Bibliothek des Lebens - made in Bavaria Gerhard Haszprunar Zoologische Staatssammlung München GeoBio-Center
Ausgangspunkte *Klimaveränderung betrifft vor allem über die Biosphärendynamik den Menschen. Jeder Vergleich setzt aber die Kenntnis des IstZustandes (Bioinventur) voraus. *Dieser Ist-Zustand ist für über 90% der Fauna Germanica kaum bekannt ( Rote Listen sind weit unzureichend). *Klassisches Inventarisieren und Monitoring ist zu langsam und zu teuer.
Kenntnisstand? >90 % aller Tierarten sind NICHT groß, schön und bunt
Who is who?
Zwillingsarten: Eupithecia pulchellata Eupithecia pyreneata Sexualdimorphismus Männchen Weibchen
Unbestimmbare Insektenlarven
DNA-Sequenzierung Gensequenzierung ist heute Routine und hochgradig automatisiert, die Kosten stark fallend.
Was ist DNA-Barcoding? Jede Art hat u.a. auch artspezifische Gensequenzen im Genom. Bei Tieren (Metazoa) hat sich eine Teilsequenz (<700 bp; ca. 50%) des mitochondrialen COI-Gens als universell praktikabel erwiesen. Vorteil: da es viele Mitochondrien in einer Zelle gibt, gibt es auch viele Kopien des COI-gens auch schlecht erhaltenes Material ist brauchbar.
Ein Genfragment zur Identifikation aller Tiere Mitochondriales Genom DNA D-Loop Small ribosomal RNA Cytb ND6 ND6 Zelle ND2 COI mtdna H-strand L-strand ZielRegion COII COIII Mitochondrium
10 species in one (Hebert et al. 2004) Dickkopffalter: Astraptes fulgerator
10 species in one (Hebert 2004)
10 species in one (Hebert 2004)
10 species in one (Hebert et al. 2004)
Warum DNA-Barcoding? (1) Ermöglicht die eindeutige Re-Identifikation schwieriger (Zeit = Geld) oder gar phänotypisch unmöglicher Fälle (minimal invasiv, Teile, Jungtiere, Larven, Eier, Fäces, etc.). Ermöglicht neben Re-Identification (durch TAs, nicht durch Experten), sondern auch Stammbäume (Evolution, Biogeographie, direkte Extra- und Interpolation von Daten nahverwandter Formen). Macht den (umso) wertvolle(ere)n Einsatz der (wenigen) Taxonomen deutlich effizienter.
Warum DNA-Barcoding? (2) Freier Zugang zur taxonomischen ReIdentifizierung (Taxonomie wird zugänglich). Ausgangspunkt für systematisch-taxonomische Grundlagenforschung (kryptische Arten, Hybriden). Die einzige Chance, die schwindende Artenvielfalt der Tropen (aber auch z.b. des mediterranen Raumes) in absehbarer Zeit in den Griff zu bekommen. Taxonomie und Sammlungen sind wieder etwas wert.
Bibliothek des Lebens aller bayerischen Tierarten 35.000 Arten x 4 Individuen (Regionen) = 140.000 DNA-barcodes Fotos: P. Mazzei, A. Hausmann, R. Rougerie
Das BFB-Projekt Gesamtziel: Ein www-basierter Barcode-Atlas aller bayerischen Tierarten (ca. 35.000, davon 90% Insekten), i.e. 80-85% der Fauna Germanica Daraus ableitbar: A priori Genauigkeit der Methode gegenüber den klassischen Ansätzen: (1) Trivialfehler: Vouchers verpflichtend, mindestens vier Proben (geographisch gestreut) pro Art. (2) Systemfehler: zurück an die Fachtaxonomen.
