Tiefgekühlte Vielfalt

News: Tiefgekühlte Vielfalt

Verderbliche Ware hält sich am längsten, wenn man sie im Kühlschrank aufbewahrt. Zum Glück für die Wissenschaft hat auch die Natur einige Gefriertruhen eingerichtet und Proben der vergangenen Lebewelt darin konserviert. Waren die Forscher früher auf morphologische Vergleiche der meist mikroskopisch kleinen Organismen angewiesen, so eröffnet die moderne Molekularbiologie ihnen neue Wege, Bakterien, Pilze, Pflanzen und Tiere aufzuspüren, von denen nur die Erbsubstanz im Eis überdauert hat. Und siehe da: Eine ungekannte Artenvielfalt hat in den grönländischen Eisbohrkernen ihre Spuren hinterlassen.

Wenn ein Objekt der wissenschaftlichen Neugierde zu klein ist, greifen Forscher seit Generationen zum Mikroskop und machen es – virtuell – größer. Eine ähnliche Möglichkeit haben Molekularbiologen sich mit Erfindung der Polymerase-Kettenreaktion (polymerase chain reaction, PCR) geschaffen: Ist von einem Stück Erbsubstanz zu wenig da, wird es mit speziellen Enzymen vervielfältigt wie Flugblätter mit einem Fotokopierer. Schließlich liegen genug DNA-Kopien vor, um die Reihenfolge ihrer Bausteine biochemisch zu analysieren und mit bereits bekannten DNA-Sequenzen zu vergleichen. Auf diese Weise stellen Wissenschaftler fest, von welchem Organismus die DNA stammt und welches Protein nach ihrer Anweisung hergestellt werden kann.

Peter Arctander von der University of Copenhagen wandte die PCR-Technik auf eine bislang noch ungewöhnliche Probe an: DNA-Fragmente, die aus grönländischen Eisbohrkernen stammten. Seit 2000 bis 4000 Jahren war das Erbmaterial eingefroren und hatte Informationen über Flora und Fauna jener Zeit bewahrt. Arctander vervielfältigte und sequenzierte die DNA, um sie anschließend mit Basenfolgen in einer großen Gendatenbank zu vergleichen. Zu seinem Erstaunen zeugten die Bruchstücke von einer immensen Diversität: Mindestens 57 verschiedene Arten hatten ihre genetischen Visitenkarten hinterlassen, darunter mehrere Sorten von Pilzen, Algen, Einzellern und einer Gruppe Nadelbäume (Proceedings of the National Academy of Sciences vom 6. Juli 1999, Abstract).

Andere Wissenschaftler wie die Spezialistin für Pilz-DNA Andrea Gargas von der University of Wisconsin sind ebenfalls überrascht: "Niemand hat erwartet, daß dort so viele unterschiedliche Pilze vorkommen... In Proben aus Gletschern haben wir nur zwei verschiedene Pilzgruppen gefunden." Wegen der kargen Verhältnisse in diesen Lebensräumen widerspricht die Artenfülle unserer intuitiven Vorstellung, meint sie.

Aber es wird noch toller kommen, kündigt Arctander an. Seine bisherigen Untersuchungen konzentrierten sich auf Zellen mit Zellkern. Die Anzahl der Bakterien in den Eisbohrkernen sollte um ein Vielfaches größer sein.

Mit der PCR-Methode lassen sich endlich eine Reihe Fragen beantworten, die alleine mit Hilfe von Mikroskopen nicht zu ergründen sind. Welche Pflanzen wuchsen vor 6000 Jahren auf Grönland, als die ersten Menschen aus Kanada dort eintrafen? Wie wirkten sich Klimawechsel auf die Besiedlung der Region durch Pflanzen und Tiere aus? Und traten in Sibirien, Kanada und der Antarktis ähnliche Lebensgemeinschaften auf?

Um Fragen waren Wissenschaftler noch nie verlegen. Jetzt haben sie ein neues Verfahren, einige passende Antworten in den Kühlschränken der Evolutionsgeschichte zu finden.

Siehe auch

Spektrum der Wissenschaft 1/93, Seite 19
"Kernbohrung durch den grönländischen Eisschild"
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