebung nachzuweisen, zum Beispiel im Wasser, im Boden oder sogar in der Luft. Organisationen wie der WWF nutzen diese Technik bereits in zahlreichen Forschungs- und Naturschutzprojekten weltweit!
Was ist Umwelt-DNA?
Der Begriff Umwelt-DNA beschreibt genetisches Material, das Lebewesen in ihrer Umgebung hinterlassen. Wenn Tiere oder andere Organismen sich bewegen, verlieren sie ständig kleine Teile ihres Körpers: Hautzellen, Haare, Schleim oder Ausscheidungen. In diesen Materialien befindet sich DNA, der genetische Bauplan jedes Lebewesens und diese Spuren bleiben für eine gewisse Zeit in Wasser, Boden oder Luft erhalten.
Forscherinnen und Forscher können Proben aus der Umwelt entnehmen und anschließend im Labor analysieren. Dabei wird die enthaltene DNA isoliert, vervielfältigt und mit großen genetischen Datenbanken verglichen. Jede Art besitzt eine einzigartige Abfolge von DNA-Bausteinen, ähnlich wie ein Strichcode auf einem Produkt im Supermarkt. Durch diesen Vergleich lässt sich bestimmen, welche Arten ihre Spuren in der Probe hinterlassen haben.
Besonders wichtig ist dabei eine Methode namens „Metabarcoding“. Mit ihr können Wissenschaftler:innen gleichzeitig die DNA vieler verschiedener Arten auswerten. Eine einzige Wasserprobe kann daher Hinweise auf zahlreiche Tiere, Pflanzen oder Mikroorganismen liefern, die in einem bestimmten Lebensraum vorkommen. Diese Technik ermöglicht einen deutlich umfassenderen Blick auf ein Ökosystem als viele traditionelle Beobachtungsmethoden.
Vorteile gegenüber klassischen Forschungsmethoden
Die Erforschung von Biodiversität war lange Zeit sehr aufwendig. Klassische Methoden wie Kamerafallen, Beobachtungen im Gelände oder Fangmethoden erfordern viel Zeit, Personal und Geld. Zudem lassen sich viele Arten nur schwer entdecken, etwa weil sie selten sind, nachtaktiv leben oder in unzugänglichen Regionen vorkommen.
Hier bietet Umwelt-DNA entscheidende Vorteile. Die Methode ist nicht-invasiv, das heißt, Tiere müssen nicht gefangen oder gestört werden. Forschende müssen lediglich Proben aus der Umwelt entnehmen. Außerdem ist eDNA häufig schneller und kostengünstiger als traditionelle Methoden. Große Gebiete können mit vergleichsweise wenig Aufwand untersucht werden.
Ein weiterer Vorteil ist die hohe Empfindlichkeit der Methode. Selbst kleinste DNA-Spuren reichen aus, um die Anwesenheit einer Art nachzuweisen. Dadurch können auch seltene oder scheue Tiere entdeckt werden, die bei klassischen Beobachtungen möglicherweise übersehen würden. Gleichzeitig lassen sich mit eDNA auch sehr kleine Organismen wie Mikroben oder Insekten nachweisen, die sonst nur schwer bestimmt werden können.
WWF-Projekte mit eDNA
Ein Beispiel ist ein großes Forschungsprojekt im Mekong-Flusssystem in Südostasien. Der Mekong zählt zu den artenreichsten Flüssen der Welt, ist aber aufgrund seiner Größe, der starken Strömung und der trüben Wasserverhältnisse sehr schwer zu untersuchen. Gemeinsam mit wissenschaftlichen Partnern führte der WWF hier umfangreiche eDNA-Analysen durch. Durch Wasserproben konnten zahlreiche Arten nachgewiesen werden, darunter auch extrem seltene und bedrohte Tiere wie der Mekong-Riesenwels oder der Irrawaddy-Delfin.
Auch in den Gebirgsregionen Bhutans wurde die Methode erfolgreich eingesetzt. Dort analysierten Forschende Wasserproben aus Gebirgsbächen, die aus den Hochlagen des Himalaja herabfließen. Die Ergebnisse waren überraschend: In den Proben fanden sich genetische Spuren von seltenen Arten wie der Pallaskatze oder dem Tibet-Felsgleithörnchen. Einige dieser Tiere waren zuvor in der Region noch nie nachgewiesen worden.
Darüber hinaus arbeitet der WWF an innovativen Anwendungen der Methode. In der Arktis untersuchen Forschende beispielsweise eDNA aus Pfotenabdrücken von Eisbären im Schnee. Ziel ist es, einzelne Tiere anhand ihrer genetischen Spuren zu identifizieren, ohne sie einfangen oder betäuben zu müssen. In den Wäldern Bhutans wird eDNA außerdem genutzt, um die Beutetierpopulationen von Tigern zu untersuchen. Da erwachsene Tiger täglich große Mengen Nahrung benötigen, ist das Wissen über die Zahl der vorhandenen Beutetiere entscheidend für den Schutz dieser Raubkatzen.
Neue Möglichkeiten für das Monitoring von Ökosystemen
Umwelt-DNA eröffnet nicht nur neue Wege zur Entdeckung einzelner Arten, sondern auch zur Untersuchung ganzer Lebensgemeinschaften. Mit Hilfe genetischer Analysen können Forschende feststellen, welche Tier- und Pflanzenarten in einem Gebiet vorkommen und wie sich diese Gemeinschaft im Laufe der Zeit verändert.
Solche Daten sind besonders wichtig für den Naturschutz. Sie helfen dabei zu verstehen, wie sich Klimawandel, Lebensraumverlust oder Umweltverschmutzung auf Ökosysteme auswirken. Gleichzeitig ermöglichen sie es, Schutzmaßnahmen gezielter zu planen. Wenn beispielsweise festgestellt wird, dass eine bedrohte Art in einem bestimmten Gebiet vorkommt, können dort Schutzgebiete eingerichtet oder Nutzungsbeschränkungen eingeführt werden.
Ein weiterer Vorteil der eDNA-Methode ist die Möglichkeit, lokale Gemeinschaften in die Forschung einzubeziehen. Da das Sammeln der Proben vergleichsweise einfach ist, können auch Menschen vor Ort daran teilnehmen. Ihr Wissen über die Landschaft und die Tierwelt hilft dabei, geeignete Probenorte auszuwählen.
Grenzen der Methode und zukünftige Entwicklungen
Trotz ihrer großen Vorteile hat die Umwelt-DNA-Analyse auch einige Einschränkungen. Die Methode kann zwar zeigen, dass eine Art in einem Gebiet vorkommt, liefert aber oft keine genauen Informationen über die Größe einer Population. Außerdem können DNA-Spuren durch Wasserströmungen oder andere Umweltfaktoren transportiert werden, sodass nicht immer klar ist, wie weit das Tier tatsächlich entfernt war.
Aus diesem Grund wird eDNA meist mit anderen Forschungsmethoden kombiniert, etwa mit Kamerafallen, Geländebeobachtungen oder Satellitendaten. Durch die Kombination verschiedener Datenquellen entsteht ein deutlich genaueres Bild der Biodiversität.
Ein weiterer wichtiger Schritt für die Zukunft ist der Ausbau genetischer Referenzdatenbanken. Je mehr Arten genetisch erfasst sind, desto zuverlässiger lassen sich eDNA-Proben auswerten. Internationale Kooperationen zwischen Forschungseinrichtungen und Naturschutzorganisationen spielen dabei eine zentrale Rolle.
Quellen
