Tupfen Sie ein Blatt ab und finden Sie eine Art. Oder 50, dank eDNA

Als sie im Juni 2022 mit einem Experiment begannen, Blätter im Kibale-Nationalpark in Uganda abzuwischen,Christina Lynggaard, Jan Gogarten und Patrick Omeja hatten kaum bis gar keine Erwartungen.

Die Idee entstand aus Lynggaards früheren Arbeiten zur Überwachung der biologischen Vielfalt mithilfe von DNA-Proben aus der Luft. „Wenn sich tierische DNA überall in der Luft um uns herum befindet, setzt sie sich möglicherweise ab und bleibt an klebrigen Oberflächen hängen“, sagte Lynggaard, Wissenschaftler am Helmholtz-Institut für One Health in Deutschland und am Global Institute an der Universität Kopenhagen, gegenüber Mongabay. „Könnten wir die sich absetzende DNA einfach aus der Luft auf Blättern sammeln?“

Aber Regenwälder sind raue und feuchte Umgebungen. In der Annahme, dass die DNA dort schnell abgebaut werden könnte, hatte sich das Team keine großen Hoffnungen gemacht.

Bis die Ergebnisse eintrafen und sie „verblüfft“ zurückließen.

Die Forscher identifizierten 50 Tierarten, darunter Säugetiere, Vögel und Nagetiere, die alle durch bloßes Abwischen von Blättern für etwas mehr als eine Stunde – genauer gesagt 72 Minuten – entdeckt wurden. In einer im August in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlichten Studie beschrieb das Team seine schnelle und kostengünstige Technik der DNA-Probenahme in einer terrestrischen Umgebung.

„Alles, was man braucht, ist ein Tupfer und ein paar Handschuhe sowie ein mit einer Flüssigkeit gefülltes Sammelröhrchen, um die DNA zu fixieren; Das und drei Minuten, um ein paar Blätter abzuwischen“, sagte Co-Autor Gogarten, ebenfalls vom Helmholtz-Institut und der Forschungsgruppe Angewandte Zoologie und Naturschutz an der Universität Greifswald in Deutschland, in einem E-Mail-Interview mit Mongabay.

Umwelt-DNA oder eDNA ist das genetische Material, das Tiere über ihre Haare, Ausscheidungen, Fell und Speichel hinterlassen. Seit einiger Zeit sammeln, testen und analysieren Wissenschaftler eDNA, um die Artenvielfalt zu verstehen, die in verschiedenen Ökosystemen lebt, darunter Ozeane, Flüsse, Luft, Wälder und sogar auf dem höchsten Berg der Welt. Die Methode erfreut sich in den letzten Jahren aufgrund ihrer Fähigkeit zur Untersuchung großer Gebiete und ihres nichtinvasiven Charakters immer größerer Beliebtheit. Das boomende Interesse an eDNA hat auch Innovationen bei Probenahmetechniken vorangetrieben, von Drohnen, die Wasserproben sammeln, bis hin zu Roboter-Rovern, die Laubstreu und Erde sammeln.

Allerdings wurden Umwelt-DNA-Tests eher zur Untersuchung einiger Ökosysteme eingesetzt als andere. „Für aquatische Systeme hat sich eDNA eindeutig dem Werkzeugkasten von Naturschutzbiologen und Fischereimanagern angeschlossen“, sagte Gogarten. „Menschen filtern einfach eine Menge Wasser und suchen nach tierischer DNA. Dieser Ansatz hat sehr anspruchsvolle Erhebungstechniken ersetzt.“

In einer terrestrischen Umgebung wird es jedoch etwas komplizierter. Wirbellose, die mit Landtieren in Kontakt gekommen sind, haben sich als zuverlässige Quelle für eDNA erwiesen, ebenso wie Boden- und Luftproben, sagte Gogarten. Doch diese Probenahmemethoden müssen von Forschern und Wildtiermanagern noch weitgehend übernommen werden.

„Dies liegt zum Teil daran, dass die Sammlung von eDNA aus Quellen wie Wirbellosen oder Boden- oder Luftproben zeitaufwändig ist und einiges an Ausrüstung und Schulung erfordert“, sagte er. „Außerdem ist die Verarbeitung recht zeitaufwändig, sodass die bei Wasserproben häufig vorkommenden großen Probenmengen entfallen.“

In diesem Zusammenhang machte sich das Team daran, zu testen, ob es möglich ist, Blätter abzutupfen, um DNA zu sammeln.

Im Rahmen ihres Experiments sammelte das Team anhand von 24 Abstrichproben Proben an drei Orten in Kibale, das vor allem für seine Schimpansen und andere Primaten bekannt ist. Um eine größere Artenvielfalt zu gewährleisten, sammelten sie Proben sowohl von der Vegetation in Bodennähe als auch von der Vegetation über ihren Köpfen.

