Die ZSM stellte am 15. Februar 2016 ihre neue Website ins Netz.  Diese ist unter der URL barcoding-zsm.de zu erreichen. Damit wollen die Wissenschaftler ihre Ergebnisse einem breiten Publikum präsentieren und Einblick in ihre aktuelle Arbeit geben. Die Website bietet in anschaulicher und übersichtlicher Form Informationen über sehr viele Arten im Barcoding sowie über bisher erfolgte praktische Anwendungen und Beispiele.

Beim DNA-Barcoding werden bestimmte Gensequenzen einer Tierart auf dem sogenannten Barcoding-Gen oder CO1-Gen erfasst und in einer Online-Bibliothek für Fachleute zur Verfügung gestellt. Diese genetischen Referenzdaten erlauben später eine eindeutige Bestimmung und Zuordnung unbekannter Organismen bis auf Artniveau. Dabei können nicht nur vollständige Tiere, sondern auch Fellreste, Fleischproben oder Larvenstadien von Insekten zweifelsfrei und sehr schnell bestimmt werden. Dies war bisher in vielen Fällen nicht oder nur mit sehr großem Aufwand möglich.

Das Projekt ist Teil des internationalen Barcoding-Projektes iBOL mit Sitz in Kanada. Dieses verfolgt das ehrgeizige Ziel, alle Tierarten weltweit genetisch zu erfassen. Die Münchener Forscher sind die deutschen Projektpartner von iBOL und untersuchen vor allem Tierarten aus Bayern sowie aus den Nachbarregionen.

Das DNA-Barcoding erlaubt viele praktische Anwendungsmöglichkeiten. So können landwirtschaftliche Schädlinge bereits in sehr frühen Larvenstadien erkannt  und damit rasch bekämpft werden. Ein spektakuläres Beispiel ist die Kirschessigfliege, die sich derzeit in Süddeutschland ausbreitet. Dieser gefürchtete Schädling wurde im Rahmen des Barcoding-Projektes erstmalig in Deutschland nachgewiesen. Ein weiterer Fall, der große Aufmerksamkeit erregte, betraf eine Tibet-Urlauberin. Diese brachte einen seltenen Parasiten aus dem Urlaub mit, der unter ihrer Haut sein Unwesen trieb. Mit Hilfe des DNA-Barcoding konnten die Experten diesen als Larve einer zum Glück harmlosen Yak-Dasselfliege identifizieren. Eine ähnliche Entwarnung konnte nach DNA-Analyse im Falle einer Käferlarve (Trichodes apiarius, “Bienenwolf”) gegeben werden, die sich am Hals eines Münchner Babys festgebissen hatte.

In weiteren Kooperationsprojekten untersuchen die Münchener Forscher Fisch- und Fleischproben im Rahmen der Lebensmittelkontrolle, erarbeiten eine Referenzbibliothek für relevante Insekten in der forensischen Entomologie, unterstützen die Nationalparks Bayerischer Wald und Berchtesgaden bei der Analyse von Massenproben durch Next-Generation-Sequencing (NGS) und bauen eine Datenbank mit Zootieren auf. Diese und andere Projekte sind ausführlich auf der neuen Website beschrieben. Die Webseite liefert darüber hinaus eine Gesamtübersicht über die einheimische Fauna mit Fotos und Verbreitungsdaten tausender Arten.

Außerdem kann das DNA-Barcoding auch für die wissenschaftliche Grundlagenforschung verwendet werden. So entdeckten die beteiligten Wissenschaftler bereits mehrere so genannte Zwillingsarten. Dabei handelt es sich um Arten, die sich hinter bereits bekannten Arten verbergen und nun auf genetischem Weg leichter entlarvt werden können. Verschiedene Publikationen in zum Teil hochrangigen wissenschaftlichen Zeitschriften dokumentieren diese Erfolge. Dabei sei vor allem das Barcoding der deutschen Wildbienen- sowie Käferarten erwähnt, welches den Forschern viel Anerkennung einbrachte.

Malaisefalle auf 2000 m Höhe am Schochen in den Allgäuer Alpen.

Im Rahmen des Projekts “Barcoding Fauna Bavarica” wurden 2011 bis 2014 insgesamt 115 Malaisefallen an 44 Standorten in Bayern und angrenzenden Regionen im süddeutschen Raum aufgestellt. Dabei wurde versucht, möglichst viele verschiedene Lebensraumtypen abzudecken, um so so ein möglichst breites Spektrum verschiedener Arten zu erfassen. In jedem Jahr wurden zwischen 20 und 39 Fallen eingesetzt, die in zweiwöchigem Abstand geleert wurden. Das Projekt brachte insgesamt rund 1.400 Proben, von denen bisher ein Drittel sortiert bzw. bearbeitet wurden. Eine einzelne Malaisefallenprobe enthält dabei bis zu 20.000 Individuen, so dass im gesamten Fangzeitraum von 2001-2014 etwa 30 Millionen Insekten gesammelt wurden.

