Photo: Carter Atkinson, USGS, via Wikimedia Commons.

In den letzten Jahren haben sich die Techniken zur gezielten Änderung des Erbgutes rasant weiterentwickelt. Neue Methoden wie CRISPR/Cas9 ermöglichen es mit hoher Präzision und relativ einfach und billig bestimmte Genabschnitte wunschgemäß zu verändern. Solche Ansätze eröffnen ein fast unendliches Feld von Anwendungsmöglichkeiten. Während in der medizinischen Forschung mit solchen Methoden bereits intensiv  gearbeitet wird, werden die Möglichkeiten für den Natur-und Artenschutz bisher nur wenig und sehr kontrovers diskutiert. Naturschutzbiologen und Synthetische Biologen entstammen sehr unterschiedlichen Forschungsfeldern und ein gegenseitiger Austausch findet kaum statt. Dabei wäre eine gemeinsame Zusammenarbeit wünschenswert um den weltweiten Rückgang der Arten und Lebensräume möglicherweise mit modernen Methoden reduzieren zu können. Während die innovativen technischen Ansätze für synthetische Biologen technisches Handwerkzeug sind , reagieren Naturschutzbiologen häufig mit Skepsis. Wollen wir also Biodiversität bewahren oder erlauben wir uns diese zu gestalten?

Unsere Studie zeigt anhand ausgewählter Beispiele, dass eine engere Zusammenarbeit von Synthetischen und Naturschutzbiologen notwendig ist. Was wäre wenn wir mittels genetisch modifizierter Moskitos, die Ausbreitung von Krankheiten stoppen können? Und wenn es möglich wäre invasive Arten (z.B. auf Inseln) so zu kontrollieren, dass deren Einfluß auf bedrohte Arten abnimmt?
Wir sollten darüber nachdenken, ob wir den weltweiten Schwund von Arten mittels neuer Methoden eindämmen können. Dazu ist aber eine frühzeitiger Austausch zwischen allen beteiligten Disziplinen notwendig.

In ihrer Doktorarbeit hat Nadine Klauke die Brutbiologie des „El Oro Parakeet untersucht. Dieser Vogel kommt endemisch in den Anden Ecuadors auf einem Gebiet von nur ~ 750 km² vor.

Dieser Lebensraum ist wie vielerorts durch die andauernde Zerstörung des Lebensraums bedroht. Gleichzeitig ist zu beobachten, dass viele Arten, die sich früher noch in den Tallagen der Berge fanden, heute nur noch in höheren Gebieten finden. Die Verschiebung des Lebensraums in höhere Lagen wird dabei klimatischen Effekten zugeschrieben. Finden sich aber in der Höhe keine geeigneten Lebensräume mehr, dann wird das zur Verfügung stehende Habitat immer kleiner und die Verbindung zwischen den verbliebenen Habitatinseln immer geringer. Bisher nahm man an, dass Papageien auch größere Distanzen zwischen solchen Habitatfragmenten zurücklegen können. Umso erstaunlicher ist es, dass in der vorliegenden Studie  bereits zwischen zwei Seiten eines Tales der genetische Austausch reduziert ist . In den tropischen Bergregenwäldern gibt es dazu bisher kaum Untersuchungen. Nadine Klauke hat mit der Untersuchung der genetischen Struktur am El Oro Parakeet daher wichtige Grundlagen für die Entwicklung von Schutzkonzepten geliefert. Dies ist besonders wichtig, da davon auszugehen ist, dass auch kleinräumige Isolationseffekte durch die Verinselung des Lebensraums entstehen.

El Oro Parakeet, Copyright Tobias Mika

Im Regenwald Ecuadors lebt der bedrohte El Oro Tapaculo, wissenchaftlich Scytalopus robbinsi. Da über das Vorkommen und die Ökologie der Art bisher nahezu nichts bekannt war versuchte Claudia Hermes und ihre Mitarbeiter im Rahmen eines Forschungsprojektes mehr über diesen Vogel herauszufinden. Dabei ist es nicht einfach den El Oro Tapaculo zu finden – es ist einer jener Vögel, die selten fliegen und sich auf dem Waldboden laufend fortbewegen. Nur wenige Menschen  bekommen den Vogel je zu Gesicht. Es ist daher nicht verwunderlich, daß der El Oro Tapaculo erst im Jahre 1990 entdeckt und beschrieben wurde. Eine typische Beobachtung dieser bedrohten Art, die alle in einem eng begrenzten Gebiet leben und von der es nur noch wenige 1000 Individuen gibt, sieht dann so aus:

