Molekulares Spurenlesen für den Artenschutz

Wisente aus Kropp helfen bei der Entwicklung eines Markersystems für Populationsgenetik

Gerrit Wehrenberg - Veröffentlicht am Freitag, 12. März 2021

Molekulare Analysen der genetischen Diversität sind ein erfolgsversprechendes Werkzeug für das Management zum Schutz bedrohter Arten. Der Wisent wurde durch erhebliche Artenschutzbemühungen Anfang des 20. Jahrhunderts vor dem Aussterben bewahrt. Die heutige globale Population stammt von insgesamt nur zwölf Gründertieren, wodurch die Art einen starken genetischen Flaschenhals durchlaufen hat. Zwar ist die Population durch eine erfolgreiche Erhaltungszucht wie im Wisentpark Kropp und Wiederansiedelungen in angestammten Regionen weltweit wieder auf über 8400 Individuen herangewachsen, ist aber weiterhin bedroht durch eine sehr niedrige genetische Vielfalt und Inzucht.

Verursacht durch diese niedrige genetische Vielfalt, versagen traditionelle molekulare Methoden für die Bewertung von genetischer Diversität oder für Verwandtschaftsanalysen erforderliche Auflösung für diese Art zu leisten. Dies hat genetische Untersuchungen, für das Management in Menschenobhut oder das nicht-invasive Monitoring von ausgewilderten und isolierten Populationen stark erschwert. Mit einer Studie habe ich im Rahmen meiner Masterarbeit (Goethe-Universität Frankfurt und Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt) ein sogenanntes SNP-Panel für nicht-invasiver Proben vom Wisent mit niedriger Qualität entwickelt. Solche Proben können Umweltspuren der Tiere wie Dung, Urin, Speichel oder Haare darstellen. Diese können dann beispielsweise von Nationalpark-Rangern im Feld gesammelt und anschließend im Labor analysiert werden, um so über Ihren Verursacher Aufschluss zu geben. So kann man die Tiere effektiv monitoren, ohne sie fangen oder auch nur stören zu müssen – schließlich ein Primärziel von Auswilderungen.

Insgesamt 96 Stellen im Genom der Wisente, sogenannte SNPs (gesprochen „Snips“ für Einzelnukleotid-Polymorphismen; engl.: single nucleotide polymorphisms), sind zu dem neuen SNP-Panel zusammengefasst und ermöglichen viele verschiedene Diagnosen und Einblicke in die Populationsgenetik der Wisente, die für die Artenschützer entscheidende Bedeutung haben. Nun kann man nur mit zum Beispiel einer Kotprobe das Geschlecht, die Eltern oder die genetische Diversität des Tieres bestimmen. Für artenschutzrelevante Entscheidungen, sowohl für die Erhaltungszucht in Menschenobhut oder bei ausgewilderten Beständen, sind solche Stammbaumrekonstruktionen oder die Untersuchung der genetischen Diversität von zentraler Bedeutung. Mit dem genetischen Fingerabdruck der Tiere kann man auch etwa individuelle Wanderbewegungen nachvollziehen oder Populationsgrößen abschätzen. Seit der Gründung der Artenschutzbemühungen vor rund 100 Jahren ist die Trennung der sogenannten Flachlandlinie und der Flachland-Kaukasus-Linie, welche genetisches Material des mittlerweile ausgestorbenen Bergwisents aus dem Kaukasus innehat, ein zentraler Grundsatz für das Management. Die Wisente in Kropp gehören der Flachlandlinie an. Anhand des neuen SNP-Panels lassen sich die Individuen diesen beiden Zuchtlinien zuordnen, selbst wenn es sich um Hybride beider Linien handelt. Um im Feld genommene Proben von anderen Arten, wie dem genetisch ähnlichen Hausrind oder anderen Wildtieren unterscheiden zu können, erlaubt das SNP-Panel das Bestimmen anderer Spezies. Zusätzlich zur Entwicklung des Markerpanels, habe ich eine optimale Methode für das Sammeln, Lagern und die DNS-Extraktion von und aus Wisentdung erstellt, welches den optimalen Probentyp im Freiland darstellt, da ausgewachsene Wisente täglich unglaubliche 5 – 7 kg Dung ausscheiden. Um eine für die globale Population repräsentative Probensammlung zu garantieren, haben europaweit 37 Zoos, Wildparks und andere Kooperationspartner über 1600 Einzelproben von etwa 300 Wisentindividuen beigetragen. Davon konnte ich im Rahmen meiner Masterarbeit 137 Wisente sowohl aus menschlicher Obhut, als auch aus der Wildnis erfolgreich analysieren. Darunter sind auch drei Kühe und zwei Bullen aus dem Wisentpark, die von Hille Widowski, Sarah Hauptmann und Johannes Aechter beprobt wurden. Aus derselben Probensammlung konnte ich außerdem 116 Individuen zehn weiterer Rinderarten analysieren. So konnte ich feststellen, dass grundlegende Anwendungen des SNP-Panels, wie der Geschlechtsbestimmung und der Individualisierung über nicht-invasive Proben auch für Amerikanische Bisons, Hausrinder und asiatische Gaure sowie Bantengs funktionieren. So kann das ursprünglich strikt für Wisente entwickelte SNP Panel ohne Anpassungen in basalen Fragestellungen für teilweise ebenfalls naturschutzrelevante Wildrindarten sofort angewendet werden.

Durch die niedrigen Kosten, die hohe molekulare Auflösungskraft, als auch die Anwendbarkeit für verschiedenste Probentypen, kann das neue SNP-Panel wichtige Aufgaben in den aktuellen Artenschutzbemühungen zum Wisent bewältigen. Dazu gehört ein präzises genetisches Monitoring von wiederausgewilderten Herden, als auch der molekulare Vergleich mit den ältesten Zuchtbuchdaten einer bedrohten Art die mehr als 100 Jahre zurückreichen. Letzteres ermöglichte eine unvergleichbare Gelegenheit dieses neuentwickelte genetische Werkzeug mit bereits vorhandenen Daten abzugleichen. Derzeit wird an einer peer-reviewten Publikation in einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift der Studie gearbeitet. Auf einer internationalen Fachkonferenz in Frankfurt am Main traf die Studie bereits auf Interesse. Außerdem wird dieses neue SNP-Panel zum erstmaligen Monitoring wilder Populationen, zurzeit im Rahmen der aktuellen Auswilderungen in Rumänien eingesetzt (WWF Rumänien, Rewilding Europe und der Romanian Wilderness Society (EU-Life-Projekt)). So konnten die Proben der kropper Wisente einen wichtigen Beitrag für dieses Forschungsprojekt mit direkter Anwendung im Artenschutz für die wilden Verwandten leisten.