Naturschutzgenetik

Forschung

Schwerpunkte unserer Forschung liegen in der

  • Entwicklung neuer Methoden zum genetischen Wildtiermonitoring
  • Anwendung molekularer Verfahren für das Monitoring und die Ermittlung populationsgenetischer Muster bei bedrohten Wildtieren
  • Untersuchung des Einflusses genetischer Faktoren auf die Überlebensfähigkeit natürlicher Populationen sowie des Einflusses anthropogenen Umweltwandels auf die genetische Struktur.

Bei der Methodenentwicklung steht vor allem der Wandel von den klassischen Mikrosatelliten auf moderne SNP-Markersysteme, die Etablierung und Optimierung von Artdetektionen aus Umweltproben (eDNA) sowie die Entwicklung von Genotyp-Datenbanken im Vordergrund. Angewandt werden genetische Markersysteme für Bestandserfassungen vor allem schwierig zu detektierender und seltener Arten, die Rekonstruierung von Dispersionswegen und Genflussmustern sowie die Ermittlung von Introgressionsraten bei Säugetieren, Insekten und weiteren Gruppen. Als Modellorganismen zur Untersuchung von genetischen Gefährdungsfaktoren (z.B. Inzucht, genetische Verarmung) dienen uns hauptsächlich experimentelle Populationen der Zuckmücke Chironomus riparius. Die Untersuchungen finden in enger Kooperation mit dem BiK-F sowie externen Partnern statt.

Unsere Projekte werden sowohl aus Mitteln für die Grundlagenforschung (DFG, LOEWE, SAW Förderlinie der Leibniz-Gemeinschaft, Portuguese Science Foundation), als auch über Kooperationen und Aufträge von Behörden (z.B. BMU, BfN, HMUELV, SMUL, MUGV, LfU) und Naturschutzorganisationen (u.a. BUND, BN, ZGF, WWF, RSPB) gefördert.

Einen exemplarischen Überblick über einige unserer Forschungsschwerpunkte bekommen Sie auf dieser Seite. Falls Sie an einer Kooperation bezüglich genetischer Untersuchungen von Wildtieren interessiert sind, erhalten Sie hier oder über  bzw. 06051-619543138 weitere Informationen.

Projektschwerpunkte

  • Entwicklung neuer Methoden zum genetischen Wildtiermonitoring
  • Anwendung molekularer Verfahren für das Monitoring und die Ermittlung populationsgenetischer Muster bei bedrohten Wildtieren
  • Untersuchung des Einflusses genetischer Faktoren auf die Überlebensfähigkeit natürlicher Populationen sowie des Einflusses anthropogenen Umweltwandels auf die genetische Struktur.

Bei der Methodenentwicklung steht vor allem der Wandel von den klassischen Mikrosatelliten auf moderne SNP-Markersysteme, die Etablierung und Optimierung von Artdetektionen aus Umweltproben (eDNA) sowie die Entwicklung von Genotyp-Datenbanken im Vordergrund. Angewandt werden genetische Markersysteme für Bestandserfassungen vor allem schwierig zu detektierender und seltener Arten, die Rekonstruierung von Dispersionswegen und Genflussmustern sowie die Ermittlung von Introgressionsraten bei Säugetieren, Insekten und weiteren Gruppen. Als Modellorganismen zur Untersuchung von genetischen Gefährdungsfaktoren (z.B. Inzucht, genetische Verarmung) dienen uns hauptsächlich experimentelle Populationen der Zuckmücke Chironomus riparius. Die Untersuchungen finden in enger Kooperation mit dem BiK-F sowie externen Partnern statt.

Unsere Projekte werden sowohl aus Mitteln für die Grundlagenforschung (DFG, LOEWE, SAW Förderlinie der Leibniz-Gemeinschaft, Portuguese Science Foundation), als auch über Kooperationen und Aufträge von Behörden (z.B. BMU, BfN, HMUELV, SMUL, MUGV, LfU) und Naturschutzorganisationen (u.a. BUND, BN, ZGF, WWF, RSPB) gefördert.

Einen exemplarischen Überblick über einige unserer Forschungsschwerpunkte bekommen Sie auf dieser Seite. Falls Sie an einer Kooperation bezüglich genetischer Untersuchungen von Wildtieren interessiert sind, erhalten Sie hier oder über wildtiergenetik@senckenberg.de bzw. 06051-619543138 weitere Informationen.

Entwicklung SNP-basierter Markersysteme für Wildtiere

Entschlüsselung genetischer Muster der kontinuierlichen Wiederbesiedelung von Zentraleuropa durch Großraubtiere durch die Anwendung neuartiger SNP-Marker für nichtinvasive Proben

Hintergrund
Die gegenwärtig zu beobachtende Wiederbesiedlung Mittel- und Westeuropas durch ehemals weitgehend ausgerottete Raubtierarten ist ein wichtiges Thema in Wissenschaft und Gesellschaft. Detaillierte, staatenübergreifende Erkenntnisse über Migrationsrouten, Bestandsentwicklungen und Genflussmuster werden für ein umfassendes Wildtiermanagement benötigt und bilden auch die Grundlage für die wissenschaftliche Untersuchung des natürlichen Experiments zur Möglichkeit der Koexistenz von Großraubtieren und Menschen in dicht besiedelten Regionen.
Das Projekt

Ziel des SAW Projektes ist die Bildung eines Kompetenznetzwerks zur Entwicklung neuartiger genetischer Markersysteme für die Untersuchung bedrohter europäischer Raubtierarten. Hierzu werden zunächst variable Stellen (single nucleotide polymorphisms; SNPs) im Genom von fünf Großraubtieren (Braunbär, Fischotter, Wolf, Luchs, Wildkatze) mittels next generation sequencing und Gendatenbankabfragen identifiziert und hinsichtlich ihrer Variabilität in mitteleuropäischen Populationen analysiert. Parallel hierzu werden unterschiedliche SNP-Detektionssysteme auf ihre Eignung für nichtinvasiv gesammeltes Probenmaterial hin untersucht. Die finalen Markersysteme werden an mehreren Populationen jeder Art getestet und mit den Ergebnissen anderer Methoden verglichen. Mittels Genotypisierung von Proben aus Mittel- und Osteuropa werden genetische Diversität, Genfluss und landschaftsgenetische Faktoren untersucht, um genetische Muster der Rekolonisierung Mitteleuropas zu identifizieren. Alle Daten werden in eine genetische Datenbank eingespeist, um zukünftige Suchanfragen bezüglich der Herkunft von Proben mit unbekanntem Status zu ermöglichen und so großskaligen Genfluss erkennen zu können.
 

Projektpartner
Markerentwicklung und populationsgenetische Untersuchungen werden von den drei primären Projektpartnern Senckenberg (Dr. Carsten Nowak, Dr. Robert Kraus), Leibniz Institut für Zoo- und Wildtierforschung (Dr. Jörns Fickel, Dr. Daniel Förster) und TU München (Prof. Dr. Ralph Kühn, Dipl.-Biol. Helmut Bayerl) in Kooperation durchgeführt. Die Kombination der genannten Faktoren – Kompetenzbündelung, Entwicklung standardisierter Markersysteme und Aufbau einer genetischen Datenbank – lässt so Aussagen zu Dispersionsmustern, Isolationsfaktoren und Arealveränderungen zu, die über den Charakter regionaler Einzelstudien hinausgehen.

Nicht-invasives Monitoring der Wildkatze in Deutschland

Hintergrund
Seit 2006 werden in der Außenstelle Gelnhausen des Forschungsinstituts Senckenberg mitochondrialen Haaranalysen zur Unterscheidung von Wild- und Hauskatzen durchgeführt. Seit Ende 2008 werden neben den mitochondrialen Markern auch Mikrosatelliten zur Analyse von Lockstockproben verwendet. Bisherige Highlights des Projekts sind Erstnachweise von Wildkatzen in zahlreichen Regionen Deutschlands, z. B. der als „kleine Sensation“ gefeierte Erstnachweis der Wildkatze im einzigen hessischen Nationalpark, dem NP Kellerwald, im Jahr 2007. Ebenfalls spektakulär ist der genetische Nachweis der Wildkatze im Nationalpark Thayatal in Österreich. Für das „Rettungsnetz Wildkatze“ des BUND konnte 2009 eine erste detaillierte Übersicht über die deutsche Wildkatzenpopulation anhand von Lockstockproben gewonnen werden. Aktuelle Projekte sind unter anderem das „Projekt Wildkatzensprung“ des BUND sowie die Untersuchung der Barrierewirkung von Autobahnen und Flüssen auf Wildkatzen.  

Kathrin und Annika forschen im Rahmen ihrer Promotionsprojekte an der Wildkatze. Susanne und Dino führen Laboranalysen durch, kümmern sich um die Probenverwaltung und unterstützen die methodische Weiterentwicklung.

Die Wildkatze
Die Europäische Wildkatze (Felis s. silvestris) gilt als Leitart für die Artengemeinschaft  unzerschnittener, strukturreicher Laub- und Mischwälder. Durch die intensive Bejagung bis ins 19. Jahrhundert, sowie die aktuell fortschreitende Lebensraumzerschneidung, gilt sie als stark gefährdet. Neben der Isolation von Wildkatzenvorkommen, die zu einer genetischen Verarmung führen kann, stellt die Introgression von Hauskatzenallelen bei Wildkatzen eine ernstzunehmende Gefahr für das langfristige Überleben in den heimischen Wäldern dar.

Aufgrund der extrem scheuen Lebensweise der Wildkatze konnte diese bis vor wenigen Jahren nur durch Lebendfang, sowie durch Totfunde sicher nachgewiesen werden. Bei Lebendfängen, sowie Sichtbeobachtungen, ist eine Unterscheidung von Wild- und Hauskatzen durch drei Merkmale möglich: klar abgegrenzte schwarze Ringe am Schwanz, 4-5 schwarze Streifen im Nacken, sowie schwarze Streifen auf der Schulter (Krüger, M. et al. 2009). Bei Totfunden liefern morphometrische Merkmale, wie Schädelindex und Darmlänge, eine sichere Unterscheidung.

Weitere interessante Informationen auch in der ZGF Zeitschrift „Gorilla“. HIER

Krüger, M., Hertwig ST, Jetschke G, Fischer MS (2009) Evaluation of anatomical characters and the question of hybridization with domestic cats in the wildcat population of Thuringia, Germany. Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research 47:268-282.
    
Die Lockstockmethode
Bei bisherigen genetischen Studien zur Wildkatze in Deutschland, wie etwa Hybridisierungsraten und Populationsstrukturberechnungen, wurden ausschließlich Totfunde und Museumspräparate verwendet und es konnten bis dato nur sehr wenige Wildkatzenvorkommen genetisch charakterisiert werden. Durch die nicht-invasive Lockstockmethode kann mit Hilfe von Haarfallen genügend genetisches Probenmaterial von Wildkatzen im Freiland gesammelt werden, ohne das die Wildkatzen einer direkten Beeinträchtigung unterliegen. Die Lockstockmethode, als Lieferant von Haarproben für spätere genetische Untersuchungen, hat sich mittlerweile in zahlreichen Untersuchungen als sehr effektiv erwiesen.  Lockstöcke sind einfache Holzpflöcke, die mit Baldrian als Lockmittel eingesprüht werden. Der Baldrian veranlasst die Tiere, sich an den Pflöcken zu reiben, wodurch Haare an den Pflöcken zurück bleiben. Die Haare werden nach dem Absammeln genetisch analysiert, wobei eine Unterscheidung zwischen Haus- und Wildkatzen, sowie eine Individualisierung möglich ist. Klicken Sie hier, um Kathrins YouTube-Clip mit Anweisungen zur Lockstockmethode zu sehen. 

Haarproben und die Genetik
Grundsätzlich ist bei Haaren zu beachten, dass Feuchtigkeit, Temperaturwechsel und Sonnenlicht zu einem Abbau der DNA führen. Daher ist die Anzahl an trocken gelagerten Haaren mit Haarwurzel für den Erfolg der genetischen Analyse entscheidend. In den Haarwurzeln ist die Menge an DNA-Molekülen um ein tausendfaches höher als im restlichen Haar. Im Gegenlicht erscheinen Haarwurzeln als durchsichtige Verdickung. Daher dürfen Haare von einem Stück Fell niemals mit einer Schere abgeschnitten werden. Auch sollten Haare niemals auf Klebeflächen fixiert werden, da dies die späteren Analysen sehr stark beeinträchtigt. Das Fixieren der Haare auf Klebestreifen etc. ist nur in Ausnahmefällen nützlich (z.B. wenn man Flächen auf Haar- und Gewebereste absucht, etwa bei forensischen Untersuchungen). Da die Haarwurzel die meiste DNA beinhaltet, kann bei weniger als 5 Haaren mit Wurzel kein genetischer Fingerabdruck erstellt werden. Dennoch kann eine Unterscheidung in Haus- bzw. Wildkatze mittels eines mitochondrialen Markers erfolgen. Bei >5 Haaren mit Wurzel reicht meist die Anzahl an DNA-Molekülen aus und es können 14 Mikrosatellitengenorte untersucht werden. Anhand dieser Untersuchung wird ein genetischer Fingerabdruck erstellt, mit dem u.a. eine Artbestimmung sowie eine Unterscheidung der Individuen erfolgen kann.
 
 Genetik – die Untersuchung der mitochondrialen DNA
Die Untersuchung der mitochondrialen DNA (mtDNA) bieten den Vorteil, dass aufgrund der hohen Kopienanzahl in jeder Zelle schon in kleinen Probenmengen genug DNA für eine Analyse vorhanden ist. Jedoch wird die mtDNA rein maternal vererbt, daher kann bei der späteren Interpretation der Daten nur die Zugehörigkeit des Individuums zur mütterlichen Erblinie festgestellt werden.

Genetik – Mikrosatellitenanalyse
Enthält eine Haarprobe mehr als fünf Haare mit Wurzeln, so kann eine Analyse der nukleären DNA mittels Mikrosatelliten durchgeführt werden. Hierbei werden 14 Genorte, sowie ein Geschlechtsmarker in insgesamt vier Ansätzen je dreimal vervielfältigt und die Fragmentlänge jedes einzelnen Genortes bestimmt. Im Anschluss werden die drei Replikate miteinander verglichen und der Konsensusgenotyp gebildet. Mit dem daraus entstehenden genetischen Fingerabdruck kann der Datensatz auf identische Individuen untersucht werden. Anhand der Fragmentlängen können die Proben mit dem vorliegenden Referenzdatensatz verglichen werden, um Aussagen über die Art- und Populationszugehörigkeit, sowie mögliche Hybridisierungsereignisse zu treffen.

Projekte
In diesen Projekten kooperieren wir mit unterschiedlichen Projektpartnern und Auftraggebern: 

  • Wildkatzenmonitoring in Deutschland und angrenzenden Regionen (zahlreiche Auftraggeber)
  • Der Wildkatzensprung (BUND)
  • Monitoring der Wildkatze im Nationalpark Kellerwald-Edersee (Nationalpark Kellerwald-Edersee, Institut für Tierökologie und Naturbildung)
  • Untersuchung der Populationsstruktur und Barrierewirkung bei der Wildkatze im Rheingau-Taunus-Gebiet (Hessen Forst FENA)
  • Regionale Populationsstruktur und Rekonstruktion der Wiederbesiedlung von Wildkatzenlebensräumen in der Rhön (RhönNatur e.V., Biosphärenreservat Rhön)
     

Möglichkeiten zur wissenschaftlichen Kooperation
Wir bieten genetische Untersuchungen von Haarproben, zur Identifizierung und Individualisierung von Wildkatzen an. Nähere Informationen finden sie hier.

Nationales Referenzzentrum für Luchs und Wolf

Genetisches Monitoring von Wolf und Luchs in Deutschland  

Hintergrund
Wolf und Luchs erobern in Deutschland verloren gegangenes Terrain zurück. Sie treffen dabei auf Menschen, die seit Generationen keine Übung mehr im Umgang mit großen Beutegreifern haben. Spätestens seit der Rückkehr der Wölfe in die Lausitz wurde klar, dass in Deutschland ein effektives Wildtiermanagement nötig ist, um ein harmonisches Miteinander von Mensch und Tier zu ermöglichen. Detaillierte Kenntnisse über zeitliche Trends in der Verbreitung und Abundanz einer Art bilden eine  wichtige Grundlage für das Ergreifen effektiver Schutzmaßnahmen. In diesem Projekt werden moderne molekulargenetische Methoden für das Monitoring von Wolf und Luchs entwickelt und etabliert. Das genetische Monitoring von Wolf und Luchs beruht auf der Verwendung nicht-invasiv gesammelten Probenmaterials, wie Kot oder Haare. Mittels hochsensitiver genetischer Verfahren, wie Mikrosatellitenanalysen, lassen sich Erkenntnisse zu Artstatus, Hybridisierungsgrad, Geschlecht und Populationszugehörigkeit treffen. Durch die Untersuchung der genetischen Struktur können Dispersionsraten und Migrationskorridore, sowie Verwandtschaftsstrukturen ermittelt werden. Da sich große Raubtiere durch ihre scheue und heimliche Lebensweise selbst im dicht besiedelten Deutschland einer direkten Beobachtung sehr effektiv entziehen, ist allein der sichere Artnachweis häufig schon ein großer Gewinn für die Erforschung und den Schutz dieser faszinierenden Tiere.

Informationen zum bundesweiten genetischen Wolfsmonitoring bei Senckenberg

Das Referenzzentrum
Im Ergebnis eines intensiven mehrstufigen Auswahlprozesses hat das Bundesamt für Naturschutz (BfN) das Senckenberg Forschungsinstitut als nationales Referenzzentrum empfohlen. Daraufhin hat die Länderarbeitsgemeinschaft Naturschutz (LANA) im Oktober 2009 auf ihrer Tagung in Saarbrücken beschlossen, der Empfehlung des BfN zu folgen und das Senckenberg Forschungsinstitut als „Nationales Referenzzentrum für genetische Untersuchungen bei Luchs und Wolf“ zu nutzen.
ForschungsarbeitZum Kern unserer Arbeit gehört die Entwicklung und Etablierung molekularer Marker für das genetische Wildtiermonitoring und die Artbestimmung von Prädatoren anhand von Speichelresten an Rissen. Hierüber informiert auch unser Poster  „Who killed my sheep?“. Die Projektbeteiligten sind Verena, Dino, Susanne, Mascha, Martina und Carsten.

Projekte

  • Genetisches Monitoring der Wölfe in Deutschland (Fachbehörden der Bundesländer, Wildbiologisches Büro LUPUS)
  • Genetisches Monitoring der Luchse in Deutschland (Fachbehörden der Bundesländer, Nationalpark Harz)
  • Analyse von Wolfsproben aus Westpolen (The Association for Nature WOLF)

Genetisches Monitoring des Feldhamsters

Hintergrund
Im Rahmen seiner Diplomarbeit führte Tobias Erik Reiners bereits im Jahr 2008 ein genetisches Monitoring des Feldhamsters in Hessen durch. Seit 2012 wurde die dort etablierte nicht-invasive Methodik (Reiners et al. 2011) nun für die Untersuchung weiterer gefährdeter Feldhamster-populationen genutzt.

So führt das Fachgebiet Naturschutzgenetik in Kooperation mit den nationalen und internationalen Partnern derzeit populationsgenetische Untersuchungen in Belgien, Niederlanden, Nordrhein-Westfalen, Baden-Württemberg, Hessen und dem Elsass in Frankreich durch.
  
Ziel ist es ein genetisches Referenzzentrum für den Feldhamster am Fachgebiet für Naturschutzgenetik zu etablieren. Derzeit kann bereits auf über 1000 Genotypen von Feldhamstern aus Westeuropa zurückgegriffen werden.

Projektpartner sind:

  • Dr. Ulrich Weinhold Institut für Faunistik & LUBW
  • Julien Eidenschenk, ONCFS – Elsass
  • Maurice La Haye & Gerard Müskens – Radboug Universität Nimwegen & Alterra Wageningen 

Verbreitung in Deutschland und Europa
Der Feldhamster (Cricetus cricetus L., 1758) gehört in Westeuropa zu den stark gefährdeten Säugetierarten. In der aktuellen Roten Liste für Deutschland ist er seit 2009 als „vom Aussterben bedroht“ eingestuft und ist in der FFH-Richtlinie in Anhang IV aufgeführt. In den Ländern seiner westlichen Verbreitungsgrenze, Niederlande, Belgien und Frankreich wird die aktuelle Gefährdung des Feldhamsters besonders deutlich. In allen drei Ländern sind die Bestände in den letzten Jahrzehnten dramatisch eingebrochen oder erloschen. Nach aktuellsten Erkenntnissen hat dieser Rückgang auch Österreich und die osteuropäischen Staaten erfasst.
  
Der Feldhamster
Der Feldhamster ist der einzige Vertreter der Gattung der Großhamster Cricetus. Besonders charakteristisch ist die, bei heimischen Säugetieren selten vorkommende, Inversfärbung des Felles. Ausgewachsene Tiere können eine Kopfrumpflänge von 200-300mm erreichen und erlangen ein Gewicht zwischen 200 und 650g.
Die Weibchen sind imstande bis zu dreimal pro Jahr Nachkommen zu erzeugen, wobei die Anzahl der Jungen von zwei bis acht Tieren pro Wurf reicht. Der Nachwuchs ist bereits nach 25 Tagen entwöhnt. Die Weibchen des ersten Wurfes können noch im gleichen Jahr der Geburt geschlechtsreif werden.

Projekte

  • Genetische Evaluierung der Niederländischen Feldhamstererhaltungszuchten (Alterra Wageningen & Radboug University Nijmegen)
  • Genetische Studie über wilde und gezüchtete Feldhamster in Elsass (ONCFS – Office National de la Chasse et de la Faune Sauvage)
  • Genetisches Monitoring des Feldhamsters (Cricetus cricetus) im Rhein-Neckar-Kreis (IFF – Institut für Faunistik, LUBW – Landesanstalt für Umwelt, Messungen und Naturschutz Baden-Württemberg)
     

Genetisches Monitoring des Bibers

Hintergrund
Seit 2010 läuft im Senckenberg Labor für Wildtiergenetik ein Projekt, in dem die genetische Struktur und Diversität des Biberbestandes in Hessen und angrenzender Regionen untersucht wird, um Ausbreitungsmuster zu rekonstruieren, genetische Diversität zu erfassen und den Grad an Vermischung mit benachbarten Biberbeständen zu untersuchen. Zusätzlich kann genetisch zwischen den Kanadischen und Eurasischen Bibern unterschieden werden.

Merklblatt zum genetischen Bibermonitoring

Der Eurasische Biber
Der Biber ist das größte Nagetier Europas. Außer dem Menschen hat kaum eine Art solch einen großen Einfluss auf die Landschaftsstruktur, wie dieser Deichbauer und Baumfäller. Mit seinen für Nagetiere typischen, stets nachwachsenden Zähnen kann der Biber mit einer enormen Beißkraft von bis zu 80kg pro cm_ Baumstämme mit einem Durchmesser von bis zu 1m in einer Nacht durchnagen. Der Biber kann somit auf ganz natürliche Weise helfen die oft kanalisierten und begradigten Flussabschnitte zu renaturieren.

Geschichte des Bibers in Deutschland
Der Eurasische Biber (Castor fiber) wurde bis auf eine Reliktpopulation an der Elbe in Deutschland ausgerottet. Dank strenger Schutzmaßnahmen und erfolgreicher Wiedereinbürgerung steigt die Gesamtpopulation seit einigen Jahrzehnten wieder. Bei vielen der heutigen Bestände handelt es sich jedoch nicht um den ursprünglich bei uns ansässigen Elbebiber, sondern um Mischbestände aus unterschiedlichen Herkunftsgebieten. Eine Ausnahme bildet der Bestand in Hessen, der auf der Wiederansiedlung von Elbebibern in den Jahren 1987/88 beruht.
In einigen Teilen Deutschlands und Europas ist mittlerweile auch der  Kanadische Biber heimisch. Diese Tiere sind aus Zoos entflohen oder wurden ausgesetzt. Rein morphologisch unterscheiden sie sich oft nicht eindeutig von dem Eurasischen Biber, sodass genetische Methoden zur eindeutigen Unterscheidung verwendet werden müssen.

Ergebnisse unserer Biberstudien
Die Analyse von >250 Bibern aus ganz Deutschland und angrenzenden Regionen zeigte, dass

  • das Verbreitungsgebiet von Amerikanischen Bibern auf einen kleinen Bereich in der Grenzregion von Rheinland-Pfalz, Luxemburg und Belgien begrenzt  ist.
  • sich unterschiedliche Abstammungslinien in vielen Regionen erfolgreich vermischen, sodass die bisher bekannten „Unterarten“ verschwinden.
  • die genetische Diversität in gemischten Populationen drastisch ansteigt, wohingegen einzelne relikthafte Abstammungslinien, wie der Elbebiber, eine sehr geringe genetische Variation besitzen.

In Konsens mit den Ergebnissen von Horn et al., 2014  (Molecular Ecology) weisen unsere Ergebnisse darauf hin, dass die Vermischung von unterschiedlichen Reliktpopulationen akzeptiert oder sogar favorisiert werden sollte. Einzelne Abstammungslinien, wie der Elbebiber, haben eine geringe genetische Variation und sind eher anthropogene Relikte als echte Unterarten.

 

Möglichkeiten zur Wissenschaftlichen Kooperation
Die Sektion Naturschutzgenetik bietet im Rahmen wissenschaftlicher Kooperation folgende Leistungen zur Identifizierung und Analyse von Säugetieren an:

  • Extraktion der DNA
  • Analyse mitochondrialer DNA
  • Analyse mittels Mikrosatelliten

Seit dem 1. Juli 2015 gibt es das Probeneingangsformular (Excel) nicht mehr. Bitte nutzen Sie unser Onlinewerkzeug auf www.wildtiergenetik.de

 Wichtige Hinweise: Bitte lesen Sie die Informationen in den oben stehenden Dokumenten und beachten Sie insbesondere folgende Hinweise:

Datennutzung: Wir behalten uns vor, Daten, die wir im Zusammenhang mit Ihren Proben erheben, wissenschaftlich in Form von Vorträgen und Publikationen zu verwerten. Ausnahmen zu dieser Regel sind im Vorfeld zu besprechen. Die Daten aus dem Wolfsmonitoring verbleiben im Besitz der Länder.

Onlinewerkzeug: Wir können leider keine Proben ohne die Beauftragung über das Onlinewerkzeug bearbeiten. Dies schließt die vollständige Angabe aller abgefragten Probeninformationen ein.

Genetische Populationsstruktur von Braunbären auf dem Balkan

Hintergrund
Der Braunbär (Ursus arctos), das zweitgrößte europäische Landraubtier nach dem Eisbären, war einst über weite Teile Eurasiens verbreitet. Während er etwa in Russland noch überwiegend flächig verbreitet ist, wurden seine europäischen Bestände auf abgelegene Bergregionen, dünn besiedelter Gegenden, zurückgedrängt. Im gebirgigen Südosteuropa konnten sich so noch lebensfähige Bestände halten, etwa in Nordgriechenland, Bulgarien, den Karpaten, sowie in den Ländern des ehemaligen Jugoslawiens. Einige der Bärenpopulationen sind jedoch trotz noch hoher Individuenzahlen langfristig durch die momentan rasant voranschreitende, meist nicht nachhaltige Holznutzung (z.B. in den rumänischen Karpaten), sowie den Landschafts- und Strukturwandel der ehemaligen Ostblockstaaten bedroht. Daher sind zukünftig negative Veränderungen des Bärenbestandes in der Region zu befürchten, die jedoch nur erfasst werden können, wenn der aktuelle Zustand der lokalen Bestände bekannt ist.

Genetische Analysen zur Abgrenzung von Schutzeinheiten und Ermittlung des Status quo
In Kooperation mit zahlreichen lokalen Projektpartnern (v.a. A. Dutsov, Balkani Wildlife Society, Bulgarien; C. Domokos, MILVUS, Rumänien; A. Karamanlidis, ARCTUROS, Griechenland) erfassen wir momentan die genetische Struktur der Braunbären in Teilen der Balkanregion. In Bulgarien etwa wurden bereits über 300 Losungs-, Haar,- und Gewebeproben von Bären aller großen Gebirgszüge (Stara Planina, Rhodopen, Pirin, Rila) genetisch bearbeitet und so zum ersten mal eine wissenschaftlich gestützte Populationsgrößenabschätzung für Bulgarien ermöglicht. Über den Vergleich mit Proben aus unterschiedlichen Regionen untersuchen wir die Validität der momentanen Populationseinteilung für die Region und ermitteln mögliche Wanderkorridore. Dieses Wissen wird hoffentlich ein effektives Bärenmanagement erleichtern, vor allem dann, wenn es zukünftig auch in der Balkanregion für die Art „eng“ werden sollte. Projektbeteiligte sind Christiane, Carsten, Tobias und Violeta. Finanziert wurde das Projekt bis Ende 2013 von der ZGF und LIFE EX-TRA. Aktuell wird das Projekt aus Eigenmitteln weitergeführt.

Weiterführende Informationen
In unserer Literaturliste finden sich mehrere aktuelle Publikationen über unsere laufenden Studien (Bidon et al., 2013; Frosch et al., 2011; Frosch et al., 2014; Nowak et al., 2014).

Genetische Populationsstruktur der Saiga-Antilope (ausschließlich in Englisch)

Background
The saiga antelope (Saiga tatarica) is a nomadic herding ungulate inhabiting the steppes and semi-deserts of Eurasia. It is the only European antelope species and is migratory between summer northern and winter southern areas. The saiga’s range once extended from Poland in the west to Mongolia and western China in the east. Hunting and changes in land use have led to declines of > 80% over the last 10 years and to its classification as Critically Endangered (IUCN) since 2002. Male selective hunting for horns for their use in traditional Chinese medicine has caused the proportions of males to vary from 1-10% from year to year, which is leading to population collapse. Currently, three populations of the subspecies S. t. tatarica remain in Kazakhstan (Ural, Ustyurt and Betpak-Dala), and one small population still exists in Russia (Kalmykia). However, the division of saigas in Kazakhstan into 3 populations requires a revision. One population of the subspecies S. t. mongolica is present in Mongolia.

The project
In collaboration with the Frankfurt Zoological Society, we use genetic data to assess the degree of differentiation, and hence conservation importance, of the three remaining saiga populations in Kazakhstan, currently the stronghold of the species. There is evidence that there is still an exchange between the Ustyurt and Betpak-Dala population. There are no geographical barriers except roads and a railroad. The western part of the Betpak-Dala population (Torgai) is the biggest currently existing group of saiga antelopes. They move strictly south-north and do not enter the western part of the population area. The eastern part of the Betpak-Dala population has almost been extinct. It is restricted to a small area around Lake Tengiz and almost stopped to migrate. The western and eastern parts of the Betpak-Dala population are separated by a geographical barrier, the Ulytau Mountains and its northern extensions. North of the mountains, agricultural fields separate the Tengiz part from the Torgai part.

Evolutionäre Ökotoxikologie von Chironomus-Mücken

Midge – Mikroevolutionäre Dynamik und genetische Erosion in Schadstoff-Expoierten Chironnismus-Populationen

Hintergrund
Chronische Schadstoffbelastungen können zu einem Verlust an genetischer Diversität in betroffenen Populationen führen. Dieser Verlust kann mit einer Reduzierung des evolutionären Anpassungspotentials an veränderliche Umweltbedingungen einhergehen. In stark anthropogen beeinflussten Landschaften gehen chemische Umweltbelastungen häufig mit Habitatzerstörungen- und Zerschneidungen einher, was wiederum zu einer weiteren Reduktion an genetischer Diversität und Evolutionspotential führen kann. Es ist daher von zentraler Bedeutung, den Einfluss von genetischer Diversität in Populationen auf deren Reaktion auf Umweltbelastungen, wie Schadstoffexposition, zu untersuchen.

Das Projekt
In dem Projekt sollen verschiedenen Fragestellungen an der Schnittstelle zwischen Ökotoxikologie, Evolutionsbiologie und Populationsgenetik beantwortet werden (als „Evolutionäre Ökotoxikologie“ zusammengefasst):

  • Weisen schadstoffexponierte Populationen im Freiland eine reduzierte genetische Diversität auf?
  • Können sich Populationen der Zuckmücke Chironomus riparius innerhalb weniger Generationen genetisch an Schadstoffbelastungen anpassen?
  • Welche Rolle spielt dabei die genetische Diversität?
  • Was sind die evolutionären Konsequenzen (fitness costs) einer genetischen Anpassung an einen Stressor, bzw. einer reduzierten genetischen Diversität?
  • Um diese Fragen zu beantworten, werden Freilandpopulationen der Zuckmücke Chironomus riparius genetisch untersucht.

Des weiteren werden common garden Experimente im Labor durchgeführt, um den Grad der genetischen Anpassung an Schadstoffbelastung zu ermitteln. Zusätzliche Mehrgenerationsexperimente sollen zeigen, welche Bedeutung die Faktoren genetische Diversität und Belastungsdauer für eine genetische Schadstoffadaptation haben. Das Projekt finden in Kooperation mit João Pestana und Marco Lemos von der Universidade de Aveiro, Portugal statt.

eDNA-basiertes Monitoring von aquatischen Invertebraten

Entwicklung von hochsensitiven eDNA-basierten Nachweismethoden für aquatische Arten: Pilotprojekt Krebspest

Was ist eDNA?
Environmental DNA (eDNA) ist DNA, die aus Umweltproben wie beispielsweise Wasser- oder Bodenproben extrahiert werden kann. Sie besteht aus einer komplexen Mischung genomischer DNA von verschiedenen, in den jeweiligen Lebensräumen vorkommenden Organismen. Ein Teil der isolierten eDNA stammt dabei aus lebenden Zellen (intrazelluläre DNA), ein anderer Teil der DNA kommt als freies Molekül im untersuchten Milieu vor (extrazelluläre DNA), welches durch natürliche Prozesse wie beispielsweise einer Abstoßung toten Gewebes (z. B. Schuppen) eines Organismus freigesetzt wurde. Diese DNA kann durch Filterung oder direkte Entnahme von Wasserproben extrahiert werden und über PCR-basierte Methoden auf das Vorhandensein artspezifischer Sequenzmuster abgesucht werden. Im Pilotprojekt testen wir die Eignung von eDNA-basierten Nachweismethoden am Lachs (Salmo salar) und dem Krebspesterreger (Aphanomyces astaci).

Detektion der Krebspest in Hessen mittels Wasserproben
Nordamerikanische Flusskrebsarten wie beispielsweise der Signalkrebs Pacifastacus leniusculus können den für die einheimischen Flußkrebsarten gefährlichen Krebspesterreger Aphanomyces astaci übertragen, wodurch deren Restbestände bundesweit gefährdet sind. In einem gerade begonnenen Kooperationsprojekt unter Beteiligung des Senckenberg Fachgebiets Naturschutzgenetik (Projektbeteiligte: Claudia Wittwer, Dr. Carsten Nowak), der Senckenberg Sektion Fluss- und Auenökologie (Dr. Stefan Stoll) sowie dem Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F) (Prof. Marco Thines) wird an einer eDNA- basierten Standardmethode zum Freilandnachweis der Krebspest gearbeitet, die die herkömmliche Methode der gewebebasierten Krebspestdetektion ablösen soll. Diese Methode kann dann in Zukunft im Rahmen eines nichtinvasiven Gewässermonitorings auch auf Neozoen sowie auf gefährdete und seltene Arten übertragen werden. Grundlage für die Etablierung und Weiterentwicklung ist die enge Kooperation mit Dr. Trude Vrålstad vom Norwegian Veterinarian Institute in Oslo, die den Grundstock für die eDNA-basierte Krebspestdetektion gelegt hat. Auftraggeber des Pilotprojektes sind die Hessischen Regierungspräsidien Darmstadt, Gießen und Kassel.

Genetische Diversität und Klimawandel

Modellierung Klimawandel-bedingter Verluste an genetischer Biodiversität in aquatischen Insektenarten montaner Regionen

Hintergrund
Montane Regionen in  den gemäßigten Breiten beherbergen einzigartige Gemeinschaften kältetoleranter Tier- und Pflanzenarten. Aufgrund mangelnder Konkurrenzfähigkeit bei höheren Temperaturen sind diese Gemeinschaften besonders stark durch den Klimawandel gefährdet. Diese Gefährdung wird weiterhin durch die Tatsache erhöht, dass die meisten betroffenen Arten in isolierten Habitatinseln, weitgehend unter Ausschluss von Genfluß zwischen Populationen persistieren. Während zahlreiche Studien den Zusammenhang zwischen dem Klimawandel und dem Verslust an Biodiversität auf Artebene untersucht haben, gibt es bislang kaum Untersuchungen zu den Effekten von Klimaveränderungen auf die basalste Ebene der Biodiversität, der genetischen Diversität innerhalb von Arten. Genetische Diversität ist jedoch die Grundlage für jegliche evolutionäre Veränderung und damit für die Anpassung von Arten an klimabedingte Umweltveränderungen von zentraler Bedeutung.

Das Projekt
In diesem Projekt werden arealweite genetische Daten auf Basis von mtDNA-Sequenzen für die folgenden neun montanen, europäischen Insektenarten verwendet: Drusus discolor, D. romanicus, Hydropsyche tenuis, Chaetopterygopsis maclachlani, Rhyacophila pubescens, R. tristis, R. aquitanica (alle Trichoptera), Arcynopteryx compacta (Plecoptera) und Ameletus inopinatus (Ephemeroptera). Dieser Datensatz bietet die einzigartige Möglichkeit, vergleichende phylogeographische Daten mehrerer ökologisch ähnlicher Einzelarten mit modernen Ansätzen der Klimanischenmodellierung zu verbinden, um Regionen zu identifizieren, in denen ein besonderer Verlust an genetischer Vielfalt in dieser Artgemeinschaft zu erwarten ist. Der Vergleich historischer und zukünftiger Effekte des Klimawandels auf die genetische Struktur und Diversität von Arten wird zusätzliche Erkenntnisse über die Folgen des Klimawandels auf die Evolution von Arten liefern. Das Projekt findet in Kooperation mit Steffen Pauls, University of Minnesota / USA statt.

Dispersionsvermögen limnischer Insekten

Landschaftsgenetik und Ausbreitungspotential bei aquatischen Insekten

Hintergrund
Obwohl die Ausbreitungskapazität eines Organismus für das Verständnis von Ausbreitungsmustern von entscheidender Bedeutung ist, weiß man bislang wenig über die Ausbreitungswege und -raten aquatischer Organismen. Besonders groß sind die Verständnislücken bei der Ausbreitung über große Distanzen hinweg (long-distance dispersal). Kenntnisse hierzu sind jedoch unter anderem von größter Bedeutung für das Verständnis von Rekolonisierungsprozessen in renaturierten Gewässerabschnitten. Im Gegensatz zu den hololimnischen Invertebraten haben die meisten aquatischen Insektengruppen flugfähige Adultstadien und sind somit zumindest potentiell zur aktiven Ausbreitung über Land befähigt.

Das Projekt
Wir haben drei aquatische Insektenarten ausgewählt (Ephemeroptera, Plecoptera, Trichoptera) um die Hypothese zu testen, dass Populationen merolimnischer Insekten über große Distanzen (>10 km) durch aktive Flugausbreitung reproduktiv verbunden sind. Art, Stärke und Richtung des Genflusses werden in dem gut untersuchten Fulda/Werra-Flusssystem untersucht. Zunächst werden wir den Grad an genetischer Differenzierung zwischen Populationen im Untersuchungsgebiet mittels Mikrosatellitenanalyse untersuchen. Rezenter Genfluss wird durch Assignmenttests, welche rezente Migranten aufgrund ihres Genotyps ihren Ursprungspopulationen zuordnen, gemessen und so von historischen Mustern getrennt. Schließlich werden historische und rezente Abundanzdaten, sowie mittels Mikrosatellitenanalysen ermittelte genetische Information in verschiedene Dispersionsmodelle integriert, in die unterschiedliche Ausbreitungsraten und -mechanismen implementiert sind. Die besten Modelle für jede Art werden durch model selection ermittelt. Die durch das beantragte Projekt erhaltenen Erkenntnisse werden dazu beitragen, die Konnektivität und Dynamik von Populationen aquatischer Insekten besser zu verstehen und die kurz- und mittelfristigen Erfolgsaussichten von Renaturierungsprojekten im Gewässerbereich besser abschätzen zu können.
Dieses Projekt ist DFG-gefördert und wird in Kooperation mit Prof. Peter Haase (Abt. Limnologie & Naturschutzforschung) durchgeführt.

Genetische Struktur von Mittelgebirgspflanzen

Pflanzen als Temperaturzeiger: Die Bedrohung von Mittelgebirgsarten durch die Klimaerwärmung  

Hintergrund
Veränderungen von Temperatur und Niederschlagsmengen führen bei den meisten Pflanzenarten zu Arealverschiebungen, d.h. das Gebiet, in dem eine Art aufgrund der vorherrschenden klimatischen Faktoren vorkommen kann, verändert sich. Areale können schrumpfen, sich ausdehnen und / oder wandern. Diese Arealwanderung findet meistens zum einen in Richtung der Pole statt, bei uns also nach Norden. Zudem wandern Pflanzen in Gebirgsregionen seit Jahren immer weiter nach oben, um so kühlere Habitate zu erreichen. Besonders kritisch ist die Situation daher für Pflanzenarten, die in Mittelgebirgsregionen in Deutschland vorkommen: sie haben wenig Spielraum, um nach oben auszuweichen, da die Gipfel der meisten Mittelgebirge nicht über 1000 m hoch sind, und der Weg in die kühleren Gebiete von Skandinavien ist durch die ausgedehnten warmen Tiefebenen in Norddeutschland versperrt.

Zielarten des Projekts
Um die Gefährdung dieser Arten genauer zu analysieren, werden exemplarisch zwei Pflanzenarten untersucht. Geranium sylvaticum, der Waldstorchschnabel, ist eine ausdauernde krautige Pflanze, die vorwiegend auf frischen bis feuchten, extensiv genutzten Wiesen und Weiden sowie entlang von Bächen und Wegrändern wächst. Die Samen werden bei Fruchtreife durch Aufrollen der Fruchtklappen von der Pflanze weggeschleudert. Außerdem breitet sich die Art über Endozoochorie aus, also mit Hilfe von Tieren, die die Pflanzen fressen und die Samen an einem anderen Ort ausscheiden. Bei der anderen untersuchten Art handelt es sich um Crepis mollis, den Weichhaarigen Pippau, ebenfalls eine ausdauernde krautige Art mit ähnlichen Habitatsansprüchen wie Geranium sylvaticum. Die Art ist in Deutschland bereits relativ selten und durch den zunehmenden Verlust extensiv genutzter Wiesenflächen weiter im Rückgang begriffen. Sie ist daher als „gefährdet“ in der Roten Liste in Deutschland aufgeführt. Die Samen des Pippaus werden vom Wind (und wahrscheinlich zusätzlich über Endozoochorie) ausgebreitet.  

Genetischer Fingerabdruck: AFLPs
Um die innerartliche genetische Diversität zu untersuchen, wird von jedem Individuum ein Blatt gesammelt und die DNA aus dem Gewebe isoliert. Anschließend wird durch Restriktion der DNA mit Enzymen und Amplifizierung der Fragmente über PCR von jeder Pflanze ein genetischer „Fingerabdruck“ erstellt.
Die genetischen Analysen sollen folgende Fragestellungen klären:

  • Wie hoch ist die genetische Diversität der Mittelgebirgspopulationen und wie ist sie verteilt? Gibt es Regionen mit besonders hoher / geringer Diversität?
  • Tauschen sich Populationen der einzelnen Gebirgsregionen untereinander aus oder sind sie genetisch differenziert?
  • Unterscheiden sich die Pflanzen in den besonders gefährdeten Mittelgebirgsregionen genetisch von Populationen, denen keine unmittelbare Gefahr droht, wie z.B. den Alpen oder Skandinavien?

Das Projekt wird in Kooperation mit Rüdiger Wittig (Goethe Universität Frankfurt) durchgeführt. Projektbearbeiterin ist Anna Liebrich.

Phylogeographie
Auch in der Vergangenheit kam es zu weitreichenden Arealverschiebungen: die Kälte während der Eiszeiten und die großflächige Vergletscherung führten dazu, dass die meisten Arten die Kaltzeiten in kleinen, oft südlich gelegenen Refugialgebieten überdauerten und sich erst im Zuge der Erwärmung nach der letzten Eiszeit wieder ausbreiten konnten. Diese Arealveränderungen haben das heutige Verteilungsmuster der genetischen Variabilität innerhalb der Arten entscheidend beeinflusst. Die Rekonstruktion der Refugialgebiete und der nacheiszeitlichen Wanderung von Arten kann daher wichtige Hinweise zum Schutz und Erhalt der Arten und ihrer innerartlichen Diversität liefern.