Wie das Schleppen eines Tanks mit flüssigem Stickstoff in den Amazonas dazu beitrug, die genetische Revolution der Ornithologie auszulösen

NATIONALES MUSEUM FÜR NATURGESCHICHTE

Vor fast 40 Jahren sammelte der Smithsonian-Zoologe Gary Graves im Dschungel Gewebeproben, die den Kern der DNA-Sammlung des Museums bildeten

Jack Tamisiea

Im Jahr 1986 stiegen der Ornithologe Gary Graves und ein Team von Smithsonian-Biologen auf der Suche nach Vögeln in einen abgelegenen Abschnitt des brasilianischen Amazonasbeckens hinab. In den nächsten sieben Wochen erkrankte Graves an Malaria, badete in Nebenflüssen, in denen es von Piranhas wimmelte, und ertrug viele der anderen Strapazen, die Entdecker in der Region seit Jahrhunderten geplagt hatten.

Aber die Vögel haben alles gelohnt. Der Amazonas-Regenwald ist die Heimat von mehr als 1.500 Vogelarten, darunter bunte Aras, Breitschnabeltukane, strahlende Trogone und kräftige Harpyien. Graves sammelte Herz-, Leber- und Muskelproben der verschiedenen Vögel, denen er während der Expedition begegnete. Um die Gewebeproben in der schwülen Wildnis kühl zu halten, lagerte er sie in einem Tank mit flüssigem Stickstoff, den er in den Amazonas geschleppt hatte.

Graves, jetzt Kurator für Vögel am National Museum of Natural History, hatte eine Goldgrube an genetischen Daten aus dem Dschungel geborgen. Er hatte geplant, Gewebeextrakte mithilfe der Proteinelektrophorese zu analysieren, einer damals hochmodernen Technik zur Trennung von Proteinen nach ihrer Größe mithilfe einer elektrischen Ladung. Im Jahr 1986 waren detaillierte Labortechniken zur DNA-Sequenzierung noch nicht erfunden.

Der Mangel an erschwinglichen und genauen Techniken zur Genomsequenzierung ließ den wahren Wert dieser Proben jahrzehntelang verschleiern. Doch als sich die Prozesse der DNA-Sequenzierung verbesserten, waren Graves und seine Kollegen endlich in der Lage, das wissenschaftliche Potenzial der auf dieser schicksalhaften Expedition gesammelten Proben zu erkennen: „Sie hätten nie gedacht, dass diese kleinen Röhrchen aus gefrorenem Gewebe, die ich fast ein ganzes Leben lang mitgebracht habe „Vorher würde irgendwann für so etwas nützlich sein“, sagte Graves.

Heutzutage gibt es möglicherweise kein größeres DNA-Lagerhaus auf der Erde als das National Museum of Natural History

In den Jahren seit dem Start des B10K-Projekts im Jahr 2015 haben Graves und seine Kollegen eine Vielzahl von Artikeln veröffentlicht, die die Genome von rund 363 Vogelarten beschreiben, Tendenz steigend. Jeder dieser genetischen Datensätze steht Forschern auf der ganzen Welt öffentlich zur Verfügung, um sie in ihren eigenen Studien zu verwenden. Beim Aufbau dieses umfangreichen genetischen Archivs konnten die B10K-Forscher umfassende Fragen dazu stellen, wie Vögel auf vergangene Umweltveränderungen reagiert haben, was möglicherweise Hinweise darauf gibt, wie es der gefiederten Fauna in der Zukunft ergehen wird.

In den letzten Monaten veröffentlichten Graves und seine Kollegen zwei Artikel in den Proceedings of the National Academy of Sciences und Nature Ecology and Evolution, in denen sie mithilfe der Genetik ableiten, wie 263 verschiedene Vogelarten in den letzten Millionen Jahren auf den Klimawandel reagiert haben. Das Team maß spezifische Merkmale wie Körpergröße, Eierzahl und Schnabellänge für die verschiedenen Vogelarten. Anschließend verwendeten sie die genetischen Daten, um zu modellieren, wie sich die Populationen jedes Vogels in den letzten Millionen Jahren verändert hatten.

Laut Graves konnten sie dadurch beobachten, welche Eigenschaften unter bestimmten Klimabedingungen vorteilhaft waren. „Es ist eine Möglichkeit, Erkenntnisse darüber zu gewinnen, was wir erwarten könnten, wenn sich die Erde auf ein in der fernen Vergangenheit beobachtetes Niveau erwärmt oder abkühlt, und wie sich dies auf diese Vogelgemeinschaften auswirken könnte“, sagte Graves. „Wenn wir wissen, was in der Vergangenheit passiert ist, können wir vielleicht vorhersagen, was uns in der Zukunft erwartet.“ Sie fanden beispielsweise heraus, dass Vögel mit großen Körpern vor etwa 130.000 Jahren eine intensive Erwärmungsperiode ausschwitzen mussten, von der vor allem kleinere Vögel profitierten.

Für Graves sind die Fragen, die mithilfe dieser genetischen Datensätze beantwortet werden könnten, endlos. Da sich die Genome von mehr als 2.000 weiteren Arten derzeit in der Sequenzierungspipeline befinden, plant sein Team, noch mehr Arten in diese Modelle einzubeziehen, um einen Rahmen für die Zukunft aller Arten zu schaffen, von Trappen bis hin zu Zebrafinken auf der ganzen Welt.

„Was mir an dieser Forschung gefällt, ist, dass sie das Endergebnis wissenschaftlicher Prozesse ist, die vor mehr als 35 Jahren begonnen haben.“ – Gary Graves, Forschungszoologe und Kurator für Vögel

Es gibt möglicherweise keinen größeren DNA-Speicher auf der Erde als das National Museum of Natural History, dessen mehr als 146 Millionen Exemplare – darunter eingelegte Krokodile, Beutelfelle und mehr als 640.000 Vogelexemplare – voller wichtiger Datenpunkte sind, die nur darauf warten, untersucht zu werden. „Das ist eine sehr coole Art und Weise, wie die Sammlungen des Smithsonian zur nächsten Generation modernster Wissenschaft beitragen“, sagte er.

„Ohne die genetischen Ressourcen, die in diesem Museum aufbewahrt werden, wäre ein Großteil dieser Arbeit nicht möglich“, sagte Graves. „Es gibt keine Problemumgehungen für dieses Zeug, entweder man hat es oder man hat es nicht.“

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Jack Tamisiea | | MEHR LESEN

Jack Tamisiea ist Spezialist für Wissenschaftskommunikation am Smithsonian National Museum of Natural History. Er berichtet nicht nur über alles rund um die Naturgeschichte für den Blog des Museums, Smithsonian Voices, sondern verfolgt auch die Berichterstattung in den Medien und koordiniert die Dreharbeiten für das Büro für Kommunikation und öffentliche Angelegenheiten des Museums. Jack hat kürzlich seinen Master in wissenschaftlichem Schreiben an der Johns Hopkins University abgeschlossen und seine Texte sind in der New York Times, Scientific American, National Geographic und anderen wissenschaftsorientierten Publikationen erschienen. In seiner Freizeit erkundet er gerne die Natur mit Skizzenbuch und Kamera. Weitere Informationen zu Jacks Arbeiten finden Sie unter https://jacktamisiea.com.

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