Slothbot 001 0

Der SlothBot” im Labor der Georgia Tech Universität: Der Roboter ist langsam, deshalb energieeffizient und so für Anwendungen wie die Umweltüberwachung geeignet. Foto: Allison Carter, Georgia Tech

Entdecken

Wie auf moderne Weise neue Spezies gefunden werden

Die Werkzeuge der Vielfaltsforscher*innen

Längst sind die Zeiten vorbei, in denen Wissenschaftler*innen nur mit Kescher und Lupe bewaffnet durch die Natur streiften, um die Vielfalt der Arten zu erfassen. Wir stellen moderne Analysemethoden vor, mit denen neue Arten gefunden oder das Vorkommen bekannter Spezies erfasst werden können.

Slothbot 001 0

Der SlothBot” im Labor der Georgia Tech Universität: Der Roboter ist langsam, deshalb energieeffizient und so für Anwendungen wie die Umweltüberwachung geeignet. Foto: Allison Carter, Georgia Tech

Nur was wir kennen, können wir schützen, lautet das Credo der Biodiversitätsforscher*innen[1]: Die Vielfalt von Flora und Fauna und ihre Entwicklung zu erfassen, ist jedoch sehr aufwendig. Welche Arten leben wo? Wie groß ist ihr Bestand? Wie viele Exemplare leben in einer bestimmten Region? Um diese Fragen zu klären, braucht es unterschiedlichste Methoden – je nach Spezies, Lebensraum oder Untersuchungsziel.

Im Wasser setzen Forscher*innen beispielsweise Schleppnetze ein, um vorkommende Fischarten zu bestimmen, und Taucher*innen zählen die Bewohner am Meeresboden auf definierten Flächen. Ornitholog*innen erfassen Vogelarten per Fernglas oder anhand ihrer Spuren (zum Beispiel Federn oder Nisthöhlen). Pflanzen werden bestimmt, fotografiert und in wissenschaftlichen Sammlungen konserviert.[2] Wissenschaftler*innen unterscheiden dabei invasive Methoden, bei denen Lebewesen eingefangen oder auch getötet werden, sowie nichtinvasive Methoden wie akustische Aufnahmen oder Beobachtungen per Fernglas. Moderne Technologien unterstützen dabei, die Artenvielfalt zu erfassen. Verschiedene Beispiele findest Du hier:

Beispiel 1: Barcoding – dem Erbgut auf der Spur


Jede Art zeichnet sich durch ihren spezifischen „Barcode“ aus: Das ist eine bestimmte Abfolge von Basenpaaren in der DNA ihrer Zellen, der für sie charakteristisch ist. Bei Tieren wird dafür oftmals die DNA in den Mitochondrien (das sind die Kraftwerke der Zellen) untersucht. Mithilfe spezieller Maschinen wird dieser „genetische Fingerabdruck“ ausgelesen und mit Werten in einer Gendatenbank abgeglichen, in der bereits die Abdrücke vieler Arten hinterlegt sind.[3] Wird nicht nur das Erbgut eines einzelnen Lebewesens untersucht, sondern die DNA aller Lebewesen, die in einer Probe (zum Beispiel im Wasser oder im Boden) zu finden sind, nennt man das Meta-Barcoding.[4] „Inzwischen arbeiten bundesweit immer mehr Wissenschaftler*innen mit DNA-Barcoding“, so Regine Jahn, Erste Vorsitzende des Deutschen Nationalkomitees der Biolog*innen-Verbände IUBS und IUMS. Schließlich spart die Methode Zeit und Geld, zudem reichen schon winzige Teile eines Tieres oder einer Pflanze um die Art zu bestimmen – und es braucht kein*e Spezialist*in.[5]


Forscher*innen diskutieren neben Vorteilen auch kritische Aspekte der Methode. So schreibt der Genetiker Prof. Dr. Werner Kunz von der Universität Düsseldorf: „Ein großer Vorteil der Barcode-Taxonomie (mehr zur Taxonomie findest du hier) ist die zeitsparende maschinelle Massenerfassung von Arten, ohne dass dazu taxonomisch ausgebildete Experten erforderlich sind.“ Vor allem bei evolutionär jungen Arten (Arten, die im Laufe der Erdgeschichte erst relativ spät entstanden sind) komme es aber zu erheblichen Unterschieden zwischen der Arteinteilung nach dem Barcode‐Konzept und der Einteilung nach Reproduktionsgemeinschaften oder nach phänotypischen Merkmalen. [6] Das bedeutet: Anhand der Gentests ergibt sich eine andere Einteilung der Arten als sie zuvor beispielsweise aufgrund der Gestalt einer Pflanze oder eines Tiers vorgenommen wurde (phänotypische Merkmale) oder aufgrund der Tatsache, dass sich Individuen miteinander fortpflanzen können (Reproduktionsgemeinschaften). Mehr dazu, wie der Begriff „Art“ in der Biologie definiert wird, findest Du hier.


