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30.3.2009

Artenvielfalt in Konserven

In Genbanken können Gene konserviert werden, um zu verhindern, dass sie verloren gehen, wenn Tiere und Pflanzen in freier Natur aussterben. Eine Patentlösung ist dies jedoch nicht.

In Genbanken können Gene konserviert werden, um zu verhindern, dass sie verloren gehen, wenn Tiere und Pflanzen in freier Natur aussterben. Eine Patentlösung ist dies jedoch nicht.

Foto: AP

Als die australische Regierung handelte, war es bereits zu spät: Das letzte Exemplar des tasmanischen Beutelwolfs starb noch in jenem Jahr, in dem die Politik die Jagd auf das seltene Tier verbot. "Benjamin", vermutlich ein Weibchen, verendete 1936 im Zoo der tasmanischen Stadt Hobart, lange, nachdem seine letzten frei lebenden Artgenossen ausgerottet waren.

Doch ganz verschwunden war der Wolf nicht: Dass Forscher heute trotzdem so viel über den gestreiften "tasmanischen Tiger" wissen, verdanken sie jenen Fellfetzen, Schädelknochen, in Formalin eingelegten Gewebestücken und mikroskopischen Präparaten, die Zoologen oder Jäger von Thylacinus cynocephalus gesammelt hatten.

Obwohl der tasmanische Räuber selbst in Zoos nicht mehr existierte, konnte man "ex situ" an ihm forschen – das heißt außerhalb des natürlichen Lebensraums der Art, und in diesem Fall auch jenseits seiner Existenz. Als das biotechnologische Zeitalter angebrochen war, entnahm man totem Gewebe, etwa Knochen oder Fell, das Erbgut der gestreiften Beuteltiere. Es soll nun sogar dabei helfen, die Art wieder zum Leben zu erwecken – die Tiere also aus der DNA zu klonen. Dass dies je gelingen wird, ist zwar nicht sehr wahrscheinlich. Dennoch hat der tasmanische Beutelwolf Schule gemacht.

Für Pflanzen bereits erprobt



Das an ihm praktizierte Prinzip der Arterhaltung "ex situ" setzt sich durch: Wissenschaftler auf der ganzen Welt sammeln heute systematisch und in großem Stil Proben von noch lebenden Pflanzen und Tieren, um sie für eine ungewisse Zukunft in sogenannten Genbanken zu konservieren. Diese Banken sind Probenlager, die nicht bloß einzelne Gene oder die komplette Erbsubstanz (DNA) der Lebewesen verwahren, sondern vor allem Samen, Zellen und Gewebe. Im Mittelpunkt aber steht die genetische Information der Spezies, ihr Bauplan. Mit ihm sollen die unentdeckten Geheimnisse der bedrohten biologischen Vielfalt erhalten werden.

Vor allem für gefährdete Pflanzenarten haben sich Genbanken schon vor Jahrzehnten etabliert. Zum einen, weil die Monokulturen moderner Landwirtschaften ältere Kulturpflanzen bereits früh zu verdrängen begannen. Viele dieser alten Pflanzensorten aber sind aufgrund ihrer Eigenschaften noch immer wichtig – für Entwicklungsländer, für neue Züchtungen oder auch für die Grundlagenforschung. Zum anderen, weil sich Pflanzensamen ohne allzu großen technischen Aufwand für längere Zeit lagern lassen. Entscheidend sind ein funktionierendes Kühlhaus und eine ausreichend große Ackerfläche. Die Samen selbst können bei wenigen Minusgraden in luftdichten Einmachgläsern oder versiegelten Päckchen meist etwa 20 Jahre oder länger aufbewahrt werden. Danach müssen sie ausgesät werden, um neue, frische Samen für die Bank zu gewinnen.


Lager werden immer größer



Heute existieren bereits 1400 Pflanzen-Genbanken auf der Welt. Nur wenige davon sind ähnlich sicher und umfassend wie die deutsche Genbank am Leibniz-Institut für Pflanzengenetik und Kulturpflanzenforschung in Gatersleben. In den Kühlräumen der Einrichtung lagern rund 150.000 Samenproben von mehr als 3000 verschiedenen Kulturpflanzenarten. Die seit fast 70 Jahren gepflegte Sammlung galt bislang als eine der größten, und sie unterscheidet sich ganz erheblich von den meisten anderen Genbanken. Viele von ihnen sind klein, technisch veraltet oder ihr Bestand ist durch kriegerische Auseinandersetzungen und Naturkatastrophen bedroht – keine guten Voraussetzungen, um die seltenen Saaten dauerhaft zu sichern.

Um diese Probleme zu lösen, hat im Februar 2008 auf der norwegischen Insel Spitzbergen eine neue Pflanzen-Genbank den Betrieb aufgenommen, die schon jetzt als Saatguttresor der Superlative gilt: In der Svalbard Global Seed Vault, einem mehrere Hundert Meter in den gefrorenen Boden getriebenen Schacht, sollen bis zu 4,5 Millionen Samenproben von allen erdenklichen Kulturpflanzenarten der Erde im natürlichen Kälteschlaf des Permafrost verharren. Die Proben werden als Duplikate von kleineren Genbanken angelegt, um das Saatgut zu schützen – beispielsweise vor den Folgen des Klimawandels – und so die Welternährung zu sichern. Die globale Samenbank im ewig gefrorenen Boden könne das deutlich besser als die weltweit verstreuten nationalen Banken, vor allem jene in den Entwicklungsländern, glauben die Betreiber des Seed Vault. Denn auf der entmilitarisierten Insel Spitzbergen seien alle Saaten sicher vor Kriegen, Stromausfällen und Naturkatastrophen. Ist also der Samentresor eine Arche, wie zahlreiche Medien nach der Eröffnung der Genbank titelten?

Forschung zum Erhalt tierischer Gene



Der Vergleich mit dem biblischen Schiff liegt nahe – dennoch würde der Arche eine wichtige Gruppe von Lebewesen fehlen: Die Tiere. Tatsächlich ist die gezielte Konservierung tierischer Arten in Genbanken im Gegensatz zur Aufbewahrung von Saatgut noch recht jung, weil für den angestrebten Erhalt aller biologischen Informationen auch beim Tier vitales, das heißt noch lebendes, Probenmaterial notwendig ist.

Die sehr sensiblen Zellen eines Tiers müssen aber so eingefroren werden, dass sie nicht nur intakt, sondern auch zeitlich unbegrenzt haltbar bleiben. Denn sie lassen sich nach dem Auftauen nicht ohne Weiteres vermehren, um, wie bei den Pflanzensamen, frisches Material für die Genbank zu liefern. Tierische Proben werden deshalb kryokonserviert: Man versetzt sie mit speziellen Frostschutzmitteln und friert sie bei minus 190 Grad in flüssigem Stickstoff ein. Unter diesen Bedingungen kommen alle biochemischen Prozesse zum Erliegen, sodass neben der recht kältestabilen DNA auch sämtliche Zellstrukturen erhalten bleiben. Und zwar vermutlich für mehrere Hundert Jahre.

Ein Arbeiter tauscht Reis in einer Genbank aus. (International Rice Research Institute in Los Banos, Manila).

Die entsprechenden Konservierungs-
methoden wurden allerdings erst in den vergangenen Jahren zur Serienreife gebracht und bleiben technisch deutlich aufwendiger und anspruchsvoller als die Aufbewahrung von pflanzlichem Saatgut. Die erste Genbank für Tiere entstand daher vor nur sieben Jahren am Zoo von San Diego in Kalifornien. Der Frozen Zoo umfasst heute DNA-, Zell- und Gewebeproben von mehr als 800 Arten, unter anderem vom nördlichen Breitmaulnashorn, das in freier Wildbahn vermutlich bereits ausgestorben ist oder vom bedrohten Palila, einer hawaiianischen Finkenart.

Jüngere Genbanken wie die Frozen Ark am Natural History Museum in London haben gerade erst mit dem Sammeln von Proben begonnen. Das erklärte Ziel der Briten lautet aber, innerhalb der nächsten drei Jahrzehnte Zellen und DNA von sämtlichen vom Aussterben bedrohten Spezies in flüssigen Stickstoff zu tauchen – nach dem derzeitigen Stand der internationalen Roten Liste wären das immerhin knapp 8000 Tierarten.

