How we can detect pretty much anything - Hélène Morlon and Anna Papadopoulou

Übersetzung: Anna Frick Lektorat: Samridh Aggarwal

For years, scientists have been staking out this remote forest in Montana

Jahrelang haben Wissenschaftler diesen entlegenen Wald in Montana abgesucht

for an animal that’s notoriously tricky to find.

nach einem Tier, das bekanntlich schwer zu finden ist.

Camera traps haven’t offered definitive evidence,

Kamerafallen ergaben keine eindeutigen Beweise

and even experts can't identify its tracks with certainty.

und auch Experten können die Spuren nicht mit Sicherheit identifizieren.

But within the past decades,

Aber während der letzten Dekaden

researchers have developed methods that can detect even the most elusive species.

wurden Methoden entwickelt, die sogar die am schwersten fassbaren Spezies aufspüren.

And so, in 2018, these scientists took a sample from some conspicuous snow tracks.

2018 haben Forscher eine Probe von einigen auffallenden Schneespuren genommen.

Lab tests showed conclusive results:

Laboruntersuchungen lieferten eindeutige Ergebnisse:

the Canada lynx was indeed present in the area.

in der Gegend lebt tatsächlich der kanadische Luchs.

Without seeing the cat, scientists had proof it was there

Ohne die Katze zu sehen, hatten Forscher Beweise, dass sie dort lebt

because of environmental DNA or eDNA.

wegen der Umwelt-DNA oder eDNA.

Using a technique called DNA metabarcoding,

Mit einer Technik, die sich Metabarkodierung nennt,

researchers can take a sample from the environment

können Forscher eine Probe aus der Umwelt entnehmen

and learn which organisms are in it or have recently passed through it.

und herausfinden, welche Organismen dort leben oder sie kürzlich durchquert haben.

The world is covered in DNA.

Die Welt ist von DNA umgeben.

It’s all around us—

Sie ist überall um uns -

on the ground, at the bottom of the ocean, and up in the clouds.

auf dem Boden, am Meeresgrund und über uns in den Wolken.

Multicellular organisms are constantly shedding cells.

Vielzeller verlieren ständig Zellen.

But until recently, eDNA wasn’t very useful to us.

Aber bis vor Kurzem war eDNA für uns nicht von großem Nutzen.

Traditional scientific techniques couldn’t parse environmental samples

Herkömmliche wissenschaftliche Methoden konnten Umweltproben nicht analysieren

containing mixed genetic material from multiple species.

da diese verschiedenes Erbgut mehrerer Spezies enthalten.

But DNA metabarcoding can.

Aber Metabarkodierung macht es möglich.

DNA begins to degrade once it’s exposed to the environment.

Sobald DNA in die Umwelt gelangt, beginnt sie, sich abzubauen.

In the ocean, for example, it may only persist for a few days.

Im Meer bleibt sie zum Beispiel nur einige Tage erhalten.

So in many contexts, eDNA is useful for telling us about the recent past.

In vielerlei Hinsicht ist eDNA hilfreich zum Berichten über die nahe Vergangenheit.

The process of DNA metabarcoding starts with an environmental sample

Der Prozess der DNA-Metabarkodierung beginnt mit einer Probe aus der Umwelt

like a core of soil, a vial of water, some feces, an insect trap,

wie einer Bodenprobe, einem Fläschchen Wasser, Exkrementen, einer Insektenfalle,

or even the blood from leeches’ stomachs.

oder sogar dem Blut aus dem Bauch eines Blutegels.

Researchers then sift out everything aside from DNA by blending the sample up

Die Forscher sieben dann alles außer DNA aus, indem sie die Probe mischen

and using enzymes that break down cellular proteins and release DNA,

und Enzyme verwenden, die Membranproteine aufbrechen und DNA freisetzen,

which they purify.

welche sie reinigen.

The result is a “soup” of all the DNA in the sample.

Das Ergebnis ist ein “Brei” aus all der DNA in der Probe.

Scientists then apply the polymerase chain reaction or PCR,

Forscher wenden dann die Polymerase-Kettenreaktion oder PCR an,

which uses artificial DNA strands called universal primers.

welche künstliche DNA-Stränge verwendet, die universelle Primer genannt werden.

These primers bind to DNA sequences that are similar across species,

Diese Primer binden DNA-Abschnitte, die bei verschiedenen Spezies gleich sind,

then amplify genetic barcodes that are species-specific.

dann erweitern sie DNA-Barcodes, die speziesabhängig sind.

High-throughput sequencing then reads millions of these DNA fragments,

Hochdurchsatz-Segmentierung liest dann Millionen dieser DNA-Fragmente -

simultaneously.

gleichzeitig.

And finally, researchers compare them to reference databases

Schließlich vergleichen Forscher sie mit Referenzdatenbanken

and identify how many and which species are present—

und stellen fest, wie viele und welche Spezies vorhanden sind -

or if they’ve found entirely new ones.

oder ob sie komplett neue gefunden haben.

