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30.11.2009

Miguel Vences sammelt Frösche. Rund 400 verschiedenartige Exemplare hat der Biologe in den vergangenen Jahren auf Madagaskar eingefangen; vor kurzem entdeckten er und sein Team gleich 130 bis dahin unbekannte Arten.

An die 20.000 Proben lagern nun in den Tiefkühltruhen in Vences' Labor an der Technischen Universität Braunschweig: Blut, Haut und Muskelgewebe. "Mir fehlen nur noch drei bekannte Arten auf der Insel", erklärt Vences, "und die leben ganz oben auf dem höchsten Berg." Deswegen muss er nächstes Jahr noch einmal los.

Auf Madagaskar gibt es viele Frösche: Rund fünf Prozent aller weltweit bekannten Arten leben dort, mitunter drängeln sich bis zu 100 unterschiedliche an einem einzigen Flusslauf. Neben seiner Sammlung von Madagaskar-Fröschen hat Herpetologe Vences auch noch Froschkonserven aus verschiedenen Regionen Afrikas im Kühlfach.

Das macht den Forscher zum begehrten Teilnehmer an einem internationalen Großprojekt: Ein Trupp von Zoologen, Evolutionsforschern, Bioinformatikern und Museumsmitarbeitern aus aller Welt will die Genome von nicht weniger als 10 000 Wirbeltierarten (Vertebraten) entschlüsseln, darunter Hunderte Amphibien. Einige der Froschproben wird Vences beisteuern. Er ist der einzige deutsche Forscher, der an dem Projekt teilnimmt.

"Genome 10K" nennen die Initiatoren um David Haussler, Bioinformatiker an der University of California in Santa Cruz, ihr ehrgeiziges Vorhaben. Im April haben sie begonnen, in Forschungslabors, Zoologischen Gärten und naturkundlichen Sammlungen weltweit Proben zusammenzusuchen - mehr als 16.000 mögliche Kandidaten haben sie seither aufgelistet: Gewebestückchen von Vögeln, Fischen, Säugern, Amphibien und Reptilien, manche bereits ausgestorben, andere kurz davor.

"Wir haben die Möglichkeit, Evolution in Aktion zu beobachten"

Die Tierproben sollen demnächst alle einen Qualitäts-Check durchlaufen und sich dann, sorgfältig verpackt und mit vollständigen Einfuhrpapieren versehen, auf den Weg in die USA machen, zu Projektchef Haussler nach Santa Cruz.

Noch ist nicht sicher, welche Arten am Ende tatsächlich im Probenpool landen. "Auf jeden Fall möchte ich Tiere dabeihaben, die wirklich außergewöhnlich sind", erklärt Haussler, "zum Beispiel die Brückenechsen." Die uralte Reptiliengattung lebt in Neuseeland und gilt als lebendes Fossil.

Die Forscher erhoffen sich nichts Geringeres als einen ganz neuen Blick auf die Entstehung der Arten, eine Art Darwin 2.0: Welche genetischen Mechanismen ließen aus einem gemeinsamen Vorfahren aller Wirbeltiere, der vor etwa 500 bis 600 Millionen Jahren lebte, die heutige Artenvielfalt entstehen? Welche Anpassungen bewirkten, dass heutige Wirbeltiere Tiefsee und Polargebiete ebenso bevölkern wie Hochgebirge und Regenwald? Wie entwickelten sich hochspezialisierte Strukturen wie beispielsweise Zähne, Knorpel und Knochen?

"Mit diesem Projekt haben wir die Möglichkeit, Evolution in Aktion zu beobachten", schwärmt Haussler. "Die DNA heutiger Tierarten ist der Schlüssel zum Verständnis großer Veränderungen in der Vergangenheit - etwa der Entwicklung des vierkammerigen Herzens oder der faszinierenden Architektur von Flügeln, Flossen oder Armen."

Welche DNA-Abschnitte sind bei allen Tieren gleich, welche haben sich im Lauf der Artentwicklung verändert, verdoppelt, verkürzt? Welche Regionen sind für wichtige Proteine verantwortlich, welche nichts als Erbgut-Müll? "Die Evolution der Wirbeltiere zu verstehen ist eine der größten Detektivgeschichten in der Wissenschaft", sagt Haussler.

Immer schnellere Sequenziertechniken machen es möglich

Anhand von Fortpflanzungs- und Anpassungsstrategien, die verschiedene Tierarten im Laufe der Evolution unabhängig voneinander, aber mit ähnlichem Ergebnis entwickelt haben, wollen die Genome-10K-Wissenschaftler die Hypothese testen, ob ähnliche Eigenschaften sich stets auf ähnlichen DNA-Abschnitten wiederfinden. Im Genom ausgestorbener Arten wollen sie nach Merkmalen fahnden, die sie womöglich im Überlebenskampf scheitern ließen. "Wir werden eine genomische Arche für bedrohte Arten schaffen", tönt Initiator Haussler.

Angesichts der Datenflut, die der gewaltige Genom-Zoo liefern würde, erscheinen die anderen großen Entschlüsselungsprojekte fast schon kläglich: Neben dem menschlichen Erbgut im Human-Genom-Projekt wurden inzwischen auch die Erbinformationen von rund 30 Säugern und 24 weiteren Wirbeltieren analysiert. Für die erste Rohfassung des Human-Genoms brauchten die Forscher zehn Jahre. Kosten: rund 300 Millionen US-Dollar.

Genome 10K soll ungleich schneller sein - und billiger. Nach rund fünf Jahren könnten die Sequenzanalysen abgeschlossen sein, rund 50 Millionen Dollar sollen sie kosten.

Möglich ist dies nur dank der rasanten Fortschritte bei der Sequenziertechnik. Modernste Erbgut-Lesegeräte arbeiten schon heute 100-mal schneller als früher übliche Verfahren, zugleich sinken die Kosten rapide. Noch sprengen sie den Rahmen des Projekts - so schlug etwa die Sequenzierung des Kabeljau-Genoms in diesem Jahr noch mit 500.000 Dollar zu Buche. Doch die Forscher hoffen, dass die Kosten in naher Zukunft weiter schrumpfen. Schon 2003 hat Sequenzier-Papst Craig Venter einen Preis für denjenigen ausgelobt, der es schafft, ein komplettes Menschen-Genom für nur 1000 US-Dollar auszulesen.

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• weiter

• 1. Teil: Die Arche Haussler
• 2. Teil: "Man muss immer genau wissen, wonach man sucht"