In den vergangenen Jahren gab es weit verbreitete Annahmen unter Wissenschaftlern, dass das feuchte und warme Klima der tropischen und subtropischen Regionen die Erhaltung von genetischem Material unmöglich macht. Diese Überzeugung wurde jedoch durch eine aktuelle Studie in Frage gestellt, die zeigt, dass alte Umwelt-DNA (aeDNA) in tropischen Sedimenten über erstaunliche Zeiträume, sogar bis zu einer Million Jahren, überdauern kann. Die Ergebnisse dieser umfassenden Untersuchung eröffnen neue Perspektiven auf Biodiversitätsverlust, Klimaresilienz und die menschliche Geschichte. Zudem wird betont, wie wichtig enge Kooperationen und der Aufbau von Forschungsinfrastrukturen in tropischen Ländern sind.
Die tropischen und subtropischen Regionen gehören zu den artenreichsten Ökosystemen der Erde. Hier sind 80 Prozent der globalen Hotspots der Biodiversität sowie über die Hälfte aller bedrohten Arten zu finden. „Unsere eigene Geschichte ist eng mit den Tropen verbunden, da der moderne Mensch, Homo sapiens, vor etwa 300.000 Jahren in tropischem Afrika entstand und von dort aus die Welt besiedelte“, erklärt Prof. Dr. Miklós Bálint, der die Studie geleitet hat. Trotz dieser engen Verbindung war die Forschung zu alten DNA-Spuren in diesen Regionen lange Zeit limitiert, da man davon ausging, dass die klimatischen Bedingungen die DNA zu schnell abbauen würden.
Alte Umwelt-DNA bezieht sich auf DNA-Fragmente, die über lange Zeiträume in der Umwelt erhalten bleiben und von verschiedenen Organismen wie Pflanzen, Tieren und Mikroben stammen. Diese DNA wird nicht direkt aus einem Organismus, sondern aus Proben von Boden, Sedimenten, Wasser oder Eis extrahiert. Der vorherrschende wissenschaftliche Konsens war, dass die Bedingungen in tropischen Gebieten eine Analyse dieser DNA unmöglich machen. Daher konzentrierte sich die Forschung überwiegend auf kalte und trockene Regionen wie Europa, Nordamerika und die Arktis.
Die neue Forschung zeigt jedoch, dass alte Umwelt-DNA in tropischen Gebieten doch über längere Zeiträume erhalten bleibt, wenn man die richtigen Standorte auswählt, wie beispielsweise Seesedimente oder sauerstoffarme Sümpfe. „Die biologischen Geschichten der wichtigsten Ökosysteme wurden aufgrund einer fehlerhaften Annahme übersehen“, sagt Bálint. Die Studie liefert beeindruckende Beispiele dafür, was diese genetischen „Zeitmaschinen“ aufdecken können. So fanden Forscher im indonesischen Lake Towuti DNA von Pflanzen, die bis zu einer Million Jahre alt ist.
Die Anwendung von aeDNA hat auch historische Erkenntnisse gebracht. In Mexiko konnte anhand von menschlichen Knochen nachgewiesen werden, dass Syphilis im 17. und 19. Jahrhundert verbreitet war. Darüber hinaus haben Forscher Salmonella enterica identifiziert, die für die „Cocolitzli“-Epidemie im Mexiko des 16. Jahrhunderts verantwortlich war. Zukünftige Analysen könnten sogar klären, ob Epidemien für den dramatischen Rückgang menschlicher Populationen in Zentralafrika zwischen 400 und 600 n. Chr. verantwortlich waren.
Die Verwendung von aeDNA ermöglicht nicht nur eine genauere Rekonstruktion der menschlichen Geschichte, sondern auch Einblicke in die Reaktion tropischer Arten auf Klimaveränderungen in der Vergangenheit. „Ein Mensch hinterlässt während seines Lebens Millionen von DNA-Spuren in der Umwelt, während nur eine begrenzte Anzahl von Knochen erhalten bleibt“, fügt Bálint hinzu. Nakintu ergänzt, dass diese Methode es ermöglicht, komplette Gemeinschaften von Pflanzen und Tieren aus einer kleinen Menge Sediment zu rekonstruieren, ohne dass seltene Fossilien benötigt werden.
Trotz der hohen biologischen Vielfalt in den Tropen sind die meisten Labore für alte Umwelt-DNA in Europa, Nordamerika und Asien angesiedelt. Die Autoren der Studie argumentieren, dass die Schaffung von Forschungszentren in tropischen Ländern eine hervorragende Möglichkeit ist, die Qualität der wissenschaftlichen Arbeit zu verbessern und schnellere sowie tiefere Analysen zu ermöglichen. „Es ist entscheidend, dass wir nicht nur Proben, sondern auch Wissen exportieren“, betont Nakintu und beschreibt den Ansatz als eine Chance für eine gegenseitig vorteilhafte Partnerschaft in der Forschung.
Die Studie ist Teil der Initiative „Senckenberg with Africa“, die die gleichberechtigte Zusammenarbeit zwischen deutschen und afrikanischen Wissenschaftlern fördert. Dies zeigt, dass der Aufbau von Kooperationen und die Schaffung von Kapazitäten in tropischen Ländern nicht nur für die Forschung, sondern auch für das Verständnis und den Erhalt dieser wichtigen Ökosysteme von großer Bedeutung sind.
