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ARTENBESTIMMUNG: Wie man seltene Arten leichter erkennt

Tierarten sind dank neuester Genanalysemethoden schneller und günstiger zu bestimmen. Wichtig ist dies besonders bei seltenen oder vom Aussterben bedrohten Arten. Statt auf äussere Merkmale setzt man auf DNS-Barcoding.
Andreas Lorenz-Meyer
Die Forscher bestimmten unter anderem verschiedene Arten der Hausfeldwespe. (Bild: PD)

Die Forscher bestimmten unter anderem verschiedene Arten der Hausfeldwespe. (Bild: PD)

Andreas Lorenz-Meyer

Taxonomen beschreiben die Vielfalt des Lebens auf der Erde. Das tun sie seit jeher auf klassischem Wege anhand der Morphologie, der äusseren Merkmale von Lebewesen. Sie nehmen Beine oder Panzer unter die Lupe und suchen nach Unterscheidungsmerkmalen. «Unsere Aufgabe ist es dann, diese Unterschiede zu beurteilen und schliesslich zu entscheiden, ob sie auf eine eigenständige Art hindeuten oder nur eine innerartliche Variation sind», sagt Stefan Schmidt, Kurator für Hymenoptera (Hautflügler) an der Zoologischen Staatssammlung München, die 22 Millionen tierische Objekte besitzt.

Nicht so lange wie die Morphologie gibt es DNS-Barcoding. Vor gut 15 Jahren kam der kanadische Entomologe Paul Hebert auf die Idee, Arten mit Hilfe eines Genfragments zu bestimmen. Aus dem Gen für das Enzym Chytochrome Oxidase 1, kurz COI, lässt sich schnell und billig eine bestimmte Sequenz, bestehend aus 658 Basenpaaren, heraustrennen. Diese Sequenz variiert bei fast allen Arten, ist aber innerhalb einer Art nahezu identisch. Ideal für die Arbeit von Taxonomen.

Bisher erst wenige Prozent der Tierarten bestimmt

Die traditionelle Taxonomie beschrieb in den letzten 200 Jahren 5 bis 10 Prozent der existierenden Arten – immerhin 1,8 Millionen. «Die klassische Vorgehensweise ist trotz moderner Technik auch nicht viel schneller als früher», meint Schmidt. Jährlich würden 15000 bis 18000 neue Arten klassisch beschrieben. Manche Fachleute meinen, per DNS-Barcoding liessen sich alle Arten weltweit innerhalb der nächsten 20 Jahre bestimmen: 10 bis 15 Millionen. DNS-Barcoding bekommt wegen der Zunahme aussterbender Arten eine grosse Bedeutung. Kombiniert man mehrere Methoden, spricht man von integrativer Taxonomie. Sie verbindet die klassische Untersuchung äusserer Merkmale zum Beispiel mit dem DNS-Barcoding. Manchmal bringt das Licht in schwierige Fälle. So zeigte sich bei genetischen Tests, dass die vom Aussterben bedrohte Südliche Batagur-Flussschildkröte Batagur affinis noch ein Gegenstück hat, die Südliche Batagur-Flussschildkröte Batagur baska. Bioakustische Analysen können auch Klarheit schaffen. Der Pfeilgiftfrosch Allobates spumaponens etwa hat seine Entdeckung einer Tonaufnahme zu verdanken. Die integrative Methode ist nicht neu, war für die meisten Tiergruppen, vor allem artenreiche wie die Insekten, bisher aber eher selten im Einsatz. Schmidt hat das Anwendungsspektrum nun mit einer neuen, im Fachblatt Zoo Keys im November 2017 erschienenen Studie um eine Insektengruppe erweitert: die Feldwespen der Gattung Polistes aus der Familie der Faltenwespen. Lange hatte es bei Polistes taxonomische Probleme gegeben. «Obwohl die Tiere sehr gross und auffällig gefärbt sind, ist die Trennung der Arten nach äusseren Merkmalen schwierig, weil sie morphologisch sehr ähnlich sind», erläutert Christian Schmid-Egger, einer der beteiligten Forscher. Bisher wurden die Arten vor allem aufgrund von Farbmerkmalen unterschieden, die jedoch innerhalb einer Art sehr stark variieren können. Einige Exemplare lassen sich nur genetisch sicher bestimmen.

Was die Wespenforscher dann auch taten. Sie untersuchten 260 Wespenexemplare morphologisch, dann per DNS-Barcoding. Die genetischen Ergebnisse verglich man mit den morphologischen. Die untersuchten Tiere stammen aus Mitteleuropa, dem Mittelmeerraum und Nordafrika. Alle Arten konnten identifiziert und ihre genaue Verbreitung festgestellt werden. Ausserdem fand man neue Unterscheidungsmerkmale. So kam heraus, dass es sich bei einem Tier aus dem Hohen Atlas in Marokko um eine bisher unbekannte Feldwespenart handelt, die nur im marokkanischen Gebirge vorkommt. Sie bekam den Namen Polistes maroccanus.

Genanalysen erkennen die Unterschiede besser

Der integrative Ansatz bringt mehr Zuverlässigkeit in die Taxonomie. Klar definierte Mindestunterschiede für das Trennen von Arten gibt es dort nicht. «Ob es sich um eine eigenständige Art handelt, hängt in der klassisch-morphologischen Taxonomie vor allem von der subjektiven Meinung des Spezialisten ab», erklärt Stefan Schmidt. Die Einschätzungen seien manchmal selbst für Kollegen nicht immer eindeutig nachvollziehbar. Genetische Analysen ermöglichen eine objektivere Betrachtung. Die genetischen Distanzen zwischen Arten und Individuen lassen sich berechnen. Schmidt: «Verschiedenen Arten sind durchschnittlich durch eine genetische Distanz von zwei Prozent voneinander entfernt. Manchmal ist es auch weniger.» Doch immer gebe es eine sogenannte Barcoding-Lücke, die die Art erkennbar macht.

DNS-Barcoding funktioniert in über 95 Prozent der Fälle. Manchmal kommen innerhalb einer Art aber auch mehrere genetische Typen vor, sogenannte Haplotypen. Oder verschiedene Arten besitzen die gleichen Haplotypen. Bei Hybriden ist das möglich, den Nachkommen von zwei verschiedenen Arten. Wegen dieser Fehlerquellen bedürfen genetische Daten einer kritischen Überprüfung, vor allem dann, wenn Unterschiede zwischen Genetik und traditioneller Taxonomie bestehen. Bei der Wespenart Polistes dominula etwa deutete der genetische Test auf zwei Arten hin, jedoch fanden sich keine morphologischen Unterschiede zwischen den genetischen Typen. Ausserdem wurden keine Unterschiede in den Kerngenen festgestellt. Den Forschern erschien es daher unwahrscheinlich, dass es sich bei Polistes dominula um mehr als eine Art handelt.

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