Archiv des Autors: Stefan Schmidt

DiversityScanner – AI-based robotics assist with the discovery of small invertebrates

Biodiversity studies that analyse large numbers of specimens are being published at an unprecedented scale. The study objects, primarily insects, are often obtained using Malaise traps. The traps were invented by the Swedish entomologist Rene Malaise to collect sawflies, but they are very efficient for other insects, in particular flying insects like Diptera and Hymenoptera. Since the traps operate 24/7, they are able to collect enormous amounts of specimens ranging from hundreds to thousands of specimens during a collecting period of 1-2 weeks for a single trap. With multiple traps placed in a habitat to account for local variation, that operate for several seasons to account for temporal variation in insect diversity and abundance, a near-to-complete sample of the species diversity of insects at particular location can be obtained.

Soup in a soup – a typical Malaise trap sample contains thousands of insects, mainly Diptera and Hymenoptera. Stefan Schmidt – ZSM.

The analysis of organisms from Malaise trap samples primarily requires two major steps, the separation of individual specimens from bulk samples, containing thousands of often small-sized insects like tiny parasitoid wasps or flies and midges. A second step is their identification, i.e. the assignment to known species. Traditional procedures and techniques that try to cope with insects and other arthropods from Malaise trap samples suffered from the problem of scalability, and allowed only to utilize a small fraction of specimens (and therefore species). Any attempt to fully explore the diversity would be doomed by the sheer quantity of insects, even from only a single bulk sample. Apart from the labour required for processing, the vast majority of specimens in a sample, in particular megadiverse groups like Diptera Hymenoptera, cannot be assigned to a known species due to the severe lack of taxonomists. This is even the case for countries like Germany with a taxonomic history of over 200 years, and in certain groups of Diptera hundreds or even thousands of species still await discovery and documentation (link to article in German).

DNA barcoding for biodiversity discovery and monitoring

For the identification of unknown specimens of animals and for the discovery of unknown species, DNA barcoding has become the de-facto standard. And the method is scalable. The Centre for Biodiversity Genomics in Guelph, Canada, has been processing about 10 million specimens of over 700,000 species worldwide. A new global project, called BIOSCAN, aims at barcoding 10 million specimens and assembling barcode coverage for two million species. Other technological approaches set out to simplify the sequencing process by minimizing required lab equipment and costs, thus lowering the threshold for using DNA barcoding as the method of choice for species identification, discovery, and monitoring, requiring a minimum of resources and expertise.

While sequencing technology continues to advance at a fast pace, preparing specimens from bulk samples still poses a major obstacle in large-scale biodiversity projects that employ mass-collecting devices like Malaise traps. Attempts to circumvent the problem exist, namely metabarcoding, but the method has several drawbacks, including incomplete coverage due to primer bias and/or due to low DNA concentrations of rare species. 

DiversityScanner – automated sorting of smaller insects using artificial intelligence methods

Image of an darwin wasp (Hymenoptera: Ichneumonidae) with overlaid heatmap, Karlsruhe Institute of Technology – KIT

Sorting specimens from Malaise trap samples is extremely labour intensive and requires the expertise of trained taxonomists. Since this problem is still a key issue with any large-scale biodiversity project, entomologists and machine learning specialists teamed up to remedy the situation. The biodiversity researcher Rudolf Meier from the Museum für Naturkunde in Berlin and the group of Christian Pytuliak from the Karlsruhe Institute of Technology developed, in collaboration with entomologists from the Zoologische Staatssammlung München and the Sapienza University of Rome, developed ‘DiversitScanner’, a robot for the automated sorting of small insects into different classes using artificial intelligence. 

The DiversityScanner is able to pick individual insects from samples and photograph them. A computer then uses a type of artificial intelligence known as machine learning to compare the wings, antennae, legs, and other characters of each individual to known specimens. The warmer the color, e.g. red, the more important the body parts are for the identification. In a further step, each insect is individually transferred to a plate with 95 wells. The samples can then be genetically analyzed, whereby a “DNA barcode” is generated for each insect, which is then compared with known species in a public reference database.

Parasitoid wasp of the family Diapriidae (Hymenoptera). Original image left and same image right with heatmap overlay. Karlsruhe Institute of Technology – KIT

The accuracy of the robot currently is around 91%, i.e. about 9 out of 10 insects are correctly classified. According to the researchers, who recently published their study on the preprint server bioRxiv, the accuracy can be improved if more samples are available for training the robot. The diversity scanner software and 3D printing plans have been made publicly available.