Beispiel 2: Satelliten, Drohnen, Roboter – technische Beobachter


Mithilfe von Kameras und Sensoren, die in Drohnen oder Satelliten verbaut sind, lassen sich beispielsweise Informationen zum Pflanzenbestand in bestimmten Regionen erfassen. Mit sogenannten Hyperspektralaufnahmen können Forscher*innen die Reflexion des Sonnenlichts auf Oberflächen messen – und so einzelne Bäume anhand ihrer spezifischen Signatur erkennen.[7] Sogar die Wanderbewegungen von Tieren lassen sich aus dem All beobachten. Im Projekt ICARUS statten Wissenschaftler*innen zum Beispiel Vögel, Fledermäuse oder Flughunde mit Miniatursendern aus, um ihre Bewegungsmuster zu untersuchen. Laut Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung wird die Fernerkundung immer wichtiger für die Biodiversitätsforschung. „Bei der Wahl der Methode muss aber immer berücksichtigt werden, ob der Fernerkundungs-Sensor die gewählten Schlüsselparameter auch tatsächlich messen kann.(..) .“[8] Sind die Aufnahmen der Technik detailliert genug, um die jeweilige Forschungsfrage zu klären? Wie viele Aufnahmen werden pro Tag gemacht?


Auf der Erde soll künftig beispielsweise ein kleiner Roboter Daten in der freien Natur erfassen: der SlothBot. Forscher*innen des Georgia Institute of Technology haben ihn entwickelt. Wie sein tierisches Vorbild, das Faultier, lässt er sich nicht aus der Ruhe bringen. Er bewegt sich nur, wenn er Veränderungen in seiner Umwelt misst und verbraucht dadurch wenig Energie. Mithilfe von aufgespannten Drähten kann er sich durch Baumkronen und Unterholz hangeln. Braucht der SlothBot neue Energie, lädt er seine Batterien selbstständig mithilfe von Photovoltaik in der Sonne auf. So kann er Wochen und Monate allein unterwegs sein. In Zukunft soll der kleine Roboter beispielsweise Lebensräume im costa-ricanischen Dschungel untersuchen.[9]

Bitte einen Moment Geduld. Das Video wird geladen.


Beispiel 3: Mit der App durch die Natur – die Augen der Vielen


Dank App und Internet-Datenbank ist es für ehrenamtliche Naturschützer*innen und Hobby-Beobachter*innen einfacher geworden, die Artenvielfalt in ihrer Umgebung im Blick zu behalten – und damit auch Wissenschaftler*innen bei ihrer Forschung zu unterstützen. Per Smartphone machen sie Fotos von Tieren oder Pflanzen, die anschließend von einer Software ausgewertet werden. Auf Plattformen wie www.buergerschaffenwissen.de erfahren Naturinteressierte, an welchen Projekten sie sich beteiligen können. Apps zum Mitmachen findest Du auch hier.

[1] https://www.researchgate.net/publication/299536708_Biodiversitat_erfassen_von_Suppen_und_Satelliten
[2] https://www.klima-warnsignale.uni-hamburg.de/wp-content/uploads/2017/01/gutt_auliya.pdf
[3] https://www.researchgate.net/publication/299536708_Biodiversitat_erfassen_von_Suppen_und_Satelliten
[4] https://www.researchgate.net/publication/299536708_Biodiversitat_erfassen_von_Suppen_und_Satelliten
[5] https://www.welt.de/regionales/bayern/article164276624/Forscher-bieten-DNA-Barcoding-fuer-jedermann.html
[6] https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/biuz.201810647
[7] http://www.enmap.org/sites/default/files/pdf/pub/EnMAP_Internet_l_Magazin.pdf
[8] https://www.ufz.de/index.php?de=36336&webc_pm=51/2016
[9] https://www.news.gatech.edu/2019/05/30/slothbot-takes-leisurely-approach-environmental-monitoring