Mit DNA-Barcodes gegen Artensterben und Personalmangel

Mittwoch, 20.3.2024

Wenn Expert*innen fehlen, hilft die Technik weiter: Schmetterlingsarten lassen sich zuverlässig anhand von genetischen Fingerabdrücken, sogenannten Barcodes bestimmen. Dies bestätigt eine Studie der Naturwissenschaftlichen Sammlung der Tiroler Landesmuseen in Zusammenarbeit mit dem Institut für Biologie der Universität Graz, dem Landesmuseum Kärnten und der Zoologischen Staatssammlung München. Die Ergebnisse ihres Forschungsprojekts veröffentlichten die Wissenschaftler*innen am 11. März 2024 in der renommierten Fachzeitschrift PLOS ONE. Die Erkenntnisse der Untersuchung dürfen dabei als wegweisend für zukünftige Forschungsvorhaben zu Artenvielfalt und Artenschutz gelten.

Neue Studie zu genetischen Fingerabdrücken
Mit Hilfe genetischer Methoden untersuchte das deutsch-österreichische Forschungsteam die Biodiversität einer artenreichen Familie von Nachtfaltern. Ziel der Studie war es, am Beispiel der österreichischen Spanner zu überprüfen, wie zuverlässig sich Arten anhand ihres genetischen Fingerabdrucks mit der sogenannten Barcoding-Methode bestimmen lassen.
Barcoding bezeichnet eine genetische Bestimmungsmethode, die zur korrekten Identifizierung einer Art lediglich eine kurze DNA-Sequenz benötigt. Dieser „genetische Finderabdruck“ wird mit einer Datenbank an Barcodes abgeglichen. Ähnlich wie bei einer Internetsuchmaschine können Nutzer*innen die Sequenz in ein Suchfeld eingeben und automatisiert mit der Barcode-Bibliothek vergleichen lassen. Diese Bibliothek umfasst die Barcodes richtig bestimmter Referenzproben und bildet ein möglichst vollständiges Inventar an Arten ab. Die Sequenz, die der gesuchten am ähnlichsten ist, wird als Ergebnis ausgegeben.
Die Ergebnisse der neuen Studie veröffentlichten die Forscher*innen am 11. März 2024 in einem Beitrag in der renommierten Fachzeitschrift PLOS ONE (https://doi.org/10.1371/journal.pone.0298025). Gerade bei Untersuchungen zur Biodiversität, bei denen sowohl das fortschreitende Artensterben als auch ein Mangel an Fachpersonal die Wissenschaft immer öfter in Bedrängnis bringt, könnte diese Methode Erleichterungen erzielen.

Artensterben und fehlendes Fachpersonal
Durch die Zerstörung von Lebensräumen, Umweltverschmutzung, Klimawandel und den Einsatz von Pestiziden hat der Mensch die Welt in eine Biodiversitätskrise gestürzt. Insekten sind davon besonders betroffen. Studien weisen auf einen alarmierenden Rückgang der weltweiten Insektenpopulationen hin. Schätzungen zufolge handelt es sich um einen Rückgang von bis zu 75 Prozent in den vergangenen Jahrzehnten. Dieser Trend bereitet Sorge, denn ein massenhaftes Aussterben der Arten hat schwerwiegende Auswirkungen auf Ökosysteme im Allgemeinen und auf das Leben der Menschen.
Um die Insektenbestände im Blick zu behalten, braucht es ausgebildete Expert*innen, welche die Arten korrekt identifizieren können. Zudem bildet das Wissen über die Insektenarten, deren Biologie, Verbreitung und Gefährdungsgrad eine wichtige Grundlage, um daraus die richtigen Schutzmaßnahmen ableiten zu können. Doch selbst bei beliebten Gruppen wie Schmetterlingen fehlt es an Expert*innen. Bei manchen Bereichen allerdings könnte der Mangel an wissenschaftlichem Personal teilweise durch das sogenannte Barcoding ausgeglichen werden.

Österreichischen Spannerfauna als Testbeispiel
Die Naturwissenschaftlichen Sammlung der Tiroler Landesmuseen hat in Zusammenarbeit mit dem Institut für Biologie der Universität Graz, dem Landesmuseum Kärnten und der Zoologische Staatssammlung München eine genetische Vergleichsbibliothek für die österreichische Spannerfauna aufgebaut.Mit 476 in Österreich bekannten Arten stellt diese eine äußerst vielfältige Familie von Nachtfaltern dar. Spanner besiedeln eine Vielzahl verschiedener Lebensräume, was zu einigen äußeren Anpassungen geführt hat. So kommen etwa Arten vor, bei denen die Weibchen kürzere oder gar keine Flügel haben und flugunfähig sind. Auf den Alpengipfeln sind Arten verbreitet, die es nur in Österreich gibt, sogenannte Endemiten. Zu ihnen gehört etwa der Schneeweiße Alpenwiesenspanner (Crocota niveata).
Am Beispiel der Spanner haben die Wissenschaftler*innen überprüft, wie zuverlässig sich die Barcoding-Methode zur Artenbestimmung eignet. Unter den untersuchten Nachtfaltern konnten 97 Prozent der Arten anhand der Barcodes identifiziert werden. Auch Hinweise auf zwei möglicherweise neue Arten wurden gefunden. Die Wissenschaftler*innen erhoffen sich von diesen Erkenntnissen wesentliche Erleichterungen für die weitere Erforschung der Spanner in Mitteleuropa. Ein erheblicher Nutzen ist insbesondere für Biodiversitätsprojekte zu erwarten, die Schutzmaßnahmen und die Verbreitung von Arten erforschen.

Publikation
Schattanek-Wiesmair B, Huemer P, Wieser C, Stark W, Hausmann A, Koblmüller S, Sefc K M. (2024) A DNA barcode library of Austrian geometridae (Lepidoptera) reveals high potential for DNA-based species identification. PLoS O-NE19(3): e0298025. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0298025