DiversityScanner

A sorting lab of the future? Sorting and identifying specimens from Malaise trap samples is laborious and time consuming, a task that can be automated with the DiversityScanner. Karlsruhe Institute of Technology – KIT.

One major advantage of the DiversityScanner is its scalability. It therefore addresses one of the major problems of biodiversity studies that deal with large quantities of specimens and species, including many insects that cannot be assigned to any known species, either because of lack of taxonomic expertise or because specimens belong to species that are still awaiting discovery. Identification of organisms through DNA barcoding has become quick, reliable and inexpensive. The DiversityScanner holds great promise for expediting the task of sorting at a similar scale.

German Barcode of Life – GBOL III: Dark Taxa

Setting up Malaise traps in the Bavarian alps as part of ongoing DNA barcoding projects at the ZSM. Stefan Schmidt – ZSM.

Although great progress has been made in assembling the genetic reference database for German animals, many species, in particular insects, are not yet included in the genetic reference database. The new project ‘GBOL: Dark Taxa’, aims to remedy the situation and focuses on unknown species, so-called ‘dark taxa’, including several groups of megadiverse and little known groups of insects of Diptera and parasitoid Hymenoptera. The three-year project that is supported by the Federal Ministry of Education and Research (BMBF), is devoted to the discovery of unknown species, so-called “dark taxa”, in our native fauna using an integrative taxonomic approach, including DNA barcoding.

A species of Mymar that belongs to a group of tiny parasitoids wasps known as fairy flies (Mymaridae). Females of the species place their eggs in eggs of other insects. Stefan Schmidt – ZSM.

GBOL III aims at contributing to the BIOSCAN initiative of the Centre for Biodiversity at a global and a national scale by laying the foundations for a large-scale biomonitoring system to record the biodiversity of our planet.  In times of rising temperatures, increasing weather extremes and receding ice, and unprecedented loss of biodiversity, new technologies like the DiversityScanner are urgently needed to overcome the obstacles any research encounters when trying to record and monitor the species biodiversity on earth, most of which is still little known or even unknown to the present day.

References

Wuehrl L, Pylatiuk C, Giersch M, Lapp F, von Rintelen T, Balke M, Schmidt S, Cerretti P, Meier R (2021) DiversityScanner: Robotic discovery of small invertebrates with machine learning methods. bioRxiv: 2021.05.17.444523. https://doi.org/10.1101/2021.05.17.444523. YouTube: https://youtu.be/ElJ5VSHa4OI

Science News (4 June 2921): Artificial intelligence could help biologists classify the world’s tiny creatures. doi:10.1126/science.abj8374

Morinière J, Balke M, Doczkal D, Geiger MF, Hardulak LA, Haszprunar G, Hausmann A, Hendrich L, Regalado L, Rulik B, Schmidt S, Wägele J, Hebert PDN (2019) A DNA barcode library for 5,200 German flies and midges (Insecta: Diptera) and its implications for metabarcoding‐based biomonitoring. Molecular Ecology Resources 19: 900–928. https://doi.org/10.1111/1755-0998.13022

Stefan Schmidt – ZSM

A drawer showcase: high-resolution images of historic insect collections

High-resolution images of insect drawers

High-resolution images of the insect drawers from natural history collections allow public visual access to the collection, which is normally reserved for visiting scientists. The images and accompanying data enable scientists to easily determine the extent and composition of entomological and other collections. In some cases, the labels provide information on the collecting circumstances, such as the location and date, and the high resolution of the photos makes it possible to examine differences between species and variation within species. This information enables scientists to take this data into account as early as the planning phase of projects. In addition, the images provide the foundation for the development of new research approaches in relation to image analysis and AI aided approaches, e.g. to obtain information on the species composition in certain regions and at certain times. It is foreseeable that future images archives of natural history collections will help establish new research approaches and fields of research. Due to the high level of personnel and financial expenditure, this data could only be obtained to a very limited extent so far. High-resolution images of insect boxes represent an efficient, fast, and inexpensive method to open up the enormous, but so far relatively little used information content of entomological collections.

The insect collection of E. Enslin

Front page Enslin’s “Tenthredinoidea Mitteleuropas” a comprehensive identification key to the Symphyta of Central Europe.

Eduard Enslin was a naturalist and ophthalmologist who, as an entomologist, made important contributions to the taxonomy and systematics of the Hymenoptera, especially the sawflies (Symphyta), and later also the bees and wasps (Aculeata), especially at the beginning and middle of the last century. His most important work is “Die Tenthredinoidea Mitteleuropas”, a comprehensive identification key to the sawflies and woodwasps of Central Europe that has long been THE standard on Symphyta and that is still used by entomologists today.

Enslin became known not only for his pioneering work on Symphyta, but also for his extraordinary versatility in the field of biology. His academic legacy includes four books and over 100 articles, mostly in scientific journals, with over 50 articles on the systematics, taxonomy, fauna and flora of Symphyta.

The importance of the estimated 8000 species collection lies not only in the abundance of species, but also in the fact that the insects were collected in places that today, for the most part, no longer exist. The collection location Enslin visited cover a wide spectrum, and in addition to Central European countries, he collected in the Mediterranean area, the Pannonian Basin and the Balkans. His favorite collecting spots were in the Allgäu, Valais and in South Tyrol.

The Enslin collection is deposited in the Zoologische Staatssammlung München , where it forms the basis for one of the world’s most important Hymenoptera collections, alongside the important collections by Förster, Hartig and Kriechbaumer.

A part of the collection is still in the original drawers. These drawers have been photographed using a high-resolution imaging system. The examples below show drawers of the Enslin collection that is hosted in the Zoologische Staatssammlung München. Each thumbnail images links to zoomable high-resolution version of each drawer image. For more images from drawers of the Enslin collection see the pages of the Hymenoptera section of the ZSM.

Camera system

Phase One XF IQ4 150MP with Schneider-Kreuznach 120 mm LS f/4.0 Macro lens.

The photos of the insect drawers were taken with a Phase One XF with IQ4-back. The medium format sensor with 150 million pixels delivers, due to its resolution, dynamic range and richness of detail, an image quality that was previously only achievable with complex stitching technology. In addition, the camera offers a stacking function to overcome the low depth-of-field in close-up photography. To the camera body, a Schneider-Kreuznach 120 mm LS f / 4.0 macro lens is attached for maximum image quality.

The full set of high-resolution images of the Enslin collection can be viewed on the collection pages of the ZSM Hymenoptera Section.

Das Nano-Chamäleon: Ein neuer Super-Winzling unter den Reptilien

Ein internationales Team unter Leitung der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) hat eine winzige neue Chamäleonart entdeckt. Das einzige bekannte, offensichtlich erwachsene Männ-chen hat eine Körperlänge von nur 13,5 mm und ist damit das kleinste bekannte Männchen unter den fast 11.500 bekannten Reptilienarten. Ein Vergleich mit 51 anderen Chamäleonarten ergab, dass die kleinsten Spezies relativ zur Körpergröße die größten Genitalien aufweisen. Die Arbeit erschien heute in dem wissenschaftlichen Fachjournal Scientific Reports.

Mit einer Körperlänge von 13,5 mm ist dieses Nano-Chamäleon (Brookesia nana) das kleinste bekannte Männchen unter den fast 11.500 bekannten Reptilienarten. Foto: Frank Glaw (SNSB/ZSM).

Bei einer Expedition im Norden Madagaskars hat ein deutsch-madagassisches Expeditionsteam rekordverdächtig kleine Reptilien entdeckt, die nun als neue Art (Brookesia nana) beschrieben wur-den. “Mit einer Körperlänge von nur 13,5 mm und einer Gesamtlänge von knapp 22 mm ist das Männchen des Nano-Chamäleons das kleinste bekannte Männchen unter allen höheren Wirbeltie-ren”, sagt Frank Glaw von der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) und Erstautor der Studie. Das Weibchen ist mit 19 mm Körperlänge und 29 mm Gesamtlänge deutlich größer. Trotz großer Mühe gelang es nicht, weitere Exemplare der neuen Art zu finden.