„Die Probenentnahme war wirklich einfach: Ziehen Sie Handschuhe an, wickeln Sie ein Wattestäbchen aus, tauchen Sie es in eine Lösung, die die DNA konserviert, und tupfen Sie dann drei Minuten lang alle Blätter ab, die wir konnten“, sagte der Co-Autor der Studie, Patrick Omeja, ein leitender Forschungsmitarbeiter und Field Director an der Makerere University in Kampala, sagte Mongabay in einem E-Mail-Interview. „Wenn man das Gebiet schnell verlassen muss, weil Elefanten vor Ort sind, muss man weder Ausrüstung noch schwere Batterien einpacken und transportieren, was ein weiterer Vorteil ist.“

Zurück im Labor fand Lynggaard in jedem einzelnen Abstrich, den sie auf dem Feld gesammelt hatten, Wirbeltier-DNA und entdeckte durchschnittlich acht Arten pro Abstrich. Dies reichte von Tieren wie dem mächtigen Afrikanischen Elefanten (Loxodonta africana), dem normalerweise schwer fassbaren L'Hoest-Affen (Allochrocebus Ihoesti), dem gefährdeten Roten Stummelaffen (Piliocolobus tephrosceles), dem Hammerkopf-Flughund (Hypsignathus monstrosus) bis hin zum Wald Rieseneichhörnchen (Protoxerus stangeri) und Vögel wie der Große Blaue Turaco (Corythaeola cristata) und der Graupapagei (Psittacus erithacus).

Es ist die hohe Erkennungsrate, gepaart mit der einfachen Probenahme, die Lynggaard und das Team zuversichtlich macht, dass die Methode ein enormes Potenzial für die Überwachung der biologischen Vielfalt bietet. Obwohl der Ansatz in Kibale wirksam war, hat das Team noch offene Fragen zur Wirksamkeit dieses Ansatzes in anderen Ökosystemen.

„Vielleicht baut die Sonne in einer Savanne tierische DNA auf den Blättern schneller ab, sodass dies nicht so effizient ist“, sagte Gogarten. „Oder an einem Ort mit viel Regen, wo die Blätter regelmäßiger gereinigt werden und es dort nicht so gut funktioniert.“

Darüber hinaus ist noch unklar, wie lange die DNA auf Blättern in den Tropen verbleibt. „Wenn ein Tier vor einem Jahr an dieser Stelle im Wald war, können wir dann auch ein Jahr später noch seine DNA auf Blättern nachweisen?“ sagte Gogarten. „Das sind die Arten von Fragen, die wir als nächstes angehen wollen.“

Während sie in den kommenden Monaten und Jahren an der Beantwortung dieser Fragen arbeiten, hofft Lynggaard, dass sich auch der Bereich der eDNA weiterentwickelt, um die derzeit bestehenden Einschränkungen zu überwinden.

„Diese Arten von Nachweisen, die bestätigen, dass eine Art in einem Ökosystem vorhanden ist, sind wirklich nett, aber ein wirklich großer nächster Schritt für eDNA besteht darin, sich auf Abundanzschätzungen zu konzentrieren“, sagte sie. „Damit könnten wir eine Population im Laufe der Zeit überwachen oder untersuchen, wie sich Populationen in verschiedenen Landschaften oder in Bezug auf Umweltfaktoren unterscheiden.“

Auch das Fehlen umfassender und ausreichender Referenzdatenbanken, mit denen DNA-Sequenzen verglichen werden können, stellt eine Hürde dar. „Es gibt große Initiativen, um noch mehr Tiere mit Barcodes zu versehen“, sagte Lynggaard. „Aber von einer vollständigen Datenbasis sind wir noch weit entfernt.“

Bannerbild: Jan Gogarten und Christina Lynggaard wischen Blätter ab, um Wirbeltier-eDNA zu sammeln. Bild von Andreas Sachse.

Abhishyant Kidangoor ist Mitarbeiterautorin bei Mongabay. Finden Sie ihn auf 𝕏 @AbhishyantPK.

Wissenschaftler hoffen, die eDNA-Probenahme mithilfe von Drohnen und Robotern noch effizienter zu gestalten

Zitat:

Lynggaard, C., Calvignac-Spencer, S., Chapman, CA, Kalbitzer, U., Leendertz, FH, Omeja, PA, ... Gogarten, JF (2023). Umwelt-DNA von Wirbeltieren aus Blattabstrichen. Current Biology, 33(16), R853-R854. doi: