+

© Greg Lecoeur/The Washington Post

Eine revolutionäre Technologie namens eDNA hilft Wissenschaftlern, Tiere im Meer aufzuspüren – selbst die, die man nicht sehen kann.

Vor der Küste Korsikas – Nicolas Tomasi hat sie noch nie zu Gesicht bekommen. Er hat jahrelang in diesen Gewässern gearbeitet, ohne einen zu sehen, aber er hat die Geschichten von den alten Hasen gehört - von einem geduldigen Raubtier, das sich unter dem Sand vor der Küste dieser französischen Insel versteckt und auf den richtigen Moment wartet, um zuzuschlagen.

Der Engelshai will nicht gefunden werden. Aber er kann sich nicht länger verstecken.

An einem heißen Augustnachmittag ließ Tomasi ein langes Plastikrohr, das an einem Gewicht befestigt war, über den Rand eines Schlauchbootes in das indigoblaue Wasser hinab.

Mit dem Drücken einiger Knöpfe begann eine elektrische Pumpe, einen kleinen Teil des Mittelmeers abzusaugen - und damit auch die Geheimnisse des Ozeans.

Auf der Suche nach dem Engelshai vor der Küste Korsikas

Der dünne Strom des abgesaugten Wassers sah ganz normal aus, aber in ihm schwammen mikroskopisch kleine Partikel, die mit der DNA von Dutzenden von Meerestieren beladen waren. Wenn sich ein Engelshai darunter befand, konnte dieses Gerät ihn aufspüren.

+

Heute, so Tomasi, ein Projektleiter des Meeresnaturparks von Cap Corse und Agriate, können wir seltene Meerestiere finden, „sans avoir à plonger“. Ohne tauchen zu müssen.

Dabei handelt es sich um Umwelt-DNA oder eDNA, eine revolutionäre Technologie, die Wissenschaftlern hilft, den Schatz an genetischen Informationen aufzuspüren, den Tiere in ihrem Kielwasser hinterlassen, und die Breite des Lebens auf der Erde wie nie zuvor zu verstehen.

Früher mussten Biologen Netze durch das Meer ziehen oder elektrische Ströme durch das Wasser leiten, um Tiere außer Gefecht zu setzen und zu zählen. Heute können sie die biologische Vielfalt ganz einfach ermitteln, indem sie Wasser-, Boden- oder sogar Luftproben nehmen, um die DNA zu bestimmen, die die Tiere täglich in ihrer Umgebung ausscheiden.

eDNA verändert die Arbeit von Biologen – Unsichtbares wird sichtbar

Auf der ganzen Welt, von der Arktis bis zum Amazonas, verändert eDNA die Art und Weise, wie Biologen Naturschutz betreiben. Sie können invasive Schädlinge erkennen, die in Ökosysteme eindringen, bevor sie jemand gesehen hat, und sie können die durch den Klimawandel ausgelösten Wanderungen von Tieren verfolgen, ohne ein Heer von Menschen einsetzen zu müssen, um sie zu verfolgen.

Der vielversprechendste Ort für den Einsatz von eDNA sind jedoch die Ozeane der Erde, wo viele Arten noch unbekannt sind und viele Bedrohungen wie wärmere Gewässer und die Versauerung der Ozeane zunehmen.

+

Im Fall des schwer fassbaren französischen Engelshais half eDNA den Wissenschaftlern bei der Wiederentdeckung eines Tieres, das viele für immer verloren glaubten, und gab den Meeresmanagern wichtige Informationen darüber, wo es lebt, damit sie es schützen können.

DNA in einer Wasserprobe verrät, um welche Art es sich handelt

„Sie sind immer überrascht, dass man aus einer Wasserprobe die Art bestimmen kann“, sagte Stéphanie Manel, Professorin an der École Pratique des Hautes Études, die Tomasi zeigte, wie man DNA sammelt.

„Aber das ist DNA“, sagte sie. „Die DNA ist da. Es ist also keine Magie.“

Ihre Ambitionen gehen über den Engelshai hinaus. Ihr Ziel ist nichts Geringeres als „eine Karte der Artenvielfalt im Mittelmeer“.

+

Gefallener Engel

Früher war es einfach, einen Engelshai zu finden.

Ein Zoologe der britischen Inseln aus dem 19. Jahrhundert schrieb, dass er „unsere Küsten in Hülle und Fülle heimsucht“. Einst war er von Skandinavien bis zur Westsahara verbreitet und in den europäischen Meeren so zahlreich, dass das kristallblaue Wasser vor Nizza an der Côte d‘Azur den Namen Baie des Anges oder Engelsbucht trägt.