“Mit Hilfe von Mikro-CT-Scans fanden wir zwei Eier im Körper des Weibchens und konnten so zei-gen, dass es erwachsen ist”, sagt Mark D. Scherz von der Universität Potsdam. Um herauszufinden, ob auch das Männchen geschlechtsreif ist, untersuchte das Team die gut entwickelten Genitalien des Tieres, die sogenannten Hemipenes, die bei allen Echsen und Schlangen doppelt vorhanden sind und oft wichtige Merkmale aufweisen, um verwandte Arten zu unterscheiden. Dabei verglichen die Forscher auch die Länge seiner Genitalien mit 51 anderen Chamäleonarten aus Madagaskar und entdeckten die Tendenz, dass die kleinsten Chamäleonspezies im Verhältnis zur Körpergröße die größten männlichen Genitalien hatten. Beim Nano-Chamäleon betrug deren Länge 18,5% der Körperlänge und damit den fünfthöchsten Wert von allen untersuchten Chamäleonarten, bei der ebenfalls sehr kleinen Art B. tuberculata machten die Genitalien sogar fast ein Drittel der Körper-länge aus.

Eine plausible Erklärung für dieses Phänomen könnte darin bestehen, dass der Größenunterschied zwischen den Geschlechtern, der sogenannte Geschlechtsdimorphismus, bei Chamäleons sehr un-terschiedlich ausgeprägt ist. Bei den größten Chamäleonarten sind die Männchen meist deutlich größer als die Weibchen, bei den kleinsten Arten ist es hingegen genau umgekehrt. “Demnach bräuchten die extrem miniaturisierten Männchen verhältnismäßig größere Genitalien, um eine er-folgreiche Paarung mit ihren deutlich größeren Weibchen zu ermöglichen”, erklärt Miguel Vences von der Technischen Universität Braunschweig.

“Auf Madagaskar leben auffällig viele extrem miniaturisierte Tiere, darunter die kleinsten Primaten und winzige Zwergfrösche, die mehrfach unabhängig voneinander entstanden sind” sagt Andolalao Rakotoarison, von der Universität Antananarivo in Madagaskar. Aber warum das Nano-Chamäleon so winzig ist, bleibt rätselhaft. “Der Inseleffekt, wonach Arten auf kleinen Inseln kleiner werden, ist jedenfalls keine überzeugende Erklärung für diesen Gebirgsbewohner” ergänzt ihre Kollegin Fano-mezana Ratsoavina, ebenfalls von der Universität Antananarivo.
“Der nächste Verwandte des neuen Zwergchamäleons ist auch nicht das nur wenig größere Brookesia micra, sondern die fast doppelt so große Art B. karchei, die im selben Gebirge vorkommt. Das zeigt, dass die extreme Miniaturisierung konvergent entstanden ist”, meint Jörn Köhler vom Hessischen Landesmuseum in Darmstadt.

Die Verbreitungsgebiete der meisten Zwergchamäleons sind erstaunlich klein und umfassen in Ext-remfällen eine Fläche von nur wenigen Quadratkilometern. Ein kleines Verbreitungsareal ist daher auch für Brookesia nana anzunehmen. “Der Lebensraum des Nano-Chamäleons ist leider stark von Abholzung betroffen, aber das Gebiet wurde kürzlich unter Schutz gestellt, so dass die Art hoffent-lich überleben wird”, meint Oliver Hawlitschek, vom Centrum für Naturkunde in Hamburg, der an den Felduntersuchungen beteiligt war.

Publikation

Glaw F, Köhler J, Hawlitschek O, Ratsoavina FM, Rakotoarison A, Scherz MD & Vences M (2021): Extreme miniaturization of a new amniote vertebrate and insights into the evolution of genital size in chameleons. – Sci Rep 11, 2522. DOI: 10.1038/s41598-020-80955-1

Kontakt

Dr. Frank Glaw
Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM)
Münchhausenstraße 21
81247 München
E-Mail: glaw@snsb.de
Video: https://youtu.be/CrJwAj7egpc (Timon Glaw)

Neue Online-Galerie für Hautflügler geht online

Die südeuropäische Biene Rhodanthidium sticticum beim Blütenbesuch

Die südeuropäische Biene Rhodanthidium sticticum beim Blütenbesuch. (Foto: Stefan Schmidt, SNSB-ZSM)

Wildbienen und andere Stechimmen sind hoch bedroht und wie viele andere Insekten stark vom Artenrückgang betroffen. Um diese Tiere schützen zu können, ist es wichtig, sie zuverlässig zu erkennen und weiteres Wissen über die Arten zu sammeln. Mit einer neuen, weltweit einzigartigen Online-Bildergalerie von Bienen, Wespen, Ameisen und anderen Hautflüglern möchte die Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM) zur besseren Artenkenntnis auch in der breiten Bevölkerung beitragen. Die Web-Galerie soll engagierte Naturliebhaber, aber auch Forscher ansprechen, um ihnen diese Insektengruppe näherzubringen und eine Identifizierung von Arten zu ermöglichen.

