Category Archives: German Barcode of Life

Neue DNA-Datenbank der Wasserinsekten verbessert Umweltüberwachung

Im Wasser lebende Insekten spielen eine große Rolle als Zeigerarten bei der Beurteilung der Gewässerqualiät von Bächen, Flüssen und Seen. Die Forscher der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) veröffentlichten nun eine genetische Arten-Datenbank der Eintags-, Köcher- und Steinfliegen in Deutschland, die das Umweltmonitoring und die Beurteilung von Ökosystemen erleichtern soll.

Eintagsfliege Rhithrogena germanica (Foto: SNSB-ZSM).

Wasserinsekten sind vor allem bei der Bestimmung der Gewässergüte von Fließ- sowie Standgewässern von enormer Bedeutung. Viele Arten speziell der Eintags-, Köcher- und Steinfliegen sind so optimal an ihre Lebensräume angepasst, dass sie äußerst sensibel auf kleinste Veränderungen ihrer Umwelt durch beispielsweise Verschmutzung oder auch klimatische Abweichungen reagieren. Die Reaktion der Insektenfauna auf veränderte Standortbedingungen werden heute oft zum Zwecke des Umweltmonitoring genutzt. Ökologen können durch die Erfassung der vorkommenden Arten und der Artgemeinschaften innerhalb eines Biotops unter anderem Rückschlüsse auf Wasser- oder Bodenqualität ziehen und somit dessen ökologisches Gleichgewicht bewerten.

Leider gestaltet sich die Artbestimmung bei diesen sogenannten Bioindikator- oder Zeigerarten in der Praxis oft sehr schwierig. Vor allem die Larven sind selbst für Experten anhand ihrer äußeren Merkmale kaum zu unterscheiden. Artbestimmungen sind somit meist zeitaufwändig, teuer und oft fehlerhaft.

Forscher der Zoologischen Staatssammlung München geben Ökologen und Umweltgutachtern mit ihrer nun veröffentlichten Gen-Datenbank für Eintags-, Köcher- und Steinfliegen ein wichtiges Werkzeug an die Hand. Im Rahmen ihrer DNA-Barcoding Projekte haben die ZSM Wissenschaftler die genetischen Fingerabdrücke – sogenannte DNA-Barcodes – von über 2600 Exemplaren der Wasserinsekten aus den drei Gruppen erfasst. Diese konnten insgesamt 363 verschiedenen Arten zugeordnet werden, was rund zwei Dritteln aller in Deutschland vorkommenden Arten entspricht. Diese genetische ‚Bibliothek des Lebens‘ dient nun als solide Referenz für zukünftige Artbestimmungen und gibt Ökologen eine schnellere und zuverlässigere Methode zur Identifikation von Indikatorarten an die Hand.

„Die neu von uns aufgestellte DNA-Datenbank beinhaltet alle für ökologische Fragestellungen relevanten Arten“, so Jérôme Morinière, taxonomischer Koordinator an der ZSM, „unser Ziel ist der weitere Ausbau unserer „Bibliothek des Lebens“ und deren Nutzbarkeit für Prozesse im Umwelt- oder Biodiversitätsmonitoring.“

Bedrohte Artenvielfalt kennt keine politischen Grenzen: Internationales Forscherteam erfasst DNA-Barcodes europäischer Heuschrecken

Gefleckte Schnarrschrecke (Bryodemella tuberculata). Foto: O. Hawlitschek.

Wissenschaftler aus Deutschland, Österreich und der Schweiz haben in einem Kooperationsprojekt gemeinsam fast 80% der mitteleuropäischen Heuschrecken (Orthoptera) genetisch erfasst und stellen deren Gencodes in einer frei zugänglichen Online-Bibliothek zur Verfügung. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Forscher Anfang dieser Woche.

Zoologen aus drei Ländern und vier großen DNA-Barcoding-Initiativen haben zum weitreichenden Erfolg des Projektes beigetragen: Im Rahmen der „Barcode of Life“-Projekte aus Deutschland (BFB, GBOL), Österreich (ABOL) und der Schweiz (SwissBOL) wurden rund 750 genetische Codes, sogenannte DNA-Barcodes, von Heuschrecken erfasst, die über 120 verschiedenen Arten zugeordnet werden konnten. Dies entspricht fast 80% aller Arten in Mitteleuropa, und sogar annähernd 100% der deutschen Arten. „Für die Erforschung der Biodiversität sind solch groß angelegte Projekte unerlässlich. Nur so können wir die Artenvielfalt effektiv erfassen, und zur Erhaltung beitragen“, so der Projektkoordinator Oliver Hawlitschek von der Zoologischen Staatssammlung München. Allen DNA-Barcoding-Projekten ist eines gemeinsam: Sie verfolgen das ehrgeizige Ziel, die genetischen Fingerabdrücke aller Tierarten der Erde zu erfassen – die globale Online-Datenbank umfasst inzwischen über 160.000 Arten. Mehr Informationen zum Projekt gibt es auf www.barcoding-zsm.de. „Der genetische Barcode oder Fingerabdruck ist auch eine wichtige Basis für die evolutionsbiologische und ökologische Grundlagenforschung“, ergänzt Gerlind Lehmann, eine am Projekt beteiligte Wissenschaftlerin von der Humboldt Universität zu Berlin.

Heuschrecken sind Laien vor allem durch die sprichwörtlichen Heuschreckenplagen bekannt. Noch bis zur Mitte des 20. Jahrhunderts traten solche Heuschreckenplagen auch in Bayern auf. Heute sind jedoch viele der Arten, die Plagen verursachten, sehr selten geworden, z.B. die Europäische Wanderheuschrecke, die Italienische Schönschrecke oder die Wanstschrecke. Inzwischen sind Heuschrecken in Mitteleuropa auch nicht mehr als Schadinsekten anzusehen. Stattdessen machen sich viele Heuschreckenarten nützlich, indem sie Schadinsekten wie z.B. Blattläuse vertilgen – denn keineswegs  alle Arten sind Vegetarier – oder anderen schutzwürdigen Arten wie dem Weißstorch als Nahrung dienen. Heuschrecken reagieren sehr sensibel auf Veränderungen ihres Lebensraumes. Die Wissenschaftler machen für den Artenschwund vor allem die heutige Kulturlandnutzung verantwortlich: Immer  intensivere Landwirtschaft nimmt den Heuschrecken ihre Lebensräume, vor allem artenreiche Wiesen und Weiden. Auch die Individuenzahlen von Allerweltsarten haben drastisch abgenommen. Die erst kürzlich vom Bayerischen Landesamt für Umwelt aktualisierte Rote Liste der gefährdeten Arten bewertet bereits 45% der bayerischen Heuschreckenarten als bestandsgefährdet. Sechs Arten sind zumindest in Bayern schon vollständig ausgestorben (http://www.lfu.bayern.de/natur/rote_liste_tiere/2016/doc/heuschrecken_infoblatt.pdf). „Gerade Heuschrecken sind für den Naturschutz von besonderer Relevanz“, ergänzt Nikola Szucsich vom österreichischen Barcoding-Projekt ABOL, „denn sie sind typisch für selten gewordene Lebensräume, die auch viele andere bedrohte Arten beherbergen.“

Publikation: Hawlitschek, O., Morinière, J., Lehmann, G.U.C., Lehmann, A.W., Kropf, M., Dunz, A., Glaw, F., Detcharoen, M., Schmidt, S., Hausmann, A., Szucsich, N.U., Caetano-Wyler, S.A., Haszprunar, G. (2016): DNA barcoding of crickets, katydids, and grasshoppers (Orthoptera) from Central Europe with focus on Austria, Germany, and Switzerland. Molecular Ecology Resources. doi: 10.1111/1755-0998.12638

Schädlingen in die Gene geschaut: Über 1000 Pflanzenwespen-Arten genetisch erfasst

Corynis obscura F. in Geranium flower

Keulhornblattwespe Corynis obscura in Storchschnabelblüte (Foto: S. Schmidt)

Die Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM) und das Senckenberg Deutsche Entomologische Institut (SDEI) haben einen großen gemeinsamen wissenschaftlichen Erfolg zu verzeichnen. Die Wissenschaftler entschlüsselten nun den genetischen Code von über 1000 Pflanzenwespen-Arten (Symphyten) und stellen diesen in einer Online-DNA-Bibliothek frei zur Verfügung. Ihre Ergebnisse stellen sie diese Woche in einer Publikation vor.

Sie sind zwar nicht so bekannt wie ihre oft schwarz-gelb gefärbten Verwandten aus der Gruppe der ‚echten‘ Wespen, aber zumindest bei Land- und Forstwirten ebenso unbeliebt: Die Pflanzenwespen oder wissenschaftlich Symphyta. Deren gefräßige Larven ernähren sich bis auf wenige Ausnahmen ausschließlich von Pflanzen und einige Arten können in der Land- und Forstwirtschaft sowie im Zierpflanzenanbau großen Schaden anrichten. Anhand der nun entschlüsselten Gencodes, die in einer frei zugänglichen Internet-Bibliothek zur Verfügung stehen, können die Schädlinge in Zukunft rasch und sicher und vor allem bereits in einem frühen Entwicklungsstadium als Larven selbst durch Nicht-Spezialisten identifiziert werden. Die DNA-Datensammlung ist damit auch von großem wirtschaftlichem Nutzen bei der Schädlingsbekämpfung.

Die genetische Erfassung der Pflanzenwespen erfolgte im Rahmen eines Kooperationsprojektes der Zoologischen Staatssammlung München und des Senckenberg Deutschen Entomologischen Instituts in Müncheberg. Insgesamt lagern in diesen beiden Sammlungen weit über 100.000 präparierte Pflanzenwespen. Seit 2010 werteten die Symphyten-Forscher der beiden Institute 5360 Individuen aus, welche 1030 verschiedenen Arten zugeordnet werden konnten, darunter etwa 300 außereuropäische Formen.  „Die Erfassung dieser großen Artenzahl war nur durch die umfangreichen Sammlungsbestände der beiden beteiligten Institutionen und die tatkräftige Unterstützung durch zahlreiche externe Fachkollegen möglich“, freut sich Stefan Schmidt, Sektionsleiter an der ZSM. Jetzt liegen Daten für etwa 600 deutsche Arten vor, das sind 75% der heimischen Pflanzenwespenfauna. „Das Projekt ist ein großer wissenschaftlicher Erfolg und ein Meilenstein auf dem Weg zu einer umfassenden Genbibliothek der Pflanzenwespen, der in Müncheberg weiter beschritten wird“, so Andreas Taeger vom SDEI.

Die Pflanzen- oder auch Sägewespen sind eine von Taxonomen bislang eher vernachlässigte Insektengruppe innerhalb der sogenannten Hautflügler. Grund hierfür ist die oft schwierige Bestimmung der Tiere anhand ihrer äußeren Merkmale, da sich viele Arten auch bei genauerem Hinsehen kaum voneinander unterscheiden oder die Merkmale innerhalb einer Art sehr variabel sind. Für solche Gruppen eignet sich die DNA-Barcoding-Methode zur Artbestimmung ganz besonders. Die genetischen Daten bilden zudem eine wichtige Grundlage für weiterführende Untersuchungen zur Klärung der Taxonomie und Systematik dieser Gruppe. Die Gensequenzierung erfolgte im Rahmen der Projekte “Barcoding Fauna Bavarica” und “German Barcode of Life”. In diesen Projekten erfassen die Münchener Forscher den Gencode aller bayerischen, beziehungsweise deutschen Tierarten in einer Online-Bibliothek und stellen ihn damit für Fachleute zur Verfügung.

Publikation: Schmidt, S., Taeger, A., Morinière, J., Liston, A., Blank, S. M., Kramp, K., Kraus, M., Schmidt, O., Heibo, E., Prous, M., Nyman, T., Malm, T. and Stahlhut, J. (2016), Identification of sawflies and horntails (Hymenoptera, ‘Symphyta’) through DNA barcodes: successes and caveats. Mol Ecol Resour. doi:10.1111/1755-0998.12614