Mit seinem abgeflachten Körper und den Augen auf dem Kopf liegt der gemeine Engelshai (Squatina squatina) auf dem Meeresgrund und vergräbt seinen Körper im Sand. Stundenlang wartet er in seichtem Wasser, bis er - wusch! - er seinen Kopf hochreißt, sein Maul öffnet und einen ahnungslosen Fisch in sein Maul saugt.

Seitdem die Menschen den Hai kennen, haben sie ihn ausgebeutet. Der römische Naturforscher Plinius der Ältere lobte die raue Haut des Hais, weil sie sich zum Polieren von Elfenbein und Holz eignet.

Doch erst mit dem Aufkommen der modernen Fischerei wurde der fleischfressende Fisch wirklich genutzt. Die Strategie, auf Beute zu lauern, machte es den Fischern leicht, sie mit Schleppnetzen zu fangen, die über den sandigen Meeresboden kratzten, auch wenn sie versuchten, andere Fische zu fangen.

Bestand der Engelshaie ging zurück – er gilt als stark gefährdet

Da der Fisch nur langsam wächst und sich fortpflanzt, ging sein Bestand stark zurück, und das Mittelmeer verlor einen wichtigen Raubfisch. Heute ist der gemeine Engelhai nicht mehr häufig anzutreffen, und die Internationale Union für die Erhaltung der Natur stuft die Art als stark gefährdet ein.

Im Jahr 2015 schienen die Kanarischen Inseln im Nordwesten Afrikas seine letzte Hochburg zu sein. Überall sonst war der Hai verschwunden. Das dachten zumindest die Wissenschaftler.

Doch die Einheimischen auf Korsika wussten es besser. „Ich habe den Biss gesehen“, sagt Sébastien Leccia. Als Teenager erinnerte er sich an einen Mann, der ihm eine Narbe auf seinem Arm zeigte. „Wir wussten es“, sagt Leccia, der heute Beamter im Umweltamt von Korsika ist. „Aber es wurde nicht untersucht.“

Bis 2019 ein Fischer Bilder der seltsamen, flachen Fische, die vor der nordöstlichen Küste gefangen wurden, mit Biologen teilte. Einige waren Jungtiere, was auf eine versteckte Hai-Kinderstube hindeutet. Eine weitere Fotoserie von einem Taucher bestätigte, dass Korsikas Engelshaie kein Mythos sind.

Doch diese flüchtigen Bilder zeichneten nur ein unvollständiges Bild. Wo schwammen die Engelshaie sonst noch um Korsika? Sind diese Haie an Ort und Stelle geblieben oder haben sie sich im Mittelmeer herumgetrieben? Im Jahr 2020 begannen die Haie, während der Sperrzeiten der Vögel „an die Küste zurückzukehren“, so David Mouillot, Professor an der Universität Montpellier, der mit Manel zusammenarbeitet. Hatte der Rückgang der Strand- und Bootsaktivitäten während der Pandemie dazu geführt, dass die Engelshaie weniger scheu waren?

„Wir wissen nicht, ob es an den Vögeln, am Klima oder an etwas anderem liegt“, sagte er.

Suche nach dem genetischen Flossenabdruck des Engelshais

In den letzten Jahren hat das Team von Manel und Mouillot entlang der korsischen Küste Wasser abgepumpt, um den genetischen Flossenabdruck des Hais zu finden und seinen Aufenthaltsort zu kartieren. Ende August nahm ein 56-Fuß-Trimaran namens Victoria IV Kurs auf die Nordwestküste der Insel, um die Suche fortzusetzen.

Nachdem das eDNA-Team an diesem heißen Augustnachmittag den Schlauch in das blaue Wasser geworfen hatte, wartete es darauf, dass eine Pumpe Wasser durch eine faustgroße Bernsteinkapsel pumpt. Im Inneren sammelte ein ziehharmonikaförmiger Filter winzige DNA-haltige Partikel.

Nachdem die Pumpe eine halbe Stunde lang gelaufen war, zog sich Tomasi Gummihandschuhe an und goss eine Flasche mit klarer Lösung in die Bernsteinkapsel, um das genetische Material zu konservieren, damit es an ein Labor an Land geschickt werden konnte.