Die Bildergalerie speziell für Bienen, Wespen und andere Hautflügler (https://snsb-zsm.pictures) basiert auf einem neuartigen Konzept, bei dem Insektenfotografen aus dem In- und Ausland qualitativ hochwertige Digitalfotos von lebenden Insekten einreichen. Diese werden von Experten der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) bestimmt und verifiziert und dienen künftig als Referenzfotos. Gleichzeitig stellen die Experten auch Bilder präparierter Exemplare aus ihren eigenen Sammlungen zur Verfügung. Ziel ist der Aufbau einer digitalen Referenzsammlung. Um die Daten auch für weitere Forschungen wie beispielsweise zum Artensterben oder Klimawandel nutzen zu können, sollen auch Funddaten miterfasst werden.

Die Pelzbiene Anthophora plumipes, hier ein Männchen, ist ein häufiger Besiedler von Gärten

Die Pelzbiene Anthophora plumipes, hier ein Männchen, ist ein häufiger Besiedler von Gärten. (Foto: Christian Schmid-Egger)

Die Website bietet damit zuverlässige Informationen zu den dargestellten Arten und erlaubt einen einzigartigen Einblick in das Leben der Bienen und Wespen anhand von Fotos. Die Galerie wächst ständig: Schon jetzt zeigt sie mehr als 3.000 Fotos von mehr als 800 Arten. In Deutschland leben insgesamt etwa 600 Bienen- und 500 andere Stechimmen-Arten. Weitere 10.000 Arten zählen zu den parasitoiden Wespen (z.B. Schlupf- und Erzwespen). Die Datenbank soll zunächst deutschlandweit, später weltweit ausgebaut werden.

Das Projekt ist eines von mehreren wissenschaftlichen Projekten mit Bürgerbeteiligung („Citizen Science“) an der Zoologischen Staatssammlung München. Die Bildergalerie ist zudem eine wichtige Ergänzung zu den Projekten zur Erstellung einer genetischen Bibliothek des Lebens anhand genetischer Kennsequenzen. Das sogenannte „DNA-Barcoding“ wird an der Zoologischen Staatssammlung München seit über 10 Jahren im Rahmen mehrerer Großprojekte betrieben, wie dem aktuellen Projekt „GBOL III: Dark Taxa“.

Kontakt

Dr. Stefan Schmidt
Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM)
Münchhausenstr. 21, 81247 München
Tel. 089 – 8107 159
E-Mail: stefan.schmidt@snsb.de

Mehr Info

www.zsm.mwn.de – Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM)
http://barcoding-zsm.de – DNA-Barcoding an der Zoologische Staatssammlung München

Kurzlebig und ganz schön bunt: Verschollenes Chamäleon nach mehr als 100 Jahren wiederentdeckt

Männchen des Voeltzkow-Chamäleons

Männchen des Voeltzkow-Chamäleons. Foto: Frank Glaw, SNSB-ZSM

Die Bedrohung der globalen Biodiversität ist eine große Herausforderung für die Menschheit, aber über den konkreten Gefährdungszustand vieler Arten wissen wir bis heute nur sehr wenig. Eine Expedition der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) führte nun zur Wiederentdeckung des Voeltzkow-Chamäleons in Madagaskar, das seit mehr als 100 Jahren verschollen war. Die farbenprächtigen Reptilien leben wahrscheinlich nur wenige Monate lang während der Regenzeit. Die Studie ist heute in der Fachzeitschrift Salamandra erschienen.

Bei einer internationalen Expedition unter Leitung der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) ist es gelungen, das seltene Voeltzkow-Chamäleon (Furcifer voeltzkowi) in Nordwest-Madagaskar aufzuspüren – nachdem es über 100 Jahre verschollen war.

Weibchen des Voeltzkow-Chamäleons in der Prachtfärbung

Weibchen des Voeltzkow-Chamäleons in der Prachtfärbung. Foto: Kathrin Glaw, SNSB

Genetische Untersuchungen ergaben, dass die Art am nächsten mit Labord’s Chamäleon (Furcifer labordi) verwandt ist, das als eines der Wirbeltiere mit der kürzesten individuellen Lebensdauer gilt und nur wenige Monate während der Regenzeit lebt. Nach dem Schlupf aus dem Ei wachsen die Tiere im Rekordtempo heran, paaren sich, kämpfen mit Artgenossen und legen ihre Eier ab, bevor sie erschöpft am Ende der Regenzeit sterben. Die Forscher vermuten, dass der Lebenszyklus beim Voeltzkow-Chamäleon ähnlich abläuft.