Artenschutzerfolg für wild lebende Tiere fraglich



Ob dieses Ziel überhaupt realistisch ist und welchen Nutzen man tatsächlich aus den Genbanken ziehen kann, hängt von verschiedenen Faktoren ab. Zum einen müssen sich überhaupt Möglichkeiten für die Entnahme frischer Proben eröffnen, sprich: Es muss zunächst ein Tier vorhanden sein, dem man entweder Blut oder Spermien entnehmen kann oder, falls das Tier gerade im Sterben liegt, auch bestimmte Zellproben und Gewebe aus den inneren Organen.

Die Chance für ein solches Zusammentreffen ist gerade im Fall extrem bedrohter, ausschließlich wild lebender Tiere sehr gering, und selbst für relativ verbreitete oder in Zoos und Naturparks lebende Arten nicht unbedingt hoch. Zum anderen lassen sich derzeit noch gar nicht von jedem Tier alle gewünschten Probentypen gewinnen, und das wiederum begrenzt die spätere Nutzbarkeit der Proben. Denn die DNA allein überliefert vor allem Basisinformationen. Sie lässt sich sequenzieren, also ablesen, und mit dem Erbgut anderer Tierarten vergleichen. Ganze lebende Zellen oder vitale Gewebeproben liefern dagegen außerdem Informationen über die Funktionen bestimmter Gene und Eiweiße, wie zum Beispiel über Stoffwechselprozesse oder Signalwege. Für die Grundlagenforschung haben diese Kenntnisse unschätzbaren Wert, und auch für die anwendungsbezogenen Wissenschaften sind sie interessant – bergen viele bedrohte Tiere und Pflanzen doch natürliche Rezepte für neue Werkstoffe oder Medikamente.

"Herkömmlicher" Artenschutz unabdingbar



Tatsächlich retten können DNA und Körperzellen eine Art aber wohl nicht. Zwar hat das berühmte Schaf Dolly gezeigt, dass heutige Klontechniken durchaus in der Lage sind, aus einer Körperzelle ein ganzes Tier zu klonen. Ein ausgestorbener Tiger jedoch ist kein Schaf. Jede Spezies verhält sich beim Klonen anders, für jede Art müssten die spezifischen Bedingungen erst erforscht werden. Und selbst dann wären noch immer jene Zellen nötig, die zu den eher seltenen Exemplaren der Sammlungen gehören: reife Eizellen. Die kostbaren weiblichen Keime lassen sich bislang nur in sehr geringer Zahl gewinnen. Darum erscheint es sinnvoller, sie künstlich mit Spermien zu befruchten und – falls vorhanden – in ein artverwandtes Muttertier zu verpflanzen, als sie für Klonexperimente zu verwenden.

Eine weitere Strategie könnte sich aus der relativ neuen Bestrebung ergeben, sogenannte Stammzellen der Tiere einzufrieren. Solche Zellen bergen zumindest das Potenzial, sich vermehren und in verschiedene Gewebe – vermutlich auch Keimzellen – verwandeln zu lassen, die sich dann für die Reproduktion verwenden ließen. Bislang aber stellen Experten einhellig fest, dass die Option einer Wiederbelebung aus dem Eis zwar erstrebenswert, aber derzeit nicht vorhanden ist – und vor allem nicht das vorherrschende Ziel der Genbanken sein soll. Ebenso darf die Möglichkeit der Aussaat eingefrorener Pflanzensamen nicht zu dem Trugschluss führen, man müsse diese Pflanzen in der Natur nicht mehr schützen. Genbanken dienen dem Erhalt von Informationen. Den Schutz der biologischen Vielfalt ersetzen sie nicht.

Kathrin Zinkant

Zur Person

Kathrin Zinkant

Lebt und arbeitet als Autorin in Hamburg. Schwerpunkte der Diplom-Biochemikerin sind lebenswissenschaftliche Themen, vor allem aus den Bereichen Stammzellen, Therapieforschung, Physiologie und Ökologie.


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