Dort würden die DNA-Schnipsel mit Hilfe einer Polymerase-Kettenreaktion (PCR) vervielfältigt - eine Technik, die auch zum Nachweis von Covidien beim Menschen eingesetzt wird - und dann mit DNA aus einer Datenbank verglichen, um festzustellen, welche Arten unter Wasser schwimmen. Die in den letzten zehn Jahren stark gesunkenen Kosten für die Analyse von DNA haben diese Arbeit erst möglich gemacht.

Bislang hat das Team mithilfe von eDNA mindestens sieben Stellen entlang der korsischen Küste gefunden, an denen noch Engelshaie patrouillierten, wie es in einer im Mai veröffentlichten Veröffentlichung heißt. Möglicherweise gibt es aber noch mehr unentdeckte Orte, an denen sie lauern.

„Weil er gefährdet ist, ist die DNA selten“, sagte Manel.

Eine ‚junge Wissenschaft‘

Manel begann sich für eDNA zu interessieren, nachdem Genetiker in französischen Feuchtgebieten invasive Frösche gefunden hatten. Ein Großteil der ersten eDNA-Arbeiten wurde in Süßwasser-Ökosystemen durchgeführt, wo die DNA in großer Menge vorhanden ist.

+

In jüngerer Zeit haben Wissenschaftler die Methoden zur Extraktion von genetischem Material aus Salzwasser, Boden und Luft verfeinert. Je nach den Bedingungen kann die DNA tagelang im Meer überdauern, nachdem ein Tier sie abgelegt hat.

„Als wir anfingen, hat niemand geglaubt, dass es funktionieren würde“, sagte Mouillot über die Arbeit mit der marinen eDNA, während das Boot die felsige Küste Korsikas entlang tuckerte, die von modernen Windturbinen aus Stahl und mittelalterlichen Steintürmen gesäumt ist, die einst zur Überwachung von Piraten dienten.

„Alle dachten, wir seien verrückt. Das ist Geldverschwendung.“

Im Mittelmeer war das Team auf der Suche nach einem anderen Eindringling: dem Kaninchenfisch.

Der Kaninchenfisch sieht nicht gerade wie ein Kaninchen aus. Aber er hat mit seinem Gegenstück an Land eine entscheidende und verheerende Eigenschaft gemeinsam: Er vermehrt sich wie verrückt und überwältigt die Ökosysteme. Der Fisch ist durch den Suezkanal in das östliche Mittelmeer eingedrungen, eine von etwa 3 500 schädlichen invasiven Arten, die die Gesellschaft jährlich mehr als 423 Milliarden Dollar kosten. In der Nähe von Korsika ist er noch nicht gesichtet worden. Aber es ist nur eine Frage der Zeit, sagen Wissenschaftler.

„Irgendwann ist es unvermeidlich“, sagte Rick Stewart-Smith, ein Meeresbiologe von der Universität von Tasmanien in Australien, der Manel und Mouillot auf der Victoria IV begleitete.

„Was eDNA für den Naturschutz leisten kann, ist enorm“

Aber Biologen tun mehr, als nur gefährdete und invasive Arten aufzuspüren. Heute nutzen sie eDNA, um Infektionen bei Insekten zu diagnostizieren und ganze Nahrungsnetze zu rekonstruieren, indem sie Fäkalien durchkämmen.

„Wir sind an einem Punkt angelangt, an dem wir ein oder zwei Moleküle nachweisen können“, sagt Colin Simpfendorfer, Haiforscher an der James Cook University in Australien, der selbst an eDNA arbeitet. „Das zeigt, wie leistungsfähig diese Art von Techniken sein kann.

„Was eDNA für den Naturschutz leisten kann, ist enorm“, sagte er. „Sie revolutioniert einen großen Teil unserer Arbeit“.

Dennoch ist das Feld noch neu und durchläuft Wachstumsschmerzen.

Die DNA ist der Bauplan des Lebens und besteht aus vier Basen - Adenin, Thymin, Guanin und Cytosin -, die in einer für jede Art von Organismus charakteristischen Reihenfolge aneinandergereiht sind. Um die in der Umwelt gesammelte DNA einer bestimmten Art zuzuordnen, müssen die Forscher die Proben mit einer Referenzdatenbank abgleichen.

Die derzeit verfügbaren Datenbanken sind jedoch unvollständig und unzusammenhängend. Um zu bestätigen, dass eine bestimmte A-, T-, G- und C-Sequenz von Engelshaien stammt, musste das Team von Manel und Mouillot seine Methode beispielsweise an Engelshaigewebe testen, das von Fischern auf Korsika und von einem Aquarium in Spanien zur Verfügung gestellt wurde.

