Zentrum für Wildtiergenetik

Nationales Referenzzentrum für genetische Analysen bei Wolf und Luchs


Seit dem Jahr 2010 werden im Labor des Senckenberg Zentrums für Wildtiergenetik alle im Rahmen des bundesweiten Wolfs- und Luchsmonitorings gesammelten Proben zentral untersucht. Anhand der Ergebnisse werden Erkenntnisse bezüglich des Vorkommens von Wölfen und Luchsen in Deutschland gewonnen, Individuen unterschieden, Verwandtschaftsverhältnisse ermittelt, und der Wolfsbestand kontinuierlich auf mögliche Vermischung mit Haushunden (Hybridisierung) geprüft.

Die DNA-basierten Untersuchungen von Nutztierrissen zum Nachweis von Wolf, Luchs und weiteren Prädatoren spielen für das Monitoring und Management eine wichtige Rolle. Diese werden im Auftrag der Bundesländer durchgeführt. Entsprechend werden alle erzielten Ergebnisse den Ländern übermittelt, welche für die Veröffentlichung der Resultate zuständig sind.

Senckenberg wurde den Ländern nach einem vom Bundesamt für Naturschutz (BfN) betreuten Auswahlverfahren als nationales Referenzzentrum für genetische Untersuchungen bei Wolf und Luchs empfohlen. Die Länderarbeitsgemeinschaft Naturschutz (LANA) beschloss im Oktober 2009, der Empfehlung des BfN zu folgen. Durch die Nutzung eines zentralen Analyselabors wird die Vergleichbarkeit aller bundesweit anfallenden Daten gewährleistet. Diese zentrale Bearbeitung im Rahmen des behördlichen Wildtiermonitorings ist aufgrund der fehlenden Standards für wildtiergenetische Analysemethoden (de Groot et al. 2016) international üblich und gut bewährt.

Verwendete Methoden

Alle beauftragten Proben werden nach strengen wissenschaftlichen Standards bearbeitet, welche die Nutzung getrennter Laborräume sowie die Durchführung von Analysereplikaten bei allen Untersuchungen beinhalten. Die grundlegende Methode für das bundesweite genetische Monitoring von Wolf und Luchs bilden Mikrosatellitenuntersuchungen (auch STR oder SSR genannt) auf Basis der Kern-DNA, die einen individuell einzigartigen genetischen Fingerabdruck ergeben und Rückschlüsse auf Individuenzahlen, Geschlecht, Verwandtschaften und das Vorkommen von Hybriden erlauben.

Ferner wird bei allen beauftragten Proben ein Abschnitt der mitochondrialen Kontrollregion sequenziert, welche eine Identifizierung der mütterlichen Erblinie erlaubt. Dieses Verfahren ermöglicht auch bei Proben mit sehr geringem DNA-Gehalt eine Bestimmung der Art und gibt Hinweise auf die Populationszuordnung (Haplotypbestimmung).

Da die Ableitung von Hybridisierungsgraden bei Wölfen über Mikrosatelliten in der Regel nur die sichere Detektion von F1-Hybriden (direkte Nachkommen aus der Verpaarung eines Wolfs mit einem Haushund) ermöglicht, nutzen wir zusätzlich einen für nichtinvasiv gesammelte Proben optimierten SNP-Chip zur sicheren Erkennung länger zurückliegender Hybridisierungsereignisse (Harmoinen et al., under review; Kraus et al., 2015). Dieser basiert auf zahlreichen über das komplette Genom verteilten Punktmutationen (SNPs), an denen sich Wölfe unabhängig ihrer geografischen Herkunft sicher von Haushunden unterscheiden lassen (Galaverni et al., 2017; von Holdt et al., 2012). Anhand der Methode lassen sich Hybridisierungsereignisse über die dritte Hybridgeneration (= zweite Rückkreuzungsgeneration) hinaus sicher nachweisen.

Ergebnisse des genetischen Wolfsmonitorings

Die Ergebnisse der beauftragten genetischen Untersuchungen im Rahmen des behördlichen Monitorings von Wolf und Luchs werden den verantwortlichen Stellen der Bundesländer umgehend übermittelt, damit sie zeitnah in das Monitoring und Wildtiermanagement einfließen. Die Ergebnisse können auf den entsprechenden Informationsseiten der verantwortlichen Länderstellen eingesehen werden. Beim Wolf lassen sich auf der Homepage der DBBW zahlreiche detaillierte Informationen zu Besiedlungsmustern und Rudelanzahlen finden, in die genetische Daten einfließen. Wir veröffentlichen regelmäßig wissenschaftliche Befunde aus dem genetischen Monitoring von Wolf und Luchs in Fachzeitschriften.

Zusammenfassung bisheriger Erkenntnisse aus dem genetischen Monitoring Großer Beutegreifer in Deutschland

(i) Luchs

Die in Deutschland im Freiland vorkommenden Luchse stammen aus drei Wiederansiedlungsprojekten im Bayerischen Wald, Harz und Pfälzerwald. Die Luchse im Pfälzerwald und im bayerisch/tschechischen Grenzgebiet entstammen den slowakischen Karpaten. Sie tragen den für diese Region kennzeichnenden mitochondrialen Haplotyp 4 und gruppieren sich auch im genomweiten Vergleich zu Luchsproben aus dem Karpatenraum. Wie in den meisten anderen europäischen Luchsauswilderungen ist die genetische Vielfalt der Luchse im Bayerischen Wald in Vergleich zu Freilandbeständen deutlich verringert (Mueller et al., in Vorbereitung). Für den langfristigen Erhalt der Art sind daher europäische Schutzstrategien vonnöten, welche die Vernetzung der bislang weitgehend isolierten Teilpopulationen ermöglichen. Der Luchsbestand im Harz entstammt nicht wie die meisten anderen europäischen Auswilderungen aus in den Karpaten gefangenen Luchsen, sondern aus Gehegehaltungen unterschiedlichen Ursprungs. Als Herkünfte lassen sich über genomweite Vergleiche baltische/skandinavische, karpatische und asiatische Herkünfte ermitteln. Die Vermischung dieser Linien hat im Harz eine vergleichsweise hohe genetische Vielfalt zur Folge, die jedoch trotz der Ausbreitung des dortigen Luchsbestandes langsam abnimmt (Mueller et al. 2020). Auch hier ist langfristig eine Vernetzung nötig. Gelegentlich über genetische Abgleiche nachgewiesene Wanderungen meist männlicher Harzluchse über Distanzen von mehreren hundert Kilometern zeigen, dass ein genetischer Austausch zwischen lokalen Luchsbeständen auch im dicht besiedelten Mitteleuropa langfristig möglich ist.

(ii) Wolf

Genetische Vergleiche mit umliegenden Wolfspopulationen belegen, dass die Wölfe in Deutschland in den späten 1990ern aus dem nordöstlichen Polen eingewandert sind. Ausgehend von der sächsischen Lausitz haben sich die Wölfe seitdem hauptsächlich über die norddeutsche Tiefebene ausgebreitet, während geeignete Mittelgebirgsregionen erst langsam besiedelt werden. Über das laufende genetische Wolfsmonitoring werden jährlich mehr als 3000 Proben mit Wolfsverdacht bearbeitet, die von den Länderbehörden eingeschickt und zur Analyse beauftragt werden. Aus diesen Proben werden die Verwandtschaftsbeziehungen der Wölfe fortlaufend aktualisiert und so Rudelstrukturen und Wanderbewegungen ermittelt. Beispiele hierfür sind mehrere in Dänemark nachgewiesene Wölfe, die aus der Lausitz stammen, sowie der unter dem Namen „Billy“ bekannt gewordene Wolf (GW1554m), dessen Wanderroute im Jahr 2020 anhand von DNA-Analysen an Nutztierrissen nachverfolgt werden konnte. Von seinem Ursprungsterritorium in Niedersachsen wanderte er durch die Niederlande, Belgien, Rheinland-Pfalz und Frankreich. Die Rekonstruktion des Wanderweges von über 1000 km Luftlinie ist eine Zusammenarbeit der Forschungsinstitute des CEwolf-Konsortiums und Antagène in Frankreich.

Wölfe in Deutschland sind genetisch recht homogen; Inzucht kommt jedoch eher selten vor. Die meisten Wölfe tragen die mitochondrialen Haplotypen HW01 und HW02, die auch für die meisten Regionen Nordosteuropas typisch sind. Seltener wird dagegen der in Italien und im Alpenraum charakteristische Haplotyp HW22 nachgewiesen. Abgleiche der Kern-DNA zeigen, dass Wölfe in Deutschland, West- und Zentralpolen und einigen umliegenden Regionen einen genetisch weitgehend einheitlichen Bestand bilden, der von umliegenden Beständen genetisch getrennt ist. Zukünftig ist jedoch von einer stärkeren Vermischung der genetisch weitgehend getrennten europäischen Wolfspopulationen zur rechnen. Im Bayerischen Wald etwa kam es bereits 2017 zu einer erfolgreichen Verpaarung von Wölfen der mitteleuropäischen und der Alpenpopulation. Verwandtschaftsanalysen belegen, dass Wolfsrudel in Deutschland zumeist aus den Eltern und ihren Nachkommen der letzten ein bis zwei Jahre bestehen. Hinweise auf aus Gehegen entwichenen Wölfen gab es seit 2010 in zwei medial bekannt gewordenen Fällen; genetische Hinweise auf illegal ausgesetzte Wölfe oder Wolf-Hund-Hybriden gibt es bislang keine.

Bisher konnten drei Fälle von Wolf-Hund-Verpaarungen in Deutschland nachgewiesen werden (2003 in Sachsen sowie 2017 und 2019 in Thüringen). Genomweite Vergleiche mit eurasischen Wölfen belegen, dass die Wölfe in Deutschland keinen erhöhten Anteil an DNA von Haushunden im Genom tragen als andernorts. Aktuell laufen internationale Forschungsprojekte, die nach geringen Spuren lange zurückliegender Einmischung von Hunde-DNA in europäischen – darunter auch deutschen – Wölfen suchen.

Dauer und Finanzierung der Untersuchungen

Mit den zuständigen Länderstellen wurden einzuhaltende Fristen für genetische Untersuchungsergebnisse vereinbart. Die genetische Rudelrekonstruktion auf Basis der in einem Wolfsmonitoringjahr (1. Mai bis 30. April) anfallenden DNA-Proben erfolgt einmal jährlich. Für Artbestimmungen auf Basis von Tupferproben von mutmaßlichen Wolfs- oder Luchsrissen werden durchschnittlich 5-6 Werktage benötigt. Bei beauftragten Eilproben werden in diesem Zeitraum auch Individuen- und Rudelzugehörigkeit bestimmt. Als Eilproben können nur Proben mit einer besonderen Dringlichkeit akzeptiert werden.

Bei einem unklaren Ergebnis wird häufig noch die Analyse einer B-Probe (Rückstellprobe) in Auftrag gegeben, was die Analysezeit entsprechend verlängert. Wann ein Ergebnis der Öffentlichkeit bekannt wird, liegt im Ermessen der Auftraggeber. Die Ermittlung des Verursachers von Nutztierrissen ist ein komplexer Prozess, in dem die genetische Analyse nur einen Teilschritt darstellt. Vom verstrichenen Zeitraum zwischen einem Rissvorfall zur Bekanntgabe des Ergebnisses kann daher nicht auf die Dauer der genetischen Untersuchung geschlossen werden.

Die genetischen Untersuchungen werden durch die verantwortlichen Länderstellen finanziert. Die Vergütung läuft auf Probenbasis. Die Kosten pro Probe sind von Art und Methodik der beauftragten Untersuchung abhängig und belaufen sich normalerweise auf 100 bis 200 € pro Analyse zzgl. MwSt. Die Untersuchung von nichtinvasiv gesammeltem Probenmaterial wie Kot, Urin oder Rissproben ist aufwändig und daher teurer, als dies bei Standardapplikationen im klinisch-diagnostischen Bereich üblich ist.

Senckenberg erwirtschaftet aus den Probenanalysen keinerlei Gewinne. Alle durch den genetischen Analyseservice erzielten Einnahmen dienen der Finanzierung der hierfür benötigten MitarbeiterInnen sowie von Verbrauchsmaterialien und der Laborinstandhaltung.

Informationen zu Wolfshaplotypen in Deutschland

Die bei Wölfen in Europa vorkommenden mitochondrialen Haplotypen sind häufig charakteristisch für bestimmte geographische Vorkommensgebiete. In Deutschland tragen >90% der Wölfe den Haplotypen HW01, der häufig in Mittel- und Osteuropa sowie Skandinavien vorkommt. Mit leicht zunehmender Tendenz etabliert sich in den letzten Jahren der Haplotyp HW02, der in der polnischen Herkunftspopulation ebenfalls in einer gewissen Frequenz auftritt. Danach folgt HW22, der bei nahezu allen Wölfen der Apenninen- und Alpenpopulation auftritt; er ist charakteristisch für die genetisch deutlich abgegrenzte Linie des “Italienischen Wolfs”. 

Der jüngst aufgetretene HW06 ist charakteristisch für den Karpatenraum. Man muss jedoch vorsichtig bei der Interpretation sein, da auch für eine Population sonst eher untypische Haplotypen in geringen Frequenzen vorkommen können. Dies kann z.B. durch historische Migrationsbewegungen zwischen genetisch getrennten Populationen erklärt werden. Bei dem in Deutschland nachgewiesenen Individuum GW1724m, welches den Haplotyp HW06 trägt, verhält es sich ähnlich. Sein genetisches Profil (Mikrosatelliten, Kern-DNA) ähnelt eher Referenzprofilen der Mitteleuropäischen Flachlandpopulation (CEP) bzw. der Baltischen Population als Wölfen aus den Karpaten. Ein Abgleich mit Kollegen aus Polen ergab jüngst, dass das Tier vermutlich aus der Region um den Koszalin Wald in Nordwest-Polen stammt, in der ein Rudel mit diesem Haplotyp lebt.

Der in Bayern und Österreich nachgewiesene dinarische Wolf GW1706m trägt den Haplotyp W17, welcher in der Literatur bisher in Kroatien und Slowenien gefunden wurde. Die Zuordnung zur dinarischen Population erfolgte über einen Abgleich des genetischen Mikrosatelliten-Profils mit Referenzprofilen in Zusammenarbeit mit Kollegen aus Wien.

Gegenwärtig existiert keine weltweit einheitliche Nomenklatur für mitochondriale Wolfshaplotypen. Zudem verwenden die Studien teils abweichende Bereiche der mitochondrialen DNA-Sequenz zur Haplotyp-Bestimmung. Viele Studien verwenden interne Bezeichnungen, welche häufig mit „H“ oder „W“ beziffert sind. Publizierte DNA-Sequenzen der einzelnen Haplotypen können jedoch in frei verfügbaren Online-Datenbanken eingesehen und zum Abgleich herangezogen werden.

In Deutschland und den meisten umliegenden Ländern, die Anteil an der CEP haben, orientieren wir uns in der Bezeichnung der Haplotypen an der Fachpublikation Pilot et al. (2010), in der eine große Anzahl von Wolfs-Haplotypen abgedeckt wird. In der Publikation werden die Haplotypen mit „W“ bezeichnet; wir stellen unter Beibehaltung der Nummerierung aus Pilot et al. die Bezeichnung „HW“ (= Haplotyp Wolf) voran.

Der Haplotyp des dinarischen Wolfs GW1706m, „W17“, ist in der Pilot et al. nicht abgedeckt. Er wurde jedoch in einer anderen Studie (Montana et al. 2017) nachgewiesen. Wir haben hier vorerst die Bezeichnung aus Montana et al. übernommen.

Demnach kommen derzeit in Deutschland bei freilebenden Wölfen folgende Haplotypen in absteigender Reihenfolge vor: 
HW01, HW02, HW22, HW03, HW06 und W17, wobei bislang nur die ersten beiden Haplotypen eine signifikante Häufigkeit in der Population zeigen.

Literatur

de Groot GA, Nowak C, Skrbinšek T, Andersen L, Aspi J, Fumagalli L, Godinho R, Harms, V, Jansman HAH, Liberg O, Marucco F, Mysłajek RW, Nowak S, Pilot M, Randi E, Reinhardt I, Śmietana W, Szewczyk M, Taberlet P, Vilà C, Muñoz-Fuentes V (2016) Decades of population genetic research call for harmonization of molecular markers: the grey wolf, Canis lupus, as a case study. Mammal Review 46, 44-59.

Galaverni M, Caniglia R, Pagani L, Fabbri E, Boattini A, Randi E (2017) Disentangling timing of admixture, patterns of introgression, and phenotypic indicators in a hybridizing wolf population. Molecular Biology & Evolution 34, 2324-2339.

Harmoinen J, von Thaden A, Aspi J, Kvist L, Cocchiararo B, Jarausch A et al. (under review) Reliable wolf-dog hybrid detection in Europe using a reduced SNP panel developed for non-invasively collected samples, 01 December 2020, PREPRINT (Version 1) available at Research Square.

Kraus RHS, von Holdt B, Cocchiararo B, Harms V, Bayerl H, Kühn R, Förster DW, Fickel J, Roos C, Nowak C (2015) A single-nucleotide polymorphism-based approach for rapid and cost-effective genetic wolf monitoring in Europe based on non-invasively collected samples. Molecular Ecology Resources 15, 295-305.

Mueller SA, Reiners TE, Middelhoff L, Anders O, Nowak C (2020) The rise of a large carnivore population in Central Europe: Genetic evaluation of lynx reintroduction in the Harz Mountains. Conservation Genetics 21: 577-587.

von Holdt BM, Pollinger JP, Earl DA, Parker HG, Ostrander EA, Wayne RK (2012) Identification of recent hybridization between gray wolves and domesticated dogs by SNP genotyping. Mammalian Genome 24, 80-88.