Claudia Hermes gelang es im Rahmen ihrer Doktorarbeit einige dieser Vögel im ecuadorianischen Bergregenwald zu beobachten und zu fangen. Ihre Untersuchungen, veröffentlicht in der Zeitschrift Nature Conservation, zeigen dass sich die Vögel an den Verlust und die Fragmentierung des Lebensraums anpassen. Auch wenn die genetische Vielfalt in den einzelnen Waldfragmenten hoch ist, unterscheiden sich die Vögel in unterschiedlich großen Waldfragmenten in ihrer Flügelform. In kleinen isolierten Waldfragmenten sind Flügel etwas länger geformt, was eine Anpassung an größere Mobilität darstellt. Möglicherweise hilft diese Anpassung den Vögeln nun zwischen einzelnen Teilgebieten hin und her zu fliegen, eine Fähigkeit um mit der zunehmend starken Fragmentierung des Lebensraums zurecht zu kommen.

Mehr Informationen dazu finden Sie außerdem in diesem Blogbeitrag (in englisch)

Die Wildkatze wurde in Baden-Württemberg erst vor kurzer Zeit wieder entdeckt, nachdem sie lange Zeit als ausgestorben galt. Woher kommen nun die Tiere, die im Kaiserstuhl und andere Gebiete der Rheinebene gefunden wurden? Wurden sie dort bisher einfach übersehen, bei einer Tierart, die mit der Hauskatze leicht verwechselt werden kann und sehr heimlich lebt durchaus vorstellbar? Oder ist die Art von Frankreich her, wo es noch bekannte Vorkommen gab, wieder nach Deutschland eingewandert?
Letzteres würde aber bedeuten, daß die Tiere das dicht besiedelte Rheintal mit Bahnlinien, Autobahnen und dem Rhein als Fluß überquert hätten. Unsere bisherige Studien (Hartmann et al.2013 ) zeigen, dass die Wildkatzen im Bereich der Mittelgebirge von Westerwald, Eifel, Hunsrück und Taunus den Rhein nicht überqueren und in diesem Gebiet der Fluß eine Barriere für den genetischen Austausch darstellt.

Wildkatze (an.wikipedia.org)

Im Oberrheintal ist die Situation aber eine andere, hier sind die Vorkommen auf beiden Seiten des Rheins, in den Vogesen und dem Kaiserstuhl nicht genetisch voneinander isoliert, wie Sandra Würstlin in ihrer Masterarbeit zeigen konnte (Würstlin et al. 2016) .  Die Wildkatzen sind also in der Lage neue Gebiete zu besiedeln und in manchen Gebieten auch größere Barrieren zu überwinden. Auch wenn bisher niemand die Tiere direkt beim Schwimmen im Rhein beobachtet haben konnte, zeigen unsere genetischen Studien, daß die Tiere dies offensichtlich regelmässig tun.

Kann und soll ich meine ökologische Studie oder mein Gutachten mit genetischen Methoden durchführen?

An wen wende ich mich und was kosten solche Analysen?

Solche und andere praxisorientierte Fragen werden im neu erschienen Buch „Naturschutzgenetik – ein Handbuch für die Praxis“ aufgegriffen. Genetische Methoden werden im angewandten Naturschutz immer häufiger angewandt. Während an Universitäten akademische Forschung dazu schon seit Jahren Routine ist, scheuen sich viele Praktiker immer noch genetische Methoden einzusetzen – zu schwierig scheinen die Methoden, zu wenig klar was mit diesen Methoden machbar ist und was nicht.

Ziel dieses Buches ist den sinnvollen Einsatz von genetischen Methoden für den praktischen Naturschutz zu fördern und dient gleichzeitig als Handbuch und Nachschlagewerg für die Naturschutzpraxis.

nein – hier geht es nicht um den sprichwörtlichen Wurm sondern um einen anderen Effekt, den wir in unserer Studie zu Mönchsgrasmücken im Freiburger Mooswald gefunden haben. Die Vögel kommen ab Mitte März aus ihren Überwinterungsgebieten in Freiburg an und beginnen dann nach der Suche nach den besten Territorien. Wer früher kommt, kann dann auch ein Territorium besetzen, das ihm bessere Nahrungsquellen bietet oder Schutz vor Feinden gewährt. Wer in einer Toplage wohnt, hat dann langfristig eine höhere Überlebenschance. Interessanterweise zeigt sich dabei auch, dass die Bewohner dieser Territorien eine höhere genetische Vielfalt zeigen. Wer zuerst kommt, singt nicht nur zuerst, sondern hat auch eine höhere Chance sich erfolgreich fortzupflanzen.