Schwedisches Vorbild

Die Malaisefalle wurde in den 1930er Jahren von dem schwedischen Insektenforscher René Malaise entwickelt. Es handelt sich um eine hocheffiziente, zeltartige Falle aus Moskitonetz-Gewebe mit einer zentralen Mittelwand und einem schrägen Dach. Die leicht aufzustellende Falle eignet sich besonders zum Fang flugaktiver Insekten, die gegen die Mittelwand fliegen und sich ihres oft positiv phototaktischen Verhaltens an der Mittelwand senkrecht nach oben dem Licht entgegen bewegen. Die Insekten passieren dann eine enge Öffnung an der Spitze der Falle und gelangen in eine Flasche mit einer Flüssigkeit, die mit einem Konservierungsmittel gefüllt ist. Die Positionierung der Falle hat einen großen Einfluss auf das Fangergebnis und die Falle sollte im Idealfall mit der Rückwand an eine Leitstruktur im Gelände (Waldrand, Hecke, Felskante) aufgestellt werden. Heute werden Malaisefallen weltweit zur Erfassung von Insekten eingesetzt denn sie erlaubt es, die Insektendiversität eines Gebietes in kurzer Zeit hocheffizient zu erfassen.

Standort der von 2011-2014 aufgestellten Malaisefallen.

Das bayerische Projekt ist vergleichbar mit dem Schwedischen Malaisefallenprojekt, bei dem von 2003 bis 2005 in ganz Schweden 75 Fallen an 50 Standorten aufgestellt wurden. Die Fallen lieferten insgesamt 2.000 Proben mit schätzungsweise 40 Millionen Insekten. Bis zum Jahr 2009 konnten, obwohl erst 35% der Proben nach Ordnungen sortiert worden waren, bereits über 1.000 für Schweden neue Arten nachgewiesen werden, davon waren rund 50% der Arten neu für die Wissenschaft.

Neue Arten in Bayern

In Deutschland ist Bayern das erste Bundesland, in dem ein derart umfangreiches Malaisefallenprojekt durchgeführt wurde. Die bisherigen Auswertungen ergaben bereits Dutzende von Neunachweisen für Bayern, und es ist mit weiteren Entdeckungen zu rechnen. Darüber hinaus zeichnet sich jetzt bereits ab, dass sich unter den Proben viele bisher unbeschriebene und der Wissenschaft unbekannte Arten befinden. Vor allem bei wenig bearbeiteten und kryptischen Tiergruppen, zu den viele Diptera und Hymenoptera zählen, ist mit hunderten neuer Arten zu rechnen. Aufgrund der hohen Probenqualität (Ethanolkonservierung) können diese Proben nun erstmals auch molekulargenetisch analysiert und somit bestimmbar gemacht werden.

Projekt im Projekt: Nationalpark Bayerischer Wald

Mit Malaisefallen werden auch die kleinsten Fliegen, Mücken und Wespen gefangen, wie z.B. die sehr seltene parasi­toide Zwergwespe Mymar pulchellum. Die nur ca. einen Millimeter große Art konnte, obwohl bereits 1832 beschrieben, in Deutschland bisher nur wenige Male nachgewiesen werden. Bei derart kleinen Insekten wird das “Voucher Recovery Protocol” eingesetzt, bei dem die DNA zerstörungsfrei aus dem Insekt extrahiert wird und dieses somit für morphologische Untersuchungen erhalten bleibt.

Als Teil dieses Projektes wurden aus einer einzigen, im Jahr 2012 im Nationalpark Bayerischer Wald betriebenen Malaisefalle knapp 30.000 Individuen am Canadian Centre for DNA Barcoding sequenziert. Die bisherigen Ergebnisse deuten darauf hin, dass die fast 25.000 resultierenden DNA-Sequenzen rund 2.500 Arten zuzuordnen sind. Davon konnten bisher über 1.140 Arten mittels DNA-Barcoding bestimmt werden. Weitere Arten, die bisher nicht genetisch bestimmbar waren, weil noch keine DNA-Barcodes existieren, werden auf klassische Weise durch Spezialisten bearbeitet. Ein Ergebnis, das besonders überrascht hat, ist der hohe Anteil von Arten, die nur durch wenige oder einzelne Individuen auftreten. So sind z.B. bei den Hymenoptera (Bienen und Wespen) die Hälfte der Arten nur durch ein einzelnes Individuum vertreten – ein Hinweis darauf, dass viele Arten deutlich seltener sind als bisher angenommen.

Das Projekt wurde durch die Zusammenarbeit der Zoologischen Staatssammlung mit dem Bayerischen Landesamt für Umwelt einerseits und den bayerischen Naturschutzbehörden andererseits, sowie den Nationalparks in Bayern (insbesondere dem Nationalpark Bayerischer Wald). Die Durchführung des Projektes wäre zudem nicht möglich gewesen ohne die vielen Helfer vor Ort, die für die Betreuung der Fallen verantwortlich waren. Die DNA-Barcoding-Projekte der ZSM werden finanziell unterstützt vom Bayerischen Staatsministerium für Bildung und Kultus, Wissenschaft und Kunst und dem Bundesministerium für Bildung und Forschung.