Neue Arten werden jeden Tag entdeckt. In den Regenwäldern der Erde oder in der weitgehend unerforschten Tiefsee müssen Biologen oft nur eine Insektenfalle aufstellen oder ein Netz auswerfen, wenn sie wieder einmal ein paar noch unbekannte Mitbewohner auf diesem Planeten kennenlernen wollen. Aber in Berlin?

Eine Stadt, in der Wissenschaftler und Hobbyforscher seit Jahrhunderten die Tier- und Pflanzenwelt unter die Lupe nehmen, scheint für die Suche nach unbekannten Lebensformen nicht gerade das vielversprechendste Revier zu sein. Doch auch hier kann man fündig werden. Durch Zufall sind Wissenschaftler vom Botanischen Garten und Botanischen Museum der Freien Universität Berlin kürzlich gleich auf vier neue Arten von Kieselalgen gestoßen.

Regine Jahn, Jonas Zimmermann und ihre Kollegen haben es sich zur Aufgabe gemacht, die Welt dieser mikroskopisch kleinen Einzeller besser zu verstehen. Denn die für das bloße Auge unsichtbaren Zwerge haben einen viel größeren ökologischen Einfluss, als man ihnen auf den ersten Blick zutrauen würde. Sie sind zwar klein, aber sie sind viele.

Kieselalgen gehören zu den häufigsten Organismen, die im Meer und im Süßwasser überhaupt vorkommen. Die allgegenwärtigen Winzlinge sind nicht nur eine wichtige Nahrungsquelle für zahllose Arten und liefern gewaltige Mengen Biomasse. Auf ihr Konto geht auch ein Viertel der globalen Sauerstoffproduktion.

Über Lebewesen, die der Menschheit immerhin jeden vierten Atemzug ermöglichen, möchte man schon gern ein bisschen mehr wissen. Zumal bekannt ist, dass viele Kieselalgen empfindlich auf Umweltveränderungen reagieren. Findet man in einer typischen Wasserprobe zwischen 60 und 80 Arten, nimmt die Zahl bei überdüngten Gewässern deutlich ab.

Auch in Berlin war dieses Phänomen lange zu beobachten. „Inzwischen sind die Seen und Flüsse hier aber längst nicht mehr so stark belastet wie noch vor ein paar Jahrzehnten“, sagt Regine Jahn. „Seither sind auch etliche verschwundene Kieselalgen wieder aufgetaucht.“ Umgekehrt gibt es allerdings auch Arten, die nur in stark verschmutztem Wasser leben. Wer das Artenspektrum dieser Einzeller untersucht, kann also Rückschlüsse auf die Wasserqualität ziehen. Laut Wasserrahmenrichtlinie der EU gehören Kieselalgen daher zu den Organismengruppen, die als Indikatoren für den Zustand von Gewässern herangezogen werden sollen.

Dazu gilt es natürlich, die Palette der vorkommenden Arten möglichst detailliert zu analysieren. Klassischerweise setzen Wissenschaftler dabei auf Mikroskope und ihre eigenen Augen. Denn die verschiedenen Kieselalgenarten besitzen vielfältige, kunstvoll geformte Schalen aus Siliziumdioxid, an deren Design sie sich unterscheiden lassen. Ihre leistungsfähigen Lichtmikroskope zeigen den Berliner Forschern diese Mini-Kunstwerke in einer 1200-fachen Vergrößerung, mit dem Elektronenmikroskop kommen sie leicht auf das 100.000-fache. Da lassen sich schon allerlei Details unterscheiden.

„Das Problem ist allerdings, dass auch bei Kieselalgen kein Artgenosse ganz genauso aussieht wie der andere“, erläutert Regine Jahn. Ob man nun zwei unterschiedliche Arten vor sich hat oder nur zwei Varianten der gleichen Art, ist unter dem Mikroskop nicht immer leicht zu entscheiden. Daher setzen die Forscher seit einiger Zeit auch auf eine spezielle Methode der Erbgut-Analyse, das sogenannte DNA-Barcoding.

Vorbild sind dabei die Strichcodes auf Produkten, die dem Personal an modernen Supermarktkassen viel Tipparbeit ersparen: Einfach das schwarze Linienmuster über den Scanner ziehen und schon hat das Gerät den Artikel samt Preis erfasst. Nach einem ähnlich einfachen Identifizierungscode suchen Biologen rund um die Welt auch bei Lebewesen: Ein winziges Stück aus dem Erbgut eines Tieres oder einer Pflanze soll rasch verraten, um welche Art es sich handelt.

Wissenschaftler benötigen gute Vergleichsdatenbank

„Bei den Kieselalgen haben sich bisher vor allem zwei solcher DNA-Barcodes bewährt“, sagt Jonas Zimmermann. Einer davon heißt 18S V4 und besteht aus rund 400 Bausteinen eines Gens aus dem Zellkern. Der andere findet sich in den für die Fotosynthese zuständigen Chloroplasten und nennt sich rbcL. Jonas Zimmermann hat Wasserproben aus der Oder und der Lausitzer Neiße mit dieser Methode untersucht und zum Vergleich die vorkommenden Kieselalgen auf klassischem Weg per Mikroskop bestimmt. „Mit dem DNA-Barcoding kann man solche Umweltproben deutlich feiner analysieren“, resümiert der Forscher die Ergebnisse seiner Studie.

Voraussetzung ist allerdings, dass man eine gute Vergleichsdatenbank hat. Denn die Arbeit der Kieselalgen-Fahnder erinnert ein bisschen an die von Kriminalisten: Wenn die am Tatort DNA-Spuren gefunden haben, müssen sie diese mit dem Erbgut von möglichst vielen Verdächtigen vergleichen können. Sonst sind die Chancen auf einen Ermittlungserfolg gering. „In einer ganz ähnlichen Situation sind wir auch“, erklärt Jonas Zimmermann. „Auch wir brauchen eine möglichst vollständige und gut validierte Vergleichsdatenbank, damit zum Beispiel die DNA-Barcodes aus einer Wasserprobe aussagekräftige Ergebnisse liefern können.“

Wie aber sollte diese biologische Verdächtigenkartei am besten aussehen? Welche Informationen muss sie enthalten und wie müssen diese miteinander verknüpft sein, damit Forscher den größten Nutzen daraus ziehen können?