Es fehle auch an einer Standardisierung der Filtrationsmethoden sowie an der Kommunikation mit anderen wissenschaftlichen Disziplinen, sagte Louis Bernatchez, Chefredakteur der wissenschaftlichen Zeitschrift Environmental DNA. Viele der Wissenschaftler, die Gewebeproben von Tieren entnehmen und die DNA sequenzieren, konzentrieren sich nicht auf die Teile des Genoms, die mit eDNA-Methoden gut zu erkennen sind.

„Es ist noch eine junge Wissenschaft“, sagt Bernatchez, Professor an der Laval University in Kanada. „Sie wird immer besser.“

Und dann sind da noch die Bedenken hinsichtlich des Datenschutzes. Wilde Tiere sind nicht die einzigen, die überall DNA absondern. Auch Menschen tun dies. Spitzen in den genetischen Signaturen von Viren in der Kanalisation ermöglichen es den Gesundheitsbehörden beispielsweise, Ausbrüche von Vögeln vorherzusagen.

Der Biologe David Duffy von der University of Florida und seine Kollegen haben in diesem Jahr gezeigt, dass Spürhunde aus den genetischen Spuren, die Menschen in der Umwelt hinterlassen, medizinische und familiäre Informationen gewinnen können, was darauf hindeutet, dass Polizeidienststellen und Versicherungsgesellschaften eines Tages in der Lage sein könnten, genetische Störungen zu erkennen und Bevölkerungsgruppen mithilfe von eDNA zu überwachen.

„Im Wesentlichen haben wir gezeigt, dass der Mensch nicht wirklich anders ist“, so Duffy. „Die gleichen Technologien, die es uns ermöglichen, die DNA eines Tigers aus der Umwelt zu gewinnen, können auch menschliche DNA gewinnen.“

In die Tiefe gehen

Und eDNA kann immer noch nicht einige wichtige Informationen erfassen. Sie kann noch nicht viel über die Anzahl oder Körpergröße von Fischen aussagen - obwohl die Forscher daran arbeiten, die Menge der im Wasser gefundenen DNA mit der Häufigkeit einer Art in Verbindung zu bringen. Und es gibt andere Fische, die von vornherein nicht viel DNA absondern, was den Nachweis von eDNA erschwert.

Manche Fische „pissen nicht viel“, sagte Stewart-Smith. „Sie haben keine weiche Haut oder Schleim“.

Um manche Lebewesen zu finden, muss man einen Sprung wagen. Stewart-Smith wippte mit dem Kopf auf und ab und von einer Seite zur anderen und stieß dabei große Mengen glitzernder Luftblasen aus seiner Tauchausrüstung aus. In der einen Hand hielt er einen Bleistift, in der anderen ein Stück wasserfestes Spezialpapier.

Er schwamm an einem 50 Meter langen Maßband entlang, das auf dem Meeresboden ausgelegt war, und zählte jeden Regenbogen-Lippfisch, jeden Buntbarsch und jeden anderen lebhaften Fisch, den er entdecken konnte. Sein Kollege Graham Edgar überholte ihn in der entgegengesetzten Richtung und machte Fotos vom Meeresboden.

Als Stewart-Smith das Ende des Maßbands erreicht hatte, drehte er sich um und schwamm erneut an der Leine - diesmal strich er das Seegras vorsichtig mit der Hand weg und tauchte kopfüber in Spalten ein, um einen besseren Blick auf das Leben auf diesem Abschnitt des felsigen Meeresbodens in der Nähe der kleinen Insel Giraglia an der Nordspitze Korsikas zu werfen.

In einer der Spalten entdeckte er einen Kardinalfisch, ein neonoranges Tier, das wie ein lebendes Gummibonbon aussieht.

„Nichts Ungewöhnliches“, sagte Stewart-Smith, der auch Mitbegründer des Reef Life Survey ist, zurück an Bord der Victoria IV.

Altmodischer Ansatz kann eDNA-Analyse ergänzen

Dies ist eine bewährte Methode zur Erfassung von Meereslebewesen. In den letzten 16 Jahren hat der Reef Life Survey sowohl professionelle Wissenschaftler als auch Hobbytaucher darin geschult, Unterwasseruntersuchungen auf dieselbe standardisierte Weise durchzuführen. Ihre Kataloge, die nicht nur die Arten, sondern auch die Häufigkeit und Körpergröße der verschiedenen Rifffische an Tausenden von Orten auf der ganzen Welt enthalten, haben Meeresmanagern wichtige Basisdaten geliefert.