„Diese Tiere sind quasi die Eintagsfliegen unter den Wirbeltieren“ sagt Dr. Frank Glaw, Kurator für Reptilien und Amphibien an der ZSM, „daher muss man zur richtigen Zeit am richtigen Ort sein, um diese Chamäleons nachweisen zu können. Und das ist während der Regenzeit gar nicht so einfach, da viele Straßen dann nicht befahrbar sind. Dies ist vermutlich auch ein Grund dafür, warum das farbenfrohe Reptil so lange übersehen wurde.”

Auf ihrer Expedition entdeckten die Forscher auch die bisher noch völlig unbekannten Weibchen, die insbesondere bei Trächtigkeit, Begegnungen mit Männchen und anderem „Stress“ eine äußerst prächtige Färbung auflegen.

„Nach allem was wir wissen, ist das Voeltzkow-Chamäleon zum Glück nicht akut vom Aussterben bedroht“, sagt Dr. David Prötzel, ebenfalls Mitglied im Expeditionsteam, „da sein Verbreitungsgebiet vermutlich noch relativ groß ist“. Jedoch sind viele Trockenwälder bereits abgeholzt und der natürliche Lebensraum der Art wird immer kleiner.

Verschollene Arten gibt es nicht nur in Madagaskar, sondern überall auf der Welt. Um mehr über ihren Gefährdungszustand herauszufinden und sie vor dem Aussterben zu bewahren, hat die Naturschutzorganisation Global Wildlife Conservation im Jahr 2017 eine weltweite Initiative gestartet mit dem Ziel „25 most wanted lost species“ aufzuspüren. Mit dem Voeltzkow-Chamäleon wurde nun die sechste Art im Rahmen dieses Programms wiederentdeckt.

Publikation

Glaw, F., D. Prötzel, F. Eckhardt, N. A. Raharinoro, R. N. Ravelojaona, T. Glaw, K. Glaw, J. Forster & M. Vences (2020): Rediscovery, conservation status and genetic relationships of the Madagascan chameleon Furcifer voeltzkowi. – Salamandra 56 (4): 342-354

http://www.salamandra-journal.com/index.php/home/contents/2020-vol-56/1996-glaw-f-d-proetzel-f-eckhardt-n-a-raharinoro-r-n-ravelojaona-t-glaw-k-glaw-j-forster-m-vences

Kontakt

Dr. Frank Glaw
SNSB – Zoologische Staatssammlung München
Münchhausenstraße 21, 81247 München
Tel.: 089 8107 114
E-Mail: glaw@snsb.de

https://www.zsm.mwn.de – Zoologische Staatssammlung München (SNSB-ZSM)
https://www.snsb.de – Staatliche Naturwissenschaftliche Sammlungen Bayerns (SNSB)

Neues DNA-Barcoding Projekt „GBOL III: Dark Taxa”

Neues DNA-Barcoding Projekt illuminiert die dunklen Winkel mitteleuropäischer Biodiversität

Das nationale DNA-Barcoding-Projekt „German Barcode of Life“ (GBOL) an der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) geht nun in seine dritte Laufzeit (GBOL III: Dark Taxa). Am 1. Juli 2020 hat „GBOL III: Dark Taxa” begonnen. Die ZSM kooperiert hierbei mit Forschungsmuseen aus Bonn und Stuttgart, sowie der Universität Würzburg und der Entomologischen Gesellschaft Krefeld. Mithilfe von genetischen Kennsequenzen (DNA-Barcodes) sollen nun gezielt bisher unbekannte Arten, sogenannte “Dark Taxa”, in unserer heimischen Fauna aufgespürt werden. Gefördert wird das dreijährige Projekt vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit mehr als 5,3 Millionen Euro.

Mymaridae

Mymaridae – winzige parasitoide Wespen, von denen es noch viele unentdeckte Arten gibt. Foto: Stefan Schmidt

Wissenschaftler nehmen an, dass in Tiergruppen wie Insekten und Spinnentieren selbst in der heimischen Fauna noch Tausende unbekannter Arten zu entdecken sind. Besonders viele unbekannte Arten werden in der Gruppe der Zweiflügler (Fliegen und Mücken) und Hautflügler (z.B. Bienen, Wespen, Ameisen und parasitoide Wespen) vermutet. Zwei- und Hautflügler stellen mit jeweils etwa 10.000 bekannten Arten nahezu zwei Drittel der in Deutschland bekannten Insektenarten. Damit wird deutlich, welche Bedeutung allein diese beiden Insektenordnungen für die heimische Artenvielfalt haben.