This method has led to the discovery of tens of thousands of species

Diese Methode hat zur Entdeckung von zehntausenden neuen Arten geführt

over the past decade.

im letzten Jahrzehnt.

While metabarcoding can detect elusive animals like the Canada lynx,

Die Metabarkodierung kann sowohl seltene Tiere wie den kanadischen Luchs aufspüren

it can also help scientists identify invasive species.

als auch dabei helfen, invasive Arten zu identifizieren.

In Yosemite, researchers used eDNA to track and remove invasive bullfrogs.

Im Yosemite-Park wurden durch eDNA Ochsenfrösche aufgespürt und entfernt.

Once no trace of these amphibians remained,

Als es keine Spuren dieser Amphibien mehr gab,

they reintroduced a threatened native species, California red-legged frogs,

wurde der bedrohte einheimische Kalifornische Rotbeinfrosch zurückgebracht

which had disappeared from the area some 50 years prior.

der ungefähr 50 Jahre zuvor aus der Gegend verschwunden war.

Likewise, DNA metabarcoding can be used to monitor biodiversity.

Metabarkodierung kann auch zur Überwachung der Biodiversität dienen.

For example, using traditional approaches,

Mit herkömmlichen Methoden, kann es z.B. Jahrhunderte dauern,

categorizing all of the insects in a hectare of rainforest can take decades.

alle Insekten in einem Hektar Regenwald zu kategorisieren.

But DNA from insect traps could yield these results in just a few months.

Aber durch DNA aus Insektenfallen könnte dies in wenigen Monaten erfolgen.

One study compared insects from adjacent forest and plantation sites

Eine Studie verglich Insekten aus angrenzenden Wäldern und Plantagen

within China’s Yunnan province.

in der chinesischen Provinz Yunnan.

It quickly found that not only were plantations less diverse,

Schnell fand man heraus, dass Plantagen nicht nur eine geringere Diversität hatten

but deforestation affected insect groups unequally.

sondern die Waldrodung verschiedene Insektengruppen ungleich betraf.

Grasshoppers thrived in cleared areas while specialist forest beetles declined.

Grashüpfer verbreiteten sich in gerodeten Gegenden, die Waldkäfer wurden weniger.

Using eDNA, scientists are able to investigate

Mit eDNA können Forscher

complex ecosystem interactions.

komplexe Zusammenspiele im Ökosystem untersuchen.

Tracking thousands of insects as they visit flowers is impossible.

Tausende Insekten im Auge behalten während sie Blumen aufsuchen ist unmöglich.

Instead, researchers can study the DNA left on flowers and insects

Forscher können aber die auf den Blumen und Insekten hinterlassene DNA untersuchen

to map pollination networks.

um Bestäubungsnetzwerke abzubilden.

Before these techniques were available, we didn’t really know how much pollination

Bevor wir über diese Techniken verfügten wussten wir nicht, wie viel Bestäubung

was happening at night because we couldn’t observe it.

in der Nacht stattfindet, da wir es nicht beobachten konnten.

Now scientists understand that moths are important nocturnal pollinators.

Jetzt wissen Forscher, dass Motten wichtige nächtliche Bestäuber sind.

eDNA can even tell stories of long extinct species.

eDNA kann sogar Geschichten über längst ausgestorbene Arten erzählen.

Cold, dry, and low oxygen conditions are perfect for preserving genetic material.

Kalte, trockene und sauerstoffarme Bedin- gungen sind perfekt zur Erbguterhaltung.

By digging deep into the Arctic permafrost,

Als sie tief in den arktischen Permafrost gegraben haben,

researchers found 50,000 year old DNA,

haben Forscher 50.000 Jahre alte DNA gefunden,

which they matched to the nutrient-rich plants

die sie mit den nährstoffreichen Pflanzen verglichen haben,

found in the stomachs of woolly mammoths.

die in den Mägen von Wollhaarmammuts gefunden wurden.

With eDNA, they also found that less nutritious grasses

Durch eDNA haben sie auch herausgefunden, dass weniger nährstoffreiche Gräser

colonized the Arctic steppe during the last ice age,

sich während der letzten Eiszeit in der Arktis ausbreiteten,

potentially contributing to the mammoth decline.

und möglicherweise zum Rückgang der Mammuts beigetragen haben.

As we face another period of climate change—

Da wir uns in einer weiteren Phase des Klimawandels befinden -

this time due to human activities—

diesmal aufgrund des Menschen -

understanding our planet’s rapidly shifting biodiversity

ist es ausschlaggebend, die sich schnell verändernde Biodiversität unseres Planeten

will be crucial to protecting it.

zu verstehen, um sie zu schützen.

Fortunately, eDNA and metabarcoding

eDNA und Metabarkodierung geben uns

give us the tools to document rapid change in real time.

zum Glück die Mittel zur Dokumentation schneller Veränderungen in Echtzeit.