Biodiversität: Wir sägen auf dem Ast, auf dem wir sitzen

Biodiversität nimmt so rasant ab wie noch nie. Derzeit sterben viele Spezies so rasant aus, dass auch der Mensch in seiner Existenz bedroht ist. Eine aktuelle Studie zeigt, dass rasch gehandelt werden muss, um den Rückgang an Biodiversität zu stoppen. Wichtig sind hierbei unter anderem verlässliche, wissenschaftliche Daten, deren Verlauf über die Jahre beobachtet wird. Wissenschaftler nutzen in einem neuen Ansatz, DNA-basierte Technologien, um Vorhersagen zur Entwicklung der Biodiversität auf der Erde zu treffen. Die Idee dahinter ist es, Lebewesen als Träger von Information zu verstehen und die Biodiversität schneller über den Informationsgehalt der gesamten DNA zu erfassen.

Fünfmal sei es im Laufe der Erdgeschichte bereits zu einem Massenaussterben gekommen, berichten Forscher der Stanford University. Und jedes Mal habe es etwa einige Million Jahre gedauert, bis sich die Erde wieder regeneriert habe. Das letzte große Massenaussterben fand vor etwa 66 Millionen Jahren statt, als die Dinosaurier von der Erde verschwanden. Nun ist es offenbar wieder soweit: „Wir schlittern gerade in das sechste große Event dieser Art und das könnte alle Menschen auf der Erde das Leben kosten“, warnt Paul Ehrlich, Professor an der Standford University.

Artenschwund: 114-mal schneller als normal

Die aktuelle Studie der Wissenschaftler um Paul Ehrlich zeigt: Selbst unter sehr konservativen Annahmen verschwinden Arten derzeit 114-mal schneller von der Erde als das natürlicherweise der Fall wäre. Schuld daran ist der Mensch. „Wenn sich das Massenaussterben in dieser Geschwindigkeit fortsetzt, bräuchte die Erde viele Millionen Jahre, um sich zu regenerieren. Das wäre auch für die Menschen fatal“, so Studienleiter Gerardo Ceballos von der Universidad Autónoma de México.

Gut erforschte Wirbeltiere als Basis

In ihrer Studie verließen sich die Forscher ausschließlich auf Daten zu den umfangreich erforschten und katalogisierten Wirbeltieren. Daher vermuten sie, dass verschiedene Spezies in Wirklichkeit noch viel schneller aussterben, als sich aus den Daten der Wirbeltiere ableiten lässt. Die Folgen für die Ökosysteme sind fatal, denn zahlreiche Spezies übernehmen auch für den Menschen essentielle Funktionen. So sorgen beispielsweise Bienen dafür, dass viele unserer Nahrungspflanzen bestäubt werden und Früchte tragen. Auch auf eine Vielfalt von Wasserlebewesen kann der Mensch keinesfalls verzichten. Denn sie reinigen das lebenswichtige Grundelement allen Lebens auf der Erde. „Wir sägen mit rasanter Geschwindigkeit an dem Ast, auf dem wir sitzen!“, so Ehrlich.

Schnelles Handeln unabdingbar

Um das sechste, fatale Massenaussterben zu bremsen, sei ein schnelles Handeln unabdingbar. Nur durch intensivierte Maßnahmen wie Erhaltung von Lebensräumen und einem Stopp des Klimawandels könnten bereits bedrohte Arten vor dem Aussterben gerettet werden. Mit ihrer Studie wollen die Forscher vor allem auf die Dringlichkeit des Problems aufmerksam machen. Denn Biodiversität ist wichtig. Sie ist Grundlage für unsere Nahrung, für Rohstoffe, Medizin und ökologische Stabilität.

Die Grundlage der Biodiversitätsforschung ist die Charakterisierung und Zählung der Arten. Nur auf deren Grundlage lassen sich folgende, wichtige Fragen beantworten:  Was bedeutet es ökologisch, wenn eine taxonomische Gruppe eine enorm hohe Vielfalt zeigt? Wie sehr ist Biodiversität für die Funktion und Produktivität von Ökosystemen wichtig? Sind auch seltene Arten bedeutend für die Lebensgemeinschaft? Wie viel ist uns Artenvielfalt wert? Und was passiert mit der Lebensgemeinschaft, wenn nur ein einziges Mitglied verschwindet?

Ganze Lebensräume und ihre Bewohner lassen sich seit kurzem mit Hilfe von DNA-basierten Techniken erfassen. „Hochdurchsatz-Technologien (wie etwa Next Generation Sequencing, NGS) ermöglichen es jetzt, die Biodiversität jenseits der engen Grenzen von biologischen Fachgruppen mit ihren speziellen Artkonzepten quantitativ zu erfassen“, schreiben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Evolutionsbiologie in ihrer Schrift „Ideen für die Inventur der Vielfalt“.

#####2#####

Neuer Ansatz: Biodiversität über Informationsgehalt der gesamten DNA messen

Wie sich Lebensräume und ihre Bewohner mit der Zeit verändern, lässt sich dank dieser neuen technologischen Möglichkeiten auch auf molekularer Ebene erfassen. Den gesamten Informationsgehalt der Biosphäre wollen Wissenschaftler nun mit Hilfe der Gesamtmenge an DNA aller Lebewesen auf der Erde bestimmen. Denn die Entwicklung dieser Daten im Laufe der Zeit lässt wichtige Rückschlüsse über die Biodiversität auf der Erde zu.

In ihrem aktuellen Ansatz vergleichen Wissenschaftler die Biosphäre mit einem großen Super-Computer. Alle dort gespeicherten Informationen entsprechen der Gesamtmenge der DNA. Die Prozessgeschwindigkeit entspräche in diesem Modell der Transkriptionsrate – der Geschwindigkeit, mit der die Informationen der DNA abgelesen werden. Denn alleine die verschiedenen Spezies und deren Individuen zu zählen, habe wenig Aussagekraft über die Informationen einer Biosphäre.

„Wenn man den Informationsgehalt des Internets messen möchte, nutzt die Anzahl der daran angeschlossenen Geräte auch wenig“, erklären die Forscher in ihrer aktuellen Studie. Nur über die Gesamtmenge an DNA in der Biosphäre lasse sich auch deren Informationsgehalt bestimmen.

Forschung muss Lücken füllen

Dieser Ansatz ist neu und weist daher noch einige Unsicherheiten auf. Für viele Organismen fehlten noch Daten zur Genomgröße und/oder zur Biomasse, die teilweise auch saisonalen Änderungen unterworfen ist. Auch die Transkriptionsraten und die Ploidie zahlreicher Organismen sind noch nicht erforscht. Diese Lücken gelte es mit zukünftiger Forschung zu füllen, um an verlässliche Daten zur für uns lebenswichtigen Biodiversität auf der Erde zu kommen.