Die Überwachung der Artenvielfalt bedeutet normalerweise, dass Forscher in Wälder, Felder und abgelegene Landschaften aufbrechen, um einzelne Tier- und Pflanzenarten aufzuspüren.

Ein neues Experiment deutet jedoch auf eine deutlich schnellere Methode hin, um herauszufinden, welche Lebewesen in einem Gebiet vorkommen: man muss lediglich die DNA sammeln, die durch die Luft schwebt.

Dazu montierten Forscher einen Luftprobensammler an einem Fahrzeug und legten damit eine Strecke von mehr als 1.100 Kilometern durch Westaustralien zurück.

Durch die Analyse winziger genetischer Spuren, die während der Fahrt gesammelt wurden, konnten sie Hunderte von Tier- und Pflanzenarten identifizieren. Damit zeigten sie, dass DNA aus der Luft zu einem wertvollen neuen Instrument für die großflächige Umweltüberwachung werden könnte.

Eine Autoreise wurde zur Forschungsmission

Das Forschungsteam fuhr von Cottesloe in Richtung Cocklebiddy und durchquerte dabei Wälder, landwirtschaftlich genutzte Flächen und trockene Regionen im Landesinneren, bevor es die Nullarbor-Ebene erreichte.

Etwa alle 26 Kilometer wurden Luftproben entnommen. Statt gezielt nach Tieren, Insekten oder Pflanzen zu suchen, konzentrierten sich die Forscher auf sogenannte Umwelt-DNA, kurz eDNA.

Lebewesen geben ständig kleinste Mengen genetischen Materials an ihre Umgebung ab – etwa durch Hautzellen, Haare, Pollen, Sporen und andere biologische Partikel. Einige dieser winzigen Fragmente gelangen in die Luft und können dort möglicherweise aufgefangen und identifiziert werden.

Durch die Sequenzierung des gesammelten Materials konnten die Forscher insgesamt 633 verschiedene Arten von Pflanzen und Tieren nachweisen.

Jede Landschaft hinterlässt Spuren

Eine der wichtigsten Erkenntnisse war, dass die DNA entlang der gesamten Strecke keineswegs eine zufällige, gleichmäßige Mischung bildete.

Vielmehr hinterließen unterschiedliche Landschaften jeweils eigene biologische Muster. Die in Wäldern nachgewiesenen Arten unterschieden sich deutlich von denen in landwirtschaftlich genutzten Gebieten und trockenen Regionen im Landesinneren.

Der leitende Forscher Joshua Newton erklärte, dass das Team herausfinden wollte, ob DNA aus der Luft aussagekräftige Informationen über einzelne Lebensräume liefern kann, ohne sich zu weit zu verbreiten.

Seinen Angaben zufolge zeigten die Ergebnisse, dass die Veränderungen in den gesammelten DNA-Spuren tatsächlich die Unterschiede zwischen den durchquerten Landschaften widerspiegelten.

Dabei spielten Umweltbedingungen und die Art des Lebensraums eine wichtigere Rolle bei der Erklärung der nachgewiesenen Arten als die geografische Entfernung allein.

Neue Methode zur Schädlingsüberwachung

Die Technik könnte weit mehr leisten als nur die allgemeine Erforschung der Artenvielfalt.

Unter den nachgewiesenen genetischen Spuren befanden sich auch Hinweise auf zwölf regulierte Schädlingsarten. Darüber hinaus identifizierten die Forscher Organismen, die für die Landwirtschaft und den Schutz vor biologischen Gefahren relevant sind, darunter den heimischen Knospenwickler (Native Budworm), die Stallfliege (Stable Fly) und die Australische Schafschmeißfliege (Australian Sheep Blowfly).

Der Nachweis solcher Spuren bedeutet allerdings nicht automatisch, dass sich eine schädliche Art an einem bestimmten Ort dauerhaft angesiedelt hat. Dennoch könnte DNA aus der Luft als Frühwarnsystem dienen und Behörden dabei helfen, gezielt zu entscheiden, wo genauere Untersuchungen vor Ort erforderlich sind.

Besonders wertvoll wäre das in riesigen Landschaftsgebieten, in denen herkömmliche Überwachungsmethoden viel Zeit, Personal und finanzielle Mittel erfordern.

Die Grenzen der DNA-Analyse

Die Methode ist vielversprechend, kann herkömmliche Untersuchungen von Tier- und Pflanzenbeständen derzeit jedoch noch nicht ersetzen.

DNA kann durch Luftströmungen über größere Entfernungen transportiert werden. Auch Fahrzeuge und andere Oberflächen können indirekt zur Verbreitung beitragen.

Eine an einem bestimmten Ort gesammelte genetische Spur beweist daher nicht zwangsläufig, dass der entsprechende Organismus unmittelbar in der Nähe des Probenahmepunkts gelebt hat.

Professor Paul Nevill zufolge könnte der größte Vorteil dieser Technik darin liegen, übergeordnete Muster der Artenvielfalt sichtbar zu machen und Gebiete zu identifizieren, in denen Wissenschaftler anschließend intensivere Untersuchungen durchführen sollten.

Die Technologie sollte deshalb eher als zusätzliche Möglichkeit der Umweltüberwachung betrachtet werden und nicht als eigenständige Komplettlösung.

Eine neue Methode, die Natur zu kartieren

Die Artenvielfalt nimmt in vielen Teilen der Welt rapide ab. Dadurch wächst der Bedarf an Methoden, mit denen sich große Gebiete regelmäßig überwachen lassen, ohne dafür riesige Forschungsteams einsetzen zu müssen.

Luftprobensammler an Fahrzeugen könnten es Wissenschaftlern künftig ermöglichen, Umweltinformationen während der Fahrt auf bereits bestehenden Straßen zu sammeln. Auf diese Weise ließen sich biologische Karten ganzer Regionen erstellen, die ansonsten nur schwer regelmäßig zu untersuchen wären.

Das Experiment offenbart außerdem etwas Erstaunliches über unsere Umwelt: selbst wenn Tiere verborgen bleiben und Pflanzen weit entfernt sind, bewegen sich ständig winzige biologische Spuren durch die Atmosphäre.

Die Luft um uns herum könnte somit eine unsichtbare Aufzeichnung des Lebens enthalten, das eine ganze Landschaft bevölkert.