Mit leisem Ächzen schwingen die Holztüren des alten Kastens auf. Auf den Regalböden stehen dicht gedrängt Fläschchen verschiedenster Größen. Es könnte der Arzneischrank eines Quacksalbers sein, vollgepackt mit Wundertinkturen. Tatsächlich enthalten die Gläser Tausendfüßer. In manchen stecken winzige, mit freiem Auge kaum sichtbare Exemplare, in anderen 20 Zentimeter lange Monster, konserviert in Alkohol. Manche dieser Myriapoden sind harmlos, andere hochgiftig. Sie stammen aus aller Welt, von historischen Expeditionen in exotische Gefilde ebenso wie von Funden aus Österreich, wo es etwa 100 Tausendfüßerarten gibt.
Nesrine Akkari nimmt ein Glas mit einem besonders stattlichen Gliederfüßer aus dem Kasten. Manch ein Präparat liege hier seit mehr als 100 Jahren im Regal, ohne je im Detail untersucht worden zu sein, erklärt die Biologin. Sie selbst hat in den vergangenen Jahren eine Reihe neuer, vormals unbekannter Arten identifiziert und wissenschaftlich beschrieben, darunter einen Tausendfüßer, der vor rund 120 Jahren seinen Weg in die Sammlung fand.
Nesrine Akkari
Die Biologin am Naturhistorischen Museum in Wien
studiert und bestimmt Tausendfüßer, die teils seit mehr
als 100 Jahren in alten Kästen lagern. Sie benutzt dazu
auch moderne bildgebende Verfahren.
Akkari gehört zu einem Team von Forschenden am Wiener Naturhistorischen Museum, das sich einer wenig beleuchteten Disziplin widmet: der Taxonomie, der Beschreibung der Arten der Natur. Die Taxonomie hat ein verstaubtes Image, wirkt für Außenstehende wie aus der Zeit gefallen, gilt außerdem als wenig kreativ, weil Taxonomen, gleichsam als Buchhalter der Natur, der gängigen Ansicht zufolge bloß ordnen und katalogisieren, statt Neues zu kreieren.
Diesem Eindruck tritt die Wissenschaftergruppe am Naturhistorischen Museum entschieden entgegen, indem sie zeigt, dass dieser Zweig heute nicht lediglich Insektenbeine abzählt. „Taxonomie schafft fundamentales Wissen und ist die Basis für viele andere Wissenschaften“, sagt Akkari, die an der Faculty of Sciences in Tunis studierte und an der Universität Kopenhagen forschte, bevor sie 2014 nach Wien wechselte.
Schattenreich des Lebens
Es sei im Grunde ganz einfach, sagt Frank Zachos: „Was keinen Namen hat, existiert nicht.“ Und nur ein erstaunlich kleiner Ausschnitt des Lebens auf dem Planeten sei namentlich benannt, erklärt der Zoologe. Knapp zwei Millionen Eukaryoten – Lebewesen mit Zellkern – sind bisher beschrieben, vermutlich neun Millionen Arten bewohnen die Erde, Bakterien und Archaeen mangels Zellkern gar nicht eingerechnet. „Das Gros des Lebens ist unbekannt“, erklärt Zachos, Leiter der Säugetiersammlung am Naturhistorischen Museum. Man spricht auch von „Dark taxa“, von den dunklen Flecken der Natur.
Frank Zachos
Der Zoologe in der Säugetiersammlung des
Naturhistorischen Museums. „Was keinen Namen hat,
existiert nicht“, sagt Zachos.
„Nur ein Bruchteil der Arten auf der Erde ist erfasst“, bekräftigt Zachos’ Kollegin Tanja Schuster. Dies zu ändern, möge nach langweiliger Bürokratie klingen, doch es gehe darum, „die Grundeinheiten der belebten Welt zu verstehen“, sagt die Taxonomin und stellvertretende Leiterin der botanischen Abteilung am Naturhistorischen Museum.