Die Zoologische Staatssammlung München
Die Zoologische Staatssammlung München
Die Zoologische Staatssammlung München
Integratives DNA-Barcoding in München im globalen Rahmen von ibol LEPIDOPTERA: Geometridae: Problepsis ocellata Masterlist DNA-TAX Project SampleNo. Genus 00286 00287 00288 00289 00290 Chloroclystis Epirrhoe Glossotrophia Idaea Scopula Species Project Extraction Extr. Dat. v-ata alternata alba degeneraria rubiginata GeoLN GeoLN GeoLN GeoLN GeoLN Qiagen TK Qiagen TK Qiagen TK Qiagen TK Qiagen TK 19.02.01 19.02.01 19.02.01 19.02.01 19.02.01 Conc. (ng/µl) 51,7 155,7 86,3 139,2 42,6 Storage DNA Storage EMBL/ Voucher GenBank F2/1-D004F1 F2/1-D004F2 F2/1-D004F3 F2/1-D004F4 F2/1-D004F5 K1/1-V004F1 AJ_225364 K1/1-V004F2 AJ_336254 K1/1-V004F3 AJ_452280 K1/1-V004F4 AC_887755 K1/1-V004F5 AJ_184457
Eine Bibliothek des Lebens für Bayern Stand nach 12 Monaten: 2.300 Arten, 5.000 DNA-Barcodes Heuschrecken 70% Schmetterlinge und Bienen ca 50% Ameisen und Wasserorganismen ca 30%
Taxonomie
Fallstudien zur kryptischen Diversität >150 Jahre, 657 bp
Und bei uns??? Stand Januar 2010 im BFB: Bei Geometriden (Spanner) zeigen 24 von 400 (6 %) aller Arten tiefe COI-Splits, d.h. wahrscheinlich kryptische Arten Und das im gut untersuchten Bayern mit einer Reihe Spezialisten für diese Schmetterlingsfamilie! Bei schlechter untersuchten Gruppen ist der Prozentsatz voraussichtlich noch deutlich höher!
Phylogeographie Erforschung der Kolonisationswege der stark invasiven Kastanienminiermotte Cameraria ohridella. Valade et al. (2009) Mol. Ecology
Ökologie: biologische Schädlingsbekämpfung Wickler-Puppe Archips / Schlupfwespe Itoplectis Identifikation des Larven-Wirtes durch DNA Darminhalts-Analyse bei Imagines (R. Rougerie)
ANWENDUNG Forensik
ANWENDUNG Zoll
ANWENDUNG Schadensbegrenzung in Landwirtschaft und Forst
ANWENDUNG Krankheitsvektoren Bettwanze
ANWENDUNG Lebensmittelkontrolle
Gesamtkosten: 150 Mio Ca$ (2009: + 70 Mio.) Weltweites Konsortium Bereits vorhandene Datenbank BOLD <www.boldsystems.org/views/login.php>, dadurch Kosteneinsparung und direkte Auswertemöglichkeiten. Großzulieferer (wie die ZSM) bekommen extrem günstige Sequenzierungskonditionen.
BOLD: Barcode of Life Database Zeigt die Taxonomie an Kombiniert alle VoucherDaten inkl. Bildmaterial Stellt Verbreitungskarten bereit Links to GenBank etc..
Diverse Möglichkeiten der Analyse
Das BFB-Projekt Basis: die Millionensammlungen der ZSM (aber wieviel % der Arten sind direkt verwertbar? jedes Jahr mehr). Weitere Zulieferer (DAS entscheidende Faktum): LfU, LSW, Freiberufler, Fachgesellschaften. Bewilligte Summe: 750.000,- für fünf Jahre. Fokusgruppen: Vertebrata, Mollusca, Lepidoptera, ausgewählte Hymenoptera, Orthoptera, Limnofauna, Forstinsekten
Probenqualität für DNA-Barcoding!! DER FEIND HEISST WASSER!! daher: Trockenproben: klein, dünn, schnell getrocknet, nicht wieder aufgeweicht (z.b. zum Präparieren). Alkoholproben: klein, hochprozentig (98%), möglichst keine Zusatzstoffe, wenig Drüsen. Minimal / nicht invasiv: Abstriche, Haarbälge, Federn Gefrierproben: nicht wieder aufgetaut. Alter: je jünger umso besser.
Ergebnisse / Auswirkungen (1) Eine taxonomische Gesamtbestandsaufnahme auf digitaler/ molekularer Grundlage: (Tax + EDV + DNA = Erfolg). (1) Dadurch ein universell einsetzbares Instrument zur zoologischen Arten-Re-Identifizierung. (1) Dadurch ein Science-Policy-Society-Interface (1) Zugleich Einbindung in eine Global-Initiative (ibol/kanada finanziert die nächste Ausbaustufe mit 100 Mio. Can$). Es würde mich freuen, wenn auch SIE uns unterstützen
Bibliothek des Lebens made in Bavaria DANK BFB-Team: Dr. A. Hausmann, Dr. S. Schmidt, Dr. M. Balke, Dr. L. Hendrich Dr. Paul Hebert, University of Guelph, CCDB, Canada und sein Team Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft und Kunst MEG, OG, FHG und andere angeschlossene Fachvereine Dutzende von freiwilligen und äußerst tatkräftigen Mitarbeitern