Luftverschmutzungsüberwachung könnte Wissenschaftlern unbeabsichtigt dabei helfen, die Artenvielfalt zu verfolgen.

Die Fähigkeit, Tiere und Pflanzen zu verfolgen, hängt buchstäblich in der Luft dank Hilfe einer unerwarteten Quelle.

Rund um den Globus filtern viele Luftqualitätskontrollstationen Luft durch kleine Papierscheiben täglich oder wöchentlich, um sicherzustellen, dass Konzentrationen von gefährlichen Schadstoffen wie Schwermetallen unter bestimmten Grenzwerten liegen. Aber die Filter nehmen auch Pflanzen- und Tier-DNA auf, die in den Wind gestreut wurde, berichten Forscher am 5. Juni in Current Biology.

Die sogenannte eDNA, kurz für Umweltdna, auf diesen Filtern könnte Luftqualitätskontrollstationen zu einem Schatz an Proben machen, die lokale Tiere und Pflanzen aufzeichnen. Solche Aufzeichnungen könnten Forschern helfen, die Biodiversität in einem größeren Maßstab als je zuvor zu verfolgen und Artenrückgänge leichter zu erkennen oder zu verfolgen, wie Ökosysteme insgesamt verändert werden.

"Es ist dieses unglaubliche System, das bereits existiert, und wir machen quasi für einen völlig neuen Zweck mit", sagt Elizabeth Clare, eine molekulare Ökologin an der York University in Toronto. Die Einrichtungen sind weit verbreitet in Nord- und Zentralamerika, Europa und Asien, aber dichter in der globalen Südhemisphäre.

"Es ist uns nie in den Sinn gekommen, dass diese Filter, die Partikel auffangen, für die Analyse von Umweltdna genutzt werden könnten", sagt James Allerton, ein Luftqualitätswissenschaftler am National Physical Laboratory in Teddington, England. Das änderte sich, als Allerton eine Nachrichtenstory über zwei Studien las, bei denen Wissenschaftler Tier-DNA aus der Luft in zwei Zoos absaugten, einer in England - geleitet von Clare - und einer in Dänemark (SN: 1/18/22).

Das Potenzial zur Erfassung von eDNA zu erfahren, löste einen "Aha-Moment" bei Allerton aus, und er wandte sich an Clare, um zusammenzuarbeiten. Die Teