Conservation Genetics


The Conservation Genetics Group develops and applies modern DNA-based tools to aid research and conservation of endangered European wildlife. 
 

Since 2008 we have established a centre for conservation and wildlife genetics. It is our goal to make modern molecular techniques available to applied conservation and wildlife management. Our work combines aspects of basic research, monitoring and species conservation, leading to mutual benefits for science and society. Clickhere for a brief overview article summarising some of our recent research.

Further information

Information regarding Scientific cooperation

Since the1st of July 2015 the sample form (Excel) cannot be used any more. Please use our online tool: www.wildtiergenetik.de.

 Important Notes

Please read the information sheets above thoroughly and particularly note the following:

Use of data: We reserve the use of the data that we obtained from your samples for ourselves in the form of presentations and publications. Exceptions from this rule must be discussed in advance of sample processing. The wolf monitoring data remain in the possession of the federal states of Germany.
Online tool: You must use our online tool to place an order.

Options for scientific cooperation
In the framework of scientific cooperation, the Conservation Genetics Section provides the following services regarding the identification and analysis of mammal species:

  • DNA extraction
  • Analysis of mitochondrial DNA
  • Analysis using Microsatellites

Information regarding the national genetic wolf monitoring at Senckenberg (in German)

Seit dem Jahr 2010 werden im Labor des Fachgebiets Naturschutzgenetik am Senckenberg-Standort in Gelnhausen alle im Rahmen des bundesweiten Wolfsmonitorings gesammelten Proben zentral untersucht. Anhand der Ergebnisse werden Erkenntnisse bezüglich des Vorkommens von Wölfen in Deutschland gewonnen, Individuen unterschieden, Verwandtschaftsverhältnisse und Rudelstrukturen aufgelöst, sowie Hybridisierungsgrade ermittelt. Auch der DNA-basierte Nachweis des Wolfes und weiterer Prädatoren bei Nutztierrissen spielt für das Monitoring und Wolfsmanagement eine wichtige Rolle. Die Untersuchungen werden im Auftrag der für das Wolfsmonitoring zuständigen Bundesländer durchgeführt. Entsprechend werden alle erzielten Ergebnisse den Ländern übermittelt. Als Auftraggeber obliegt diesen die Veröffentlichung der gewonnenen Erkenntnisse.

Verwendetes Methodenspektrum
Die Basis für das bundesweite genetische Wolfsmonitoring bilden Mikrosatellitenuntersuchungen (auch STR oder SSR genannt) auf Basis der Kern-DNA, die einen individuell einzigartigen genetischen Fingerabdruck ergeben und Rückschlüsse auf Individuenzahlen, Verwandtschaften und das Vorkommen von Hybriden der ersten Hybridgeneration (F1) erlauben. Bislang wurden bei über 4000 Proben mit Wolfsverdacht Kern-DNA-basierte Mikrosatellitenuntersuchungen anhand von 13 autosomalen und zwei geschlechtsdiagnostischen Markern durchgeführt (Stand: 03/18).

Ferner wird bei allen eingeschickten 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), nicht jedoch auf den Hybridisierungsgrad.

Da die Ableitung von Hybridisierungsgraden über Mikrosatelliten in der Regel nur die Detektion von F1-Hybriden ermöglicht, nutzen wir des Weiteren einen auf für nichtinvasiv gesammelte Proben optimierten SNP-Chip zur Hybridenerkennung (Harmoinen et al., in Vorbereitung; 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; vonHoldt et al., 2012). Die Methode basiert auf den Daten großer genomweiter Studien, die in den letzten Jahren von international führenden WissenschaftlerInnen durchgeführt wurden. Anhand der Methode lassen sich Hybridisierungsereignisse mindestens bis in die dritte Hybridgeneration (= zweite Rückkreuzungsgeneration) sicher nachweisen. Der Ansatz bietet damit eine deutlich höhere Auflösung als die Untersuchung von Mikrosatelliten. Bei Verwendung eines üblichen Sets aus wenigen (meist 8-12) Mikrosatelliten-Markern besteht die Gefahr einer irrtümlichen Identifizierung von Individuen gemischter Herkunft  und damit einer scheinbar erhöhten Hybridisierungsrate (Randi et al. 2014). Die anzustrebende Standardisierung von Markersystemen basierend auf diagnostischen SNPs könnte derartige Fehlinterpretationen in Zukunft verhindern (Galaverni et al., 2017; vonHoldt et al., 2012). Bislang existieren keine genormten Standards für die Analyse und Interpretation von Wolfsproben, daher werden in dem Bereich keine Akkreditierungen vergeben, wie dies in der klinisch-diagnostischen Analytik üblich ist. Unsere Methoden sind an die international üblichen wissenschaftlichen Verfahren angelehnt und werden in Kooperation mit anderen Institutionen ständig abgeglichen und weiterentwickelt.

Zentrale Ergebnisse des genetischen Wolfsmonitorings

Verwandtschaft und Rudelanzahl
Die Anzahl an über Verwandtschaftsanalysen genetisch rekonstruierten Wolfsrudeln ist in den letzten Jahren immer weiter angestiegen. Auf der Homepage der Dokumentations- und Beratungsstelle des Bundes zum Wolf (DBBW), www.dbb-wolf.de können die Rudelzahlen pro Jahr eingesehen werden. In diese Zahlen fließen jährlich auch die Ergebnisse des genetischen Wolfsmonitorings ein. Über die fortlaufenden genetischen Verwandtschaftsanalysen lässt sich bestätigen, dass es sich bei allen bekannten Rudeln um Familien handelt, deren Nachwuchs meist ein bis zwei Jahre beim Rudel verbleibt und danach abwandert. Meist verpaaren sich nur die Elterntiere eines Rudels; in wenigen Fällen wurden Inzuchtpaarungen innerhalb eines Rudels nachgewiesen.

Herkunft und Wanderbewegungen deutscher Wölfe
Wie durch polnische WissenschaftlerInnen belegt wurde (Czarnomska et al., 2013), ähneln deutsche Wölfe genetisch stark den Wolfsbeständen in Westpolen sowie Tieren aus einem Waldgebiet in den südwestlichen Masuren. Es ist daher anzunehmen, dass die Wölfe Deutschlands und Westpolens aus den Masuren stammen. Besonders im Süden Deutschlands werden über DNA-Analysen zudem gelegentlich Wölfe nachgewiesen, die aus dem Alpenraum stammen. Einwanderer aus weiteren umliegenden Wolfspopulationen konnten in Deutschland über DNA -Analysen bislang noch nicht nachgewiesen werden. Im Jahr 2017 wurden erstmals Wölfe in Deutschland nachgewiesen, die aus einem Gehege entkommen waren (Nationalpark Bayerischer Wald). Gehegetiere lassen sich über Mikrosatelliten und mitochondriale DNA-Analysen sicher erkennen.

Über Abgleiche der aktuell mehr als 700 individuelle DNA-Profile deutscher Wölfe umfassenden genetischen Wolfsdatenbank können regelmäßig Weitwanderungen einzelner Wölfe rekonstruiert werden. Beispiele hierfür sind mehrere in Dänemark nachgewiesene Wölfe, die aus der Lausitz stammen, sowie ein Jährling aus dem Wolfsrudel bei Cuxhaven, dessen Wanderroute im Jahr 2016 anhand von DNA-Analysen an Schafsrissen bis in den Bonner Raum und schließlich wieder zurück nach Niedersachsen nachverfolgt werden konnte.

Hybridisierungsgrad
Bislang wurden in Deutschland zwei Hybridisierungsfälle nachgewiesen. Vier Welpen aus einem Wurf in Sachsen aus dem Jahr 2003 sowie drei weitere Welpen aus Thüringen (2017) wurden genetisch als F1-Hybriden identifiziert. Auf tschechischer Seite des Grenzgebiets zu Sachsen wurde zusammen mit Kollegen der Universität in Prag (Prof. Pavel Hulva) 2016 ein weiterer Hybridisierungsfall bestätigt. Außer diesen Fällen konnten über Mikrosatelliten- oder SNP-basierte Untersuchungen keine weiteren Hinweise auf Hybridisierungsereignisse im deutschen Wolfsbestand erbracht werden. Die Hybridisierungsrate bei Wölfen in Deutschland beträgt demnach aktuell <1% (2 Fälle bei 245 nachgewiesenen Würfen in Deutschland im Zeitraum 2000 – 2017), was einen im internationalen Vergleich sehr geringen Wert darstellt (siehe z.B. Hindrikson et al. 2012; Pacheco et al. 2017).

Finanzierung des genetischen Wolfsmonitorings
Die genetischen Untersuchungen werden durch die verantwortlichen Länderstellen finanziert. Die Vergütung läuft auf Probenbasis. Die Kosten pro Probe sind von Art, Dauer und Methodik der beauftragten Untersuchung abhängig und belaufen sich normalerweise auf 100 – 200 € pro Analyse. Die Untersuchung von nichtinvasiv gesammeltem Probenmaterial wie Kot, Urin oder Rissproben ist aufwändig und 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.

Dauer der Untersuchungen
Mit den zuständigen Länderstellen wurden einzuhaltende Fristen für genetische Untersuchungsergebnisse vereinbart. Die genetische Rudelrekonstruktion auf Basis der über ein gesamtes Monitoringjahr anfallenden DNA-Proben erfolgt einmal jährlich. Für Artbestimmungen auf Basis von Tupferproben von mutmaßlichen Wolfsrissen werden durchschnittlich 8-10 Werktage benötigt, bei entsprechend 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 in Auftrag gegeben, was die Analysezeit entsprechend verlängert. Wann ein Ergebnis der Öffentlichkeit bekannt wird, liegt im Ermessen der Auftraggebers. 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.

Neutralität und wissenschaftliche Vernetzung
Die Entscheidung, ein zentrales Labor für die bundesweit anfallenden Wolfsproben zu nutzen, wurde von den für das Wolfsmonitoring verantwortlichen Stellen der Bundesländer getroffen, um eine Vergleichbarkeit aller bundesweit anfallenden Daten zu gewährleisten. Senckenberg wurde den Ländern nach Auswahl auf Basis eines mehrstufigen, vom Bundesamt für Naturschutz betreuten Auswahlverfahrens zur Nutzung als nationales Referenzzentrum für genetische Untersuchungen bei Luchs und Wolf empfohlen. Die Länderarbeitsgemeinschaft Naturschutz (LANA) beschloss im Oktober 2009, der Empfehlung des BfN zu folgen. Die Beauftragung eines zentralen Labors für alle innerhalb eines Landes anfallenden Untersuchungen von Wolfsproben ist international üblich und gut bewährt. Der Grund hierfür ist eine fehlende Standardisierung wildtiergenetischer Analysemethoden, die eine Vergleichbarkeit von in unterschiedlichen Labors generierten Daten erschwert (deGroot et al. 2016).

Die Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung ist eine unabhängige Bürgergesellschaft, die seit 200 Jahren weltweit Naturforschung betreibt. Als Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft ist Senckenberg zur Einhaltung hoher wissenschaftlicher Standards verpflichtet. Wissenschaftliche Neutralität gehört somit zu unseren obersten Leitzielen.

Alle beauftragten Proben werden nach strengen wissenschaftlichen Standards bearbeitet und die Ergebnisse dem Auftraggeber weitergeleitet. So haben unsere Untersuchungen in hunderten von Fällen Wölfe als Verursacher von Nutztierrissen belegen können, was entsprechend der Regelungen in den Bundesländern zu Entschädigungszahlungen an Nutztierhalter geführt hat. In zahlreichen anderen Fällen konnten hingegen keine Wölfe festgestellt oder z.B. Hunde als Verursacher ermittelt werden. Senckenberg hat sich auf ausdrücklichen Wunsch der für das Wolfsmonitoring zuständigen Stellen der Länder dazu verpflichtet, ausschließlich Proben der für das Monitoring verantwortlichen Stellen anzunehmen und zu untersuchen. Wir führen daher keine Wolfsgenetik für Privatpersonen, Naturschutzverbände oder sonstige Auftraggeber durch, außer wenn dies explizit mit den verantwortlichen Länderstellen abgestimmt wurde. Es besteht daher keinerlei Einfluss von Interessensverbänden auf die Untersuchungsergebnisse.

Senckenberg kooperiert im Bereich der Wolfsgenetik mit zahlreichen wissenschaftlichen Institutionen aus unterschiedlichen Ländern, wie etwa den Universitäten in Frankfurt, Oulu, Prag, Tartu, Warschau, Wageningen und Wien oder dem Leibniz-IZW in Berlin. In Kooperation mit anderen Institutionen werden regelmäßig Veröffentlichungen zum Thema Wolfsgenetik in internationalen Fachzeitschriften publiziert (z.B. Andersen et al., 2015, deGroot et al. 2016; Gravendeel et al. 2013; Harms et al. 2016; Hindrikson et al. 2017; Kraus et al. 2015; Lesniak et al. 2017; von Thaden et al. 2017). Diese unterliegen dem peer-review-Verfahren, welches eine ständige Qualitätssicherung wissenschaftlicher Ergebnisse gewährleistet.

Literatur
Andersen LW, Harms V, Caniglia R, Czarnomska SD, Fabbri E, Jędrzejewska B, Kluth G, Madsen AB, Nowak C, Pertoldi C, Randi E, Reinhardt I, Stronen AV (2015) Long-distance dispersal of a wolf, Canis lupus, in Northwestern Europe. Mammal Research 60, 163-168

Czarnomska S, Jędrzejewska B, Borowik T, Niedziałkowska M, Stronen A, Nowak S, et al. (2013) Concordant mitochondrial and microsatellite DNA structuring between Polish lowland and Carpathian Mountain wolves. Conservation Genetics 14, 573-588

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

Gravendeel B, de Groot A, Kik M, Beentjes KK, Bergman H, Caniglia R, Cremers H, Fabbri E, Groenenberg D, Grone A, Bruinderink GG, Font L, Hakhof J, Harms V, Jansman H, Janssen R, Lammertsma D, Laros I, Linnartz L, van der Marel D, Mulder JL, van der Mije S, Nieman AM, Nowak C, Randi E, Rijks M, Speksnijder A, Vonhof HB (2013) The first wolf found in the Netherlands in 150 years was the victim of a wildlife crime. Lutra 56, 93-109

Harmoinen J, von Thaden A, Cocchiararo B, Jarausch A, Kvist L, Aspi J, Munoz-Fuentes V, Nowak C: A fast and reliable SNP-based approach for accurate discrimination of wolves, domestic dogs and their hybrids based on noninvasively collected samples. In Vorbereitung

Harms V, Nowak C, Carl S, Muñoz-Fuentes V (2016) Experimental evaluation of genetic predator identification from saliva traces on wildlife kills. Journal of Mammalogy 96, 138-143.

Hindrikson M, Männil P, Ozolins J, Krzywinski A, Saarma U (2012) Bucking the Trend in Wolf-Dog Hybridization: First Evidence from Europe of Hybridization between Female Dogs and Male Wolves. PLoS ONE 7, e46465

Hindrikson M, Remm J, Pilot M, Godinho R, Stronen AV, Baltrūnaité L, Czarnomska SD, Leonard JA, Randi E, Nowak C, Åkesson M, López-Bao JV, Álvares F, Llaneza L, Echegaray J, Vilà C, Ozolins J, Rungis D, Aspi J, Paule L, Skrbinšek T, Saarma U (2017) Wolf population genetics in Europe: a systematic review, meta-analysis and suggestions for conservation and management. Biological Reviews 92, 1601-1629

Kraus RHS, vonHoldt 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

Lesniak I, Heckmann I, Heitlinger E, Szentiks CA, Nowak C, Harms V, Jarausch A, Reinhardt I, Kluth G, Hofer H, Krone O (2017) Population expansion and individual age affect endoparasite richness and diversity in a recolonising large carnivore population. Nature Scientific Reports 7, 41730

Pacheco C et al. (2017) Spatial assessment of wolf-dog hybridization in a single breeding period. Scientific Reports 7, 42475

Randi E, Hulva P, Fabbri E, Galaverni M, Galov A, Kusak J, et al. (2014) Multilocus detection of wolf x dog hybridization in Italy, and guidelines for marker selection. PLoS ONE 9, e86409

vonHoldt 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

von Thaden A, Cocchiararo B, Jarausch A, Jüngling H, Karamanlidis A A, Tiesmeyer A, Nowak C, Muñoz-Fuentes V (2017) Assessing SNP genotyping of noninvasively collected wildlife samples using microfluidic arrays. Nature Scientific Reports 7, 10768