Der Mensch trachte schon sehr lange danach, die ihn umgebende Natur zu ergründen und zu begreifen. In den frühen Tagen ging es wohl schlicht um ein Verständnis, was essbar ist und was Gift. Sind die hübschen knallroten Beeren schmackhafte Nahrung oder ein tödlicher Snack? „Man hat begonnen, Pflanzen zu benennen und ein System einzuführen, an dem sich auch andere Menschen orientieren und darüber kommunizieren konnten“, sagt Schuster. „Pflanzen stellen schließlich eine wichtige Grundlage unserer Ernährung dar.“
Gleiches gilt für die Medizin: Die Identifizierung und Klassifizierung von Heilsubstanzen in Pflanzen oder Tieren dient seit jeher dazu, Wirkstoffe gegen Krankheiten aufzuspüren – und immer noch schlummern in der Natur Abertausende Arzneien, die ihrer Entdeckung harren. Zum Beispiel arbeiten Forschende im Moment daran, die Vielfalt unglaublich komplexer Spinnengifte zu studieren, deren neurotoxische Komponenten effektive Schmerzmittel liefern könnten.
Historische Schätze
Vieles, was über Jahrzehnte und Jahrhunderte in Sammlungen abgelegt wurde, ist bis heute nicht beschrieben. Darunter sind oft neue, bisher unbekannte Arten.
Umgekehrt kann fehlendes taxonomisches Wissen fatale gesundheitliche Folgen haben, etwa bei der Bekämpfung von Malaria: Weil in Südostasien eine falsche Art der Anopheles-Mücke als Überträger ausgewiesen wurde, wurde in der Vergangenheit Ausbrüchen mit unwirksamer Medizin begegnet. Ähnliche Fehler sind aus der Entwicklung von Gegengiften bei Schlangenbissen bekannt: Opfer starben, weil Schlangenspezies verwechselt wurden – und das Gegengift daher biochemisch falsch komponiert war.
Es ließen sich viele Beispiele aufzählen, die verdeutlichen, wie unser Wohlergehen vom Verständnis der uns umgebenden Fauna und Flora abhängt. Diese Fülle zu erfassen, ist ein monströses Unterfangen, das wie in Zeitlupe, über Jahrzehnte und Jahrhunderte, voranschreitet. „Es ist eine langsame Wissenschaft, die einzelne Menschenleben übersteigt“, sagt Schuster, die selbst dabei ist, gigantische Sammlungsschätze zu bearbeiten, die noch allerlei Geheimnisse bergen könnten.
Zeitreise zu ausgestorbenen Arten
Ihre Wirkstätte im Museum ist ein riesiger Raum mit rund 1,5 Millionen Belegen, oft das Vermächtnis passionierter historischer Sammler. Darunter sind Algen, Flechten, Moose und Pilze, vieles davon getrocknet in sogenannten Papierkapseln aufbewahrt, schachtelweise in Kästen verstaut. Wozu sollte jemand wie Schuster ihre Lebenszeit vergeuden, könnten Laien fragen, um Kieselalgen zu katalogisieren, mit digitalen Codes zu versehen und hinsichtlich ihrer Merkmale zu beschreiben – Organismen, von denen viele mit freiem Auge nicht einmal sichtbar sind? „Sie erzeugen immerhin rund ein Fünftel allen Sauerstoffs auf der Erde“, sagt Schuster. „Es geht also schlicht um das Verständnis unserer Lebensgrundlage.“ Außerdem fungieren diese Algen als wichtige Indikatoren für die Güte von Gewässern. Und nicht zuletzt geht es um eine wissenschaftliche Zeitreise: In den Sammlungen finden sich immer wieder Belege von Lebewesen, die längst ausgestorben sind. Deren Erfassung dient auch der Rekonstruktion der Geschichte des Lebens auf der Erde.
Das bis heute gebräuchliche System geht auf den schwedischen Naturforscher Carl von Linné zurück, der ab 1735 in seinem „Systema Naturae“ eine Nomenklatur zur Ordnung des Lebens ersann und die Natur nach mehreren Kategorien gliederte. Wenn wir vom Menschen als Homo sapiens sprechen, stützen wir uns auf das Regelwerk von Linné: Homo bezeichnet die große Gattung der Menschen, sapiens die einzige noch lebende Spezies oder Art. Carl von Linné gilt als Begründer der wissenschaftlichen Taxonomie, und ihm zu Ehren wird an seinem Geburtstag, dem 23. Mai, der „Taxonomy Recognition Day“ begangen, am Maria-Theresien-Platz vor dem Museum in Form des Tags der Biodiversität – um auf die Bedeutung der Disziplin hinzuweisen und Nachwuchsforschende zu motivieren, sich für das Fach zu interessieren. Denn mittlerweile herrscht weltweit ein erheblicher Mangel an Taxonomen, just in Bereichen mit besonders hoher Artenvielfalt. Das Fachmagazin „Nature“ warnte bereits davor, dass Taxonomen inzwischen selbst eine bedrohte Spezies darstellen.
Eine Schublade voller Fledermäuse
Die Frage, um welche Art es sich handelt, kann extrem wichtig sein: zum Beispiel im Zusammenhang mit Krankheitserregern oder auch bei der Suche nach medizinischen Wirkstoffen.
Ein Anreiz könnte sein, dass sich der Werkzeugkasten dieser Disziplin seit Linnés Tagen beträchtlich erweitert hat. Benutzten die Taxonomen früher ausschließlich Bleistift, Pinsel, Papier und Sprache, um Arten zu beschreiben und ihre unverwechselbaren Merkmale zu charakterisieren, haben sie heute zudem die Technologien des 21. Jahrhunderts zur Hand: bildgebende Verfahren, künstliche Intelligenz und die Genetik.
Mit zwei Fingern hält Martin Kapun ein kleines Plastikobjekt empor. Es sieht aus wie ein üblicher Memory-Stick. Tatsächlich ist es Teil eines miniaturisierten DNA-Sequenzierungsgeräts, das man an den Laptop stecken kann. Was man einspeist, ist aus biologischem Material isoliertes Erbgut. Sobald der Stick mit dem Computer verbunden ist, beginnt die Analyse der Probe. 72 Stunden später liegen Millionen DNA-Sequenzen vor. Diese können nun, aufgeschlüsselt nach den vier genetischen Nukleobasen Adenin, Cytosin, Guanin und Thymin, in unterschiedlichen Farben am Bildschirm dargestellt und weiter analysiert werden.
Martin Kapun
Der Bioinformatiker verwendet Methoden der Gentechnik und DNA-Sequenzierung, um Arten zu untersuchen und zu bestimmen. Die Forschenden am Museum kombinieren verschiedene Technologien und führen die Daten zusammen.
Next Generation Sequencing heißt diese Methode. In einem Durchlauf kann der Stick bis zu zehn Milliarden Nukleobasen entschlüsseln. Die Bibel umfasse lediglich drei Millionen Zeichen, vergleicht Kapun. Gemeinsam mit Kollegen am Museum nimmt der Bioinformatiker Artbestimmungen mit dieser Methode vor. Man kann zum Beispiel das Bein einer Schwebfliege als Ausgangsmaterial heranziehen. Nach spezieller Aufbereitung und Vervielfältigung des Erbguts mittels PCR – jener Technik, die auch für die Covid-Tests eingesetzt wurde – appliziert das Team der Zentralen Forschungslaboratorien am Museum die Probe auf dem Stick und kann in Echtzeit die genetische Dechiffrierung beobachten. Anschließend helfen Algorithmen bei der Erstellung eines phylogenetischen Baums: bei der Einordnung in eine Abstammungslinie, die Distanz oder Nähe der Verwandtschaft zu anderen Arten grafisch darstellt. Manchmal schließt man derart Lücken in den verzweigten Linien der Spezies, manchmal gelingt es sogar, eine neue Art zu entdecken.
Genetische Sequenzung
Nach der DNA-Sequenzierung werden die genetischen Sequenzen am Bildschirm angezeigt, aufgeschlüsselt und farblich gekennzeichnet nach den unterschiedlichen Nukleobasen, den genetischen Buchstaben A, C, G und T.
Die Technik erlaubt beispielsweise, bloß mit einem Laptop bestückt ins Feld zu gehen und anhand genetischer Proben die geografische Verbreitung von Krankheitserregern zu rekonstruieren. Im Naturhistorischen Museum geht es vor allem um die Kooperation verschiedener Abteilungen, die für taxonomische Studien auch die Genetik nutzen wollen. „Es gibt viele Sammlungen im Haus, die noch nicht aufgearbeitet sind“, berichtet Kapun. Zum Beispiel gelang es, aus der Leber eines Rochens, der seit rund 200 Jahren im Museum aufbewahrt wird, Erbgut zu gewinnen, es einer DNA-Analyse zu unterziehen und mit heute lebenden Arten zu vergleichen.
Eine Datenbank der Natur
Die erhobenen Daten bleiben nicht exklusives Wissen des Naturhistorischen Museums. Das Forschungsteam füttert damit auch internationale Datenbanken, damit Forschende in aller Welt online darauf zugreifen und als Basis für ihre Arbeit nutzen können. „Barcode of Life“ heißt diese Initiative, für die sich internationale Museen und Institute zusammengeschlossen haben, darunter ein gutes Dutzend aus Österreich unter dem Titel „Austrian Barcode of Life“, um ihr Wissen zu teilen und einen frei für alle verfügbaren Datensatz des Lebens auf Erden aufzubauen.
So tragen Forschende dazu bei, die dunklen Bereiche der Natur allmählich zu erhellen und eine Vorstellung vom Reichtum der irdischen Biodiversität zu bekommen. Das Grundlagenwissen sei auch „extrem relevant für den Naturschutz“, sagt der Zoologe Frank Zachos. Schließlich kann nur unter Schutz gestellt werden, was bekannt und im Fundus der Arten verzeichnet ist. Und nur wenn man weiß, ob ein Tier einer häufigen, weitverbreiteten Population angehört oder einer der letzten Vertreter einer seltenen, regional beschränkten Art ist, kann über Schutzmaßnahmen entschieden werden. Von der Frage, ob ein bestimmter Vogel eine eigene Unterart repräsentiert oder nicht, so Zachos, könne abhängen, ob Immobilienfirmen einen Küstenstreifen bebauen dürfen oder nicht – taxonomische Expertise kann somit handfeste ökonomische Folgen haben.
Doch was ist überhaupt eine Art? Diese Frage ist auch nach Jahrhunderten keineswegs eindeutig geklärt. So gibt es nach gängiger Annahme rund 10.000 Vogelarten, so Zachos. Manche Forschende meinen aber, es seien 20.000. Das sei vergleichbar mit zwei Geologen, die mit exakt denselben Methoden denselben Berg vermessen – einer aber sehe einen Berg mit zwei Gipfeln, der andere zwei Berge. Auch die klassischen Vorstellungen von Artgrenzen seien längst aufgeweicht, etwa ob sich zwei Tiere miteinander paaren und Nachwuchs zeugen können. Mensch und Neandertaler beispielsweise sind verschiedene Spezies, doch wir wissen heute, dass moderne Menschen einige Prozent Neandertaler-Erbgut in sich tragen. „Scharfe Trennungen sind problematisch, die Natur variiert kontinuierlich und graduell. Sie ist voller Grauzonen“, sagt Zachos, der dazu ein Buch mit dem schönen Titel „Die Natur kennt feine Grade“ geschrieben hat. „Für mich ist das der beste Beleg für die Gültigkeit der Evolutionstheorie.“ Was Museen traditionell tun, sei demnach eigentlich widersinnig: die Natur in Schubladen zu packen.