“Im Gegensatz zu den Tropen gilt die mitteleuropäische Fauna eigentlich als sehr gut erforscht. Trotzdem sind viele Zwei- und Hautflügler bisher wenig erfasst. Artenkenner haben sich vor allem auf weniger artenreiche und leichter zu studierende Insekten konzentriert. Die artenreichen, taxonomisch oft schwierigen Insektengruppen wurden bisher weitgehend außer Acht gelassen”, so Dr. Stefan Schmidt, Koordinator der DNA-Barcoding-Projekte an der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM).

Im Rahmen von „GBOL III: Dark Taxa“ wollen die Forscher nun hauptsächlich diese Tiergruppen untersuchen. 12 Doktoranden werden über drei Jahre an der Zoologischen Staatssammlung München, dem Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn sowie dem Staatlichen Museum für Naturkunde in Stuttgart daran arbeiten, bisher wenig oder sogar unbekannte Arten der deutschen Fauna genetisch zu erfassen und für wissenschaftliche Zwecke verfügbar zu machen. Weitere Projektpartner sind die Universität Würzburg sowie die Entomologische Gesellschaft Krefeld. Im Projekt „GBOL III: Dark Taxa“ sollen umfangreiche Methoden entwickelt werden, um die Erfassung und Identifizierung bisher unbekannter Arten in der deutschen Fauna drastisch zu beschleunigen und auch ältere Proben aus wissenschaftlichen Sammlungen für Vergleichsstudien zu nutzen. Dadurch wird eine wichtige wissenschaftliche Grundlage geschaffen, um den Rückgang der Insekten in Deutschland besser zu verstehen.

ZSM kooperiert mit “München floriert!”

Seit 2018 heißt es in Bayerns Hauptstadt „München floriert!“. In dem Projekt der Deutschen Wildtier Stiftung gehört die SNSB-Zoologische Staatssammlung München zu den Kooperationspartnern der ersten Stunde. Mit zahlreichen weiteren Partnern in München werden Wildblumenwiesen angelegt, Niststrukturen gefördert und Menschen in Vorträgen für die Welt der Wildbienen begeistert.

Schon vor dem eigentlichen Projektstart wurden an der ZSM die Ärmel hochgekrempelt: Im Rahmen einer Machbarkeitsstudie wurden bereits 2017 durch den Bund für Umwelt und Naturschutz praktische Maßnahmen auf dem Außengelände der ZSM umgesetzt. Hier wurde stellenweise der Oberboden abgeschoben, um offene Stellen für im Boden nistende Wildbienenarten zu fördern.

Doch dabei sollte es nicht bleiben: So wurde direkt neben dem Haupteingang auf einer Fläche von 600 m² in Zusammenarbeit mit dem Bund für Umwelt und Naturschutz eine Wildblumenwiese angelegt. Bereits im Frühjahr 2019 wurde der Boden erstmalig gefräst. Schließlich konnte im Herbst dann das Saatgut ausgebracht werden. Hierzu wurde eine autochthone, d.h. gebietsheimische Saatgutmischung verwendet.

Um den Besuchern der ZSM die Bedeutung von Wildblumenwiesen als Nahrungsquelle für Wildbienen und andere Insekte zu verdeutlichen, wurde im Mai 2020 eine Infotafel zum Thema „Lebensraum Wildblumenweise“ neben der Fläche ausgestellt. Es handelt sich hierbei um das erste Kooperationsprojekt zwischen Zoologischer Staatsssammlung, Deutscher Wildtier Stiftung und dem Bund für Umwelt und Naturschutz, vertreten durch die Ortsgruppe München West.

Neben den praktischen Maßnahmen spielt die ZSM eine besondere Rolle in dem Projekt, denn die umfangreiche Sammlung von Wildbienen und die technische Ausstattung der ZSM bilden eine ideale Grundlage für die Vermittlung von Artenkenntnis. Die ZSM führt zudem wissenschaftliche Begleituntersuchungen durch. Ziel ist die Entwicklung von Methoden, um die Zusammensetzung von Wildbienen-Lebensgemeinschaften anhand genetischer Kennsequenzen (DNA-Barcodes) zu bestimmen. Dadurch sollen die Maßnahmen auf Ihren Erfolg hin überprüft und Entscheidungsgrundlagen für das Biotop-Management geschaffen werden.

