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Genetische Fingerabdrücke von Miniwespen

German Barcode of Life: Ein Projekt zur globalen Biodiversitätserfassung

Angesichts des weltweiten Artensterbens und Klimawandels wird die die Dokumentation von Biodiversität zu einer immer wichtigeren gesellschaftlichen Aufgabe. Um die Erfassung der Artenvielfalt zu beschleunigen, wurde das German Barcode of Life-Projekt (GBOL) ins Leben gerufen. In diesem Projekt haben sich die großen Naturkundemuseen Deutschlands zusammengeschlossen. Für unser Museum arbeite ich mit meinem GBOL-Team an der genetischen Erfassung der Fauna Südwestdeutschlands.

Ziel des GBOL-Projektes ist der Aufbau einer weltweit verfügbaren DNA-Barcode-Bibliothek des Lebens, in der alle in Deutschland vorkommenden Tier- und Pflanzenarten erfasst sind. DNA-Barcodes sind kurze aussagekräftige Gen-Abschnitte, die sich in der Abfolge ihrer Basenpaare unterscheiden und für jede Art charakteristisch sind. Bei Tieren verwenden wir das Protein kodierende Gen Cytochrom Oxidase I (COI).

Die Vorteile des Barcodings

Genetische Barcodes helfen zukünftig nicht nur bei der Bestimmung von beschriebenen Tier- und Pflanzenarten, sondern sie helfen bei der Identifizierung von bisher unbekannten Arten. Für uns Wissenschaftler sind sie auch hilfreich bei der Überprüfung unserer Artkonzepte. Ein weiterer Vorteil des DNA-Barcoding ist die nun schnell und sicher mögliche Bestimmung von Gewebeproben oder Pflanzenteilen. Dies ist entscheidend für Lebensmittel- oder Zollkontrollen oder auch in der Gerichtsmedizin, wo oft nur einzelne Tierhaare, Muskel- oder Pflanzenfasern zur Verfügung stehen.

Kleine Wespen – Große Herausforderungen
Erzwespe Cecidostiba semifascia Rosensteinpark L.Krogmann

Cecidostiba semifascia, eine von über 2.000 in Deutschland vorkommenden Erzwespenarten. Die Aufnahme entstand im Rosensteinpark in Stuttgart, wo die Art in Eichengallen an Gallwespenlarven parasitiert (SMNS/Krogmann).

Innerhalb des GBOL-Projektes bearbeite ich die Erzwespenfauna Deutschlands. Erzwespen sind mikroskopisch kleine Insekten, die als Larven parasitisch in den verschiedensten Entwicklungsstadien ihrer Wirte (meist andere Insekten) leben. Viele Arten werden daher erfolgreich im biologischen Pflanzen- und Vorratsschutz als Gegenspieler von Schadinsekten eingesetzt. Für GBOL müssen wir die winzigen Erzwespen im Freiland aufsammeln, um frische DNA zu erhalten. Das bedeutet, dass wir jetzt in der Erzwespen-Saison, also bei warmem, sonnigem Wetter, in ganz Deutschland unterwegs sind, um Tiere zu fangen. Dabei achten wir darauf, möglichst viele Arten in unterschiedlichen Regionen zu sammeln, um eine möglichst vollständige DNA-Bibliothek aufzubauen, die auch die innerartliche genetische Variation abdeckt.

Exkursionen
Fang von Erzwespen J.Holstein

Präparatorin Tanja Kothe saugt Erzwespen mit einem Exhaustor ein. Das dreieckige Streifnetz ist für den Fang mikroskopisch kleiner Fluginsekten optimiert (SMNS/ Holstein).

Bei unseren Erzwespen-Expeditionen sammeln wir die Tiere mit speziellen Streifnetzen direkt von der Vegetation ab. Im weißen Netz sind sie dann nur als schnell krabbelnde oder fliegende schwarze Punkte erkennbar, die wir dann mithilfe von Exhaustoren, kleinen Mini-Staubsaugern, in Sammelröhrchen aufsaugen.Bei der Bestimmung mit Hilfe hochauflösender Stereo-Mikroskope zeigt sich dann, welche Schätze wir gefunden haben.

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In dieser Malaisefalle im Backnanger Forst landen die Erzwespen an der höchsten Stelle in einem mit Alkohol gefüllten Fanggefäß (SMNS/ Kothe).

Wir stellen auch zeltartige Flugfallen (Malaise-Fallen) auf, in denen alle zufällig vorbeifliegenden Insekten automatisch gefangen werden. Diese Fallen müssen wir zwar nur alle zwei Wochen leeren, dafür haben wir es dann oft mit tausenden von Insekten zu tun, die wir für die weitere wissenschaftliche Bearbeitung vorsortieren müssen. Das gesammelte Material wird bei uns im Museum mithilfe von Sieben und einem Probenschüttler zunächst nach Größe getrennt und dann von unserem GBOL-Team den verschiedenen Insektengruppen zugeordnet. Insekten, die wir im Rahmen des Projektes nicht selbst bearbeiten, wie z.B. Fliegen, Wanzen und Zikaden, senden wir an kooperierende GBOL-Institute. So helfen wir mit, die DNA-Bibliothek auch für andere Tiergruppen zu vervollständigen.

Laborarbeit
DNA Labor L.Krogmann

Im Molekularlabor wird die DNA für die Generierung der genetischen Barcodes entnommen (SMNS/ Krogmann).

Präparation Erzwespen L. Krogmann

Anschliessend werden die präparierten Erzwespen auf kleine dreieckige Papierkarten geklebt und so in die wissenschaftliche Sammlung integriert (SMNS/ Krogmann).

In unserem Molekular-Labor entnehmen wir die DNA in einem komplizierten Verfahren aus den winzigen Wespen. Die Tiere bleiben dabei äußerlich unversehrt und gehen nach aufwändiger Präparation und Fotodokumentation als Belegtiere in die wissenschaftliche Sammlung des SMNS ein. DNA Barcodes ohne Belegtiere sind wissenschaftlich wertlos, da die ursprüngliche Bestimmung nicht mehr überprüft werden kann. Nur ein geringer Teil der gewonnen DNA wird zur Erstellung des genetischen Fingerabdrucks verwendet.

Der Rest wird in unserer DNA-Sammlung bei frostigen -80°C gelagert und steht für weitere genetische Untersuchungen zur Verfügung.

Integrative Taxonomie

Die bei dem Barcoding gewonnenen genetischen Informationen ersetzen nicht die klassische, morphologisch basierte Taxonomie, sondern ergänzen sie auf ideale Weise. Viele Erzwespenarten lassen sich morphologisch nicht eindeutig diagnostizieren und viele Arten sind nur von wenigen Exemplaren bekannt. So stehe ich oft vor der Frage: „Habe ich jetzt eine neue Art gefunden, oder zeigt sie nur eine bisher unbekannte morphologische Variation?“ Der Vergleich der DNA-Barcodes mit morphologischen und biologischen Daten hilft mir bei der Beantwortung dieser Frage und ist Teil eines integrativen taxonomischen Ansatzes.

Literatur

Wägele J.W., Astrin J.J., Balke M., Hausmann A., Krogmann L., Hendrich L., Pietsch S., Raupach M., Schmidt S., Segerer A.H. & Haszprunar G. (2013): Taxonomie am Scheideweg? [Taxonomy at the crossroads?]. Studia dipterologica 18: 105-117.

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