Dieser altmodische Ansatz kann die eDNA-Analyse ergänzen. Visuelle Erhebungen sind zum Beispiel nicht sehr gut geeignet, um Meeresbewohner zu entdecken, die in tiefen Gewässern schwimmen oder sich unter Felsen verstecken. Und andere Fische flüchten einfach beim ersten Anblick von Tauchern.

„Wenn man Meereslebewesen untersucht, muss man sich darüber im Klaren sein, dass keine Methode perfekt ist“, sagt Edgar, ebenfalls Meeresbiologe an der Universität von Tasmanien.

Zurück an Deck, geben die beiden die Daten in ihre Laptops ein. Keine Engelshaie. Überhaupt kein Fisch, der größer als 15 Zentimeter ist. In anderen Gebieten vor der Küste Korsikas, in denen Stewart-Smith tauchte, waren die Fische ebenfalls klein und scheu, ein Zeichen für Überfischung, selbst in Gebieten, die eigentlich geschützt sein sollten. Sowohl eDNA- als auch visuelle Erhebungen können den Behörden Aufschluss darüber geben, ob die Fischereibeschränkungen greifen oder von Wilderern ignoriert werden.

„Sie waren alle sehr scheu“, sagte er. „Wenn das Gebiet nicht betreten werden darf, sagen mir die Fische nein.

Ein letzter Blick

Als die Victoria IV einen Abschnitt der trockenen Küste hinauffuhr, atmete Mouillot die Meeresluft ein. „Ich freue mich sehr darauf, zu schwimmen“, sagte er. „Riechen Sie den Engelshai?“

Sicher, eDNA ist die glänzende neue Technologie. Aber es gibt nichts Schöneres, als einen Hai von Angesicht zu Angesicht zu sehen.

Mit Schwimmflossen und Badekappen ausgestattet, stürzten sich Moullot und Manel in der Nähe einiger Strandbesucher, die die letzten Sommertage genossen, ins Wasser. Diese sandige Bucht liegt in der Nähe einer der Stellen, an denen das eDNA-Team den Hai vor zwei Jahren entdeckt hatte.

Um einen Engelshai zu finden, muss man nach seiner Silhouette Ausschau halten. Oft ist nur sein Umriss im Sand zu sehen. „Man sieht den Engelshai nicht“, sagt Jose A. Sanabria-Fernandez, ein weiterer Rifftaucher, der nach dem Hai sucht. „Man sieht die Form des Engelshais.“

Die beiden schwammen in zügigem Tempo an der Küste entlang, über Kopf und mit den Augen nach unten, um die Umrisse des Hais unter dem Sand zu suchen. Nach einigen Minuten der Suche hielt Mouillot an.

„Viele schöne Fische“, sagte er und wippte im Wasser. „Aber kein Engelshai.“

Die auf der Reise gesammelten eDNA-Proben könnten die Haie verraten, wenn sie in den kommenden Wochen analysiert werden. Aber ihm und Manel geht es um mehr als nur um den Engelshai. Ihre jüngste Untersuchung umfasst eine eDNA-Methode namens Metabarcoding, mit der nicht nur eine Art, sondern ganze Gruppen von Tieren nachgewiesen werden können.

„Die Menschen müssen sich bewusst werden, dass man Arten schützen muss“, sagt Manel. „Der Engelshai ist vielleicht eine emblematische Art.

Die beiden wollen die Artenvielfalt nicht nur messen, sondern auch fördern, indem sie eines Tages einige der korsischen Haie an die französische Festlandsküste umsiedeln und der Baie des Anges in Nizza ihre Engel zurückgeben.

Mouillot räumte ein, dass es politische und rechtliche Hürden gibt. „Es ist eine sehr kontroverse Idee“, sagte er.

„Es wäre die größte Herausforderung am Ende meiner Karriere“, fügte er hinzu, „denn es bedeutet, dass wir den Rückgang der Artenvielfalt umkehren können.

Wir testen zurzeit maschinelle Übersetzungen. Dieser Artikel wurde aus dem Englischen automatisiert ins Deutsche übersetzt.

Dieser Artikel war zuerst am 29. September 2023 in englischer Sprache bei der „Washingtonpost.com“ erschienen – im Zuge einer Kooperation steht er nun in Übersetzung auch den Lesern der IPPEN.MEDIA-Portale zur Verfügung.