Tausendfüßer aus der Sammlung
Mit einem solchen Präparat beginnt die Arbeit von Nesrine Akkari. In der Folge vermisst sie das Objekten mit verschiedenen Methoden der modernen Wissenschaft.
Nesrine Akkari indes holt Präparate aus Schubläden und Kästen und studiert sie mit moderner Wissenschaft. Für ihre Methoden wurde der Begriff „Cyber-Taxonomie“ geprägt. Die Arbeit beginnt mit einem der Gläser, die vor manchmal gut 100 Jahren konservierte Tausendfüßer enthalten; am Ende sieht man sich einem digitalen 3D-Modell gegenüber, das am Computer in alle Richtungen drehbar ist und dessen Körpermerkmale in hoher Auflösung betrachtet werden können, wodurch winzigste Details sichtbar werden, die oft für die Artbestimmung entscheidend sind. Dazwischen liegen mehrere Schritte der Vermessung.
Fossilien im Röntgen
Eine Station befindet sich im Erdgeschoß des Naturhistorischen Museums. In einem kleinen Raum steht ein Mikro-CT, eine Maschine, die an einen Computertomografen in der Medizin erinnert. Das Prinzip ist dasselbe: Forschende können Tierpräparate oder menschliche Knochen darin platzieren und CT- oder Röntgenbilder anfertigen, die Objekte schichtweise darstellen und die Aufnahmen auf einen Monitor übertragen, wo eine präzise digitale Untersuchung möglich ist. „Ein Vorteil ist auch, dass die Methode zerstörungsfrei ist“, sagt Viola Winkler, die das Mikro-CT technisch betreut. „Und sie erlaubt den Datenaustausch mit anderen Forschern, ohne dass Originalobjekte verschickt werden müssen.“
Aufnahmen aus dem Mikro-CT
Mit dem Computertomografen können CT- oder Röntgenbilder von Objekten angefertigt und auf dem Computer dargestellt werden. Die Methode erlaubt präzise Untersuchungen und Vermessungen, ohne die wertvollen Objekte zu beschädigen.
Akkari nutzt CT- und Röntgenbilder, außerdem Elektronenmikroskopie, Mikrofotografie, Grafik- und Bildbearbeitungssoftware. In ihrem Büro überträgt sie all die Daten auf ihren Computer und kombiniert sie zu digitalen Modellen. Per Maus bewegt Akkari die Objekte, macht dabei Beine und Augen, Mund, Innereien und Geschlechtsteile deutlich und von verschiedenen Seiten sichtbar – letztere sind zentral bei der Artbestimmung. Ihre Methoden hat Akkari zusammen mit der Beschreibung neuer Arten in renommierten Fachjournalen veröffentlicht. Einer dieser Artikel trägt den programmatischen Titel: „Eine neue Dimension bei der Dokumentation neuer Spezies.“
Digitales Modell
Am Ende der Untersuchung mit bildgebenden Verfahren steht ein digitales Modell, das am Bildschirm darstellbar und in verschiedene Richtungen drehbar ist, sodass man es von allen Seiten betrachten und studieren kann.
Vor Akkaris Büro steht eine Art Servierwagen, vollgeschlichtet mit Flaschen, Gläsern, Dosen. Alles Präparate, sagt sie, die Sammler, leidenschaftliche Hobbybiologen und Fachkollegen ihr geschickt haben und die ihrer Aufarbeitung, Untersuchung und Bestimmung harren. Wer weiß, vielleicht sind noch unentdeckte Arten darunter. Nach und nach werde sie sich die Objekte vornehmen, sagt Akkari. Doch es werde Zeit kosten. Die Vermessung des Lebens auf der Erde ist noch lange nicht abgeschlossen.