Virtuelle Angebote der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns

Die virtuellen Angebote der SNSB bringen die derzeit geschlossenen Sammlungen und Museen der Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns zu Ihnen nachhause! Das Angebot wird kontinuierlich ausgebaut – schauen Sie am besten immer mal wieder vorbei!

Die Schmetterlingssammlung der ZSM ist mit 12 Millionen Exemplaren die größte der Welt. Diese wird zudem stetig erweitert. Im Jahr 2016 stieß beispielsweise die Schmetterlingssammlung des italienischen Forschers Fabio Vitale dazu, die hauptsächlich aus südamerikanischen Tagfaltern besteht.

Vegetarische Höhlenbären

Im Spätpleistozän (vor 125.000 bis 12.000 Jahren) lebten zwei Bärenarten in Europa: der Braunbär (Ursus arctos) und der heute ausgestorbene Höhlenbär (Ursus spelaeus s.l.). Es wird angenommen, dass frühere Braunbären sich ähnlich ernährten wie moderne Braunbären, aber die Ernährungsweise der Höhlenbären ist noch unklar. Seit seiner Entdeckung wird diskutiert, in welchem Ausmaß der Höhlenbär vegetarisch lebte. Eine neue Veröffentlichung in der Zeitschrift Historical Biology wirft ein neues Licht auf das Thema. Zwei Forscher aus Deutschland und Spanien haben nun anhand von Unterkiefermerkmalen entdeckt, dass die Ernährung des Höhlenbären wahrscheinlich hauptsächlich vegetarisch war.

Ein aufgestelltes Höhlenbärenskelett im Harzgebirge. Trotz vegetarischer Ernährung sind die Eckzähne, die an einen Fleischfresser erinnern, gut sichtbar. Foto: Anneke H. van Heteren (ZSM)

Die charakteristische Form des Schädels, Unterkiefers und der Zähne des Höhlenbären sind Anpassungen an seine Ernährung. Um die Ernährung des Höhlenbären zu verstehen, haben die Forscher die Unterkiefer von Höhlenbären sowie von modernen Bären mit sogenannten „Landmarks“, biologisch bedeutsamen und wiedererkennbaren Messpunkten, versehen und diese digitalisiert. Mit einer statistischen Methode, der sogenannten geometrischen Morphometrie, verglichen die Forscher an Hand dieser „Landmarks“ die dreidimensionale Form der Unterkiefer des Höhlenbären mit der von modernen Bärenarten. „Die Analysen zeigten, dass die Entwicklung des Unterkiefers des Höhlenbären in die gleiche Richtung ging wie bei Riesenpandas. Die Ergebnisse wurden nun in der Zeitschrift Historical Biology publiziert. „Dies gibt uns den Hinweis, dass Höhlenbären an eine ähnliche Ernährung angepasst und primär vegetarisch waren.“, erklärt Anneke van Heteren, Leiterin der Säugetiersektion an der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) und Hauptautorin des Artikels.

„In dieser Studie haben wir neueste statistische Methoden benutzt, welche auch die Größe des Tieres und deren Verwandtschaft in Bezug nehmen“, sagt Borja Figueirido, Juniorprofessor in der Paläontologiegruppe der Abteilung für Ökologie und Geologie an der Universität Málaga (Spanien) und Ko-Autor der Veröffentlichung.

Für die weitere Erforschung des Höhlenbären wollen die Wissenschaftler noch zusätzliche Untersuchungen vornehmen: Geplant ist die Analyse morphologischer Unterschiede der Schädel verschiedener Unterarten der Höhlenbären, um auch Rückschlüsse auf deren Ernährungsweise zu ziehen. Außerdem soll die dreidimensionale Computersimulation – die sogenannte Finite Element Analyse – der Schädel und Unterkiefer Aufschluss geben über die Bisskraft der ausgestorbenen Höhlenbären.

Publikation:
van Heteren AH, Figueirido B. 2018. Diet reconstruction in cave bears from craniodental morphology: past evidences, new results and future directions.Historical Biology. DOI: 10.1080/08912963.2018.1547901,
https://doi.org/10.1080/08912963.2018.1547901