Photo: Ralph Martin

Dieses Phänomen ist in Freiburg besonders spannend. Hier treffen nämlich Brutvögel aus zwei unterschiedlichen Überwinterungsgebieten zusammen. Vögel, die in Großbritannien den Winter verbringen kommen früher in Freiburg an, als Vögel, die in Spanien überwintern. Der Vorteil einer früher Ankunft bei der Besetzung geeigneter Territorien bietet einen großen Mehrwert für das Überleben der Vögel. Damit lässt sich unter anderem erklären, warum es überhaupt zur Bildung unterschiedlicher Zugwege kommt und wie sich diese durchsetzen – eine spannende Frage in der Erforschung der Evolution des Vogelzugs.

Welche Gene möglicherweise dabei eine Rolle spielen, haben wir in einer anderen Studie untersucht. Hier fanden wir zusätzlich Unterschiede in den entsprechenden Zugstrategien für Männchen und Weibchen.

Naturschützer stehen häufig vor dem Problem, schnell und mit wenig Geld möglichst effektive Maßnahmen für den Schutz einer Art umzusetzen. Wie soll ein bestimmter Lebensraum gestaltet sein, damit bestmögliche Ergebnisse erzielt werden? Nutze ich z.B. Weidevieh um Flächen offen zu halten, brenne ich bestimmte Bereiche nieder, oder mähe ich Teile eines Reservats?

Stefanie Hartmann konnte in ihrer Studie an der Blasskopfammer zeigen, dass der Fortpflanzungserfolg der Vögel, und damit auch das Überleben der Art, ganz wesentlich vom richtigen Habitatmanagement abhängt. Dazu untersuchte sie die Überlebensrate der Vögel und verglich die verschiedenen Pflegemaßnahmen (Beweidung, Feuer, Mahd). Sie stellte dabei fest, dass die entsprechenden Maßnahmen entscheidend von der Populationsdynamik der Vögel abhängen. Zu Beginn der Schutzbemühungen in den 90er Jahren half nur eine konsequente Bejagung der Kuhstärlinge. Damit konnte erreicht werden, dass die Art von wenigen Brutpaaren auf wieder über 200 Individuen anstieg. Ab einer gewissen Populationsgröße hatte diese Bejagung aber einen deutlich kleineren Effekt und ein konsequentes Habitatmanagement war für das Überleben entscheidend. Damit können begrenzte  Ressourcen sinnvoll in diejenigen Aktionen investiert werden, die einen möglichst großen Nutzen ergeben.

Eine Evaluation der verschiedenen Habitatpflegemaßnahmen ist daher entscheidend für ein sinnvolles Schutzkonzept und damit auch für den Erfolg von Artenförderungsprogrammen.

Beim Wandern in den Alpen hat sicher der ein oder andere schon einmal den „König der Lüfte“ seine Kreise ziehen sehen. Eindrucksvoll zieht er seine Kreise oberhalb der Berggipfel und versucht auf der Jagd nach Murmeltieren, Schneehühnern oder Schneehasen sein Glück im Sturzflug. Innerhalb der Alpen können heute wieder vielerorts die majestätischen Vögel beobachtet werden, im Schwarzwald gehört dazu viel Glück, es gelingen aber immer wieder auch hier Beobachtungen.

Wie hängen die verschiedenen Steinadlervorkommen in Europa miteinander zusammen?

Dieser Frage sind wir in einer Studie zusammen mit Kollegen an der Universität Wien nachgegangen. Zunächst wurde dazu von vielen freiwilligen Helfern aus der Nähe von Horsten, aber auch zahlreichen Museen Federmaterial zusammengetragen. Diese wurden dann sequenziert um ihre genetische Verwandtschaft zu klären.

Spannenderweise lassen sich in Europa heute zwei hauptsächliche genetische Linien entdecken. Eine findet sich im Mittelmeerraum und in den Alpen, die andere im restlichen Teil Europas von Schottland über Fennoskandinavien bis nach Russland und Nordamerika.

Wie lässt sich dieses Muster erklären?

Nach der letzten Eiszeit erfolgte die Wiederbesiedlung Mitteleuropas aus zwei unterschiedlichen Herkunftsgebieten. Während Skandinavien und Schottland aus einem in Asien gelegenen Gebiet wieder besiedelt wurde, wanderten aus Mittelmeerraum Vögel bis in die Alpen vor.  Genetische Analysen verraten also nicht nur wie sich Populationen heute unterscheiden, sondern lassen auch wertvolle Rückschlüsse über deren Herkunft zu.

Es wird spannend sein zu sehen, wie der Steinadler sich weiter in Europa ausbreitet. Glücklicherweise werden die Vögel heute nur noch selten direkt verfolgt und ermöglicht uns diesen eindrucksvollen Vogel wieder häufiger in freier Wildbahn zu beobachten.

Nicht nur Menschen bekommen Malaria, auch Vögel können durch Insekten eine Form der Vogelmalaria bekommen. Diese lässt sich dann über Blutanalysen oder einen genetischen Schnelltest nachweisen.

In unseren Studien im Mooswald vor den Stadttoren Freiburgs haben wir verschieden Vogelarten untersucht und getestet ob im Blut Vogelmalariaerreger nachzuweisen sind. Wir wollten dabei wissen, welche Arten besonders davon betroffen sind. Diese Erreger werden durch verschiedene Mücken übertragen. Dabei zeigten sich interessante Unterschiede: Während Singdrosseln in allen Fällen infiziert waren, und auch die häufigen Buchfinken immerhin zu 75% Blutparasiten aufwiesen, konnten nur in 50% der Kohlmeisen Parasiten nachgewiesen werden. Dagegen fanden sich in Blaumeisen und Kleibern gar keine Erreger (mehr zur Studie hier).

Haemoproteus (courtesy Bruntje Lüdtke)

Eines der spannenden Ergebnisse einer anderen Studie im Mooswald war die Tatsache, dass bestimmte Mücken, die als wirtsspezifisch gelten auch andere Wirte stechen können. So fanden sich Culicoidesmücken, die offensichtlich menschliches Blut gesaugt hatte, aber auch welche mit Singvogelblut. Dies zeigt deutlich, dass Mücken in Siedlungsnähe sowohl Säugetiere, wie Vögel wie auch Menschen infizieren können und damit auch Krankheiten zwischen den verschiedenen Wirten übertragen können.

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Die Blasskopfbuschammer ist eine der seltensten und gefährdetsten Vogelart Ecuadors, die 30 Jahre lang sogar für ausgestorben gehalten wurde. Als die Art 1998 wiederentdeckt wurde, gab es nur noch ca 20 Tiere – ein Grund genug zur Sorge, dass die mittlerweile wieder auf 200 Tiere angewachsene Population durch den vergangenen Populationseinbruch ihre genetische Vielfalt, und damit ihre künfige Anpassungsfähigkeit an sich ändernde Umweltbedingungen, verloren haben könnte.

Dazu  haben wir die Muster der genetischen Vielfalt von 91 Blasskopfbuschammern, also fast der Hälfte der verbleibenden Weltpopulation, genauer unter die Lupe genommen und mit bis zu 115 Jahre alten Museumsproben derselben Art sowie zwei weiteren nicht-gefährdeten Buschammern aus demselben Reservat verglichen. Durch die Untersuchung der Mikrosatelliten haben wir Zeitraum und Intensität des vergangenen Populationseinbruchs näher bestimmen können: Die Population der Blasskopfbuschammern bestand vor dem Populationszusammenbruch aus ca 4000 Individuen. Da zum Zeitpunkt der Wiederentdeckung nur noch ca 20-40 Individuen übrig waren, handelt es sich also um einen Rückgang der Population um 99%. Dieser begann allerdings schon vor ca. 600 Jahren, also noch zur Zeit der Inkas.

Interessanterweise ist die Diversität an neutralen Stellen im Genom (also die der Mikrosatelliten) in den heutigen  Blasskopfbuschammern noch genauso hoch wie die der Museumsproben- und genauso hoch wie in zwei anderen Buschammern des Reservats, die nicht gefährdet sind.  Noch erstaunlicher aber ist, dass dafür die Immunsystem-Diversität der Blasskopfbuschammer gegenüber den anderen beiden Buschammern stark verloren gegangen ist. Da einer hohen Immunsystem-Diversität eine wichtige Funktion in der Anpassungsfähigkeit gegenüber künftigen Umweltänderungen, v.a. neuen möglichen Krankheiten, zukommt, ist das ein besorgniserregendes Ergebnis. Sobald eine neue Krankheit ins Reservat gelangt, besteht damit die Gefahr, dass die letzte Population an Blasskopfbuschammern ausstirbt, weil sich die Tiere im Immunsystem so ähnlich, nämlich so wenig variabel, sind. Um dem entgegenzuwirken, sollte daher baldmöglichst ein zweites Reservat gegründet und ein Teil der Population dahin umgesiedelt werden.

Ein neues Reservat für die Blasskopfbuschammer

Dafür wurde bereits ein geeignetes Gebiet gefunden, in das einzelne Tiere des heutigen „Yunguilla“- Reservats umgesiedelt werden könnten.  Durch die bisherigen Arbeiten von Stefanie Hartmann und Kollegen gelang es nicht nur die genetischen Ergebnisse im Journal Molecular Ecology zu veröffentlichen sondern damit auch Gelder für den Ankauf des Grundstückes zu gewinnen. Die Naturschutzorganisation „Fundacion Jocotoco“ befindet sich aktuell in Verkaufsverhandlungen bezüglich des neuen Reservats und mit etwas Glück werden wir bald nicht mehr von „der letzten Population ihrer Art“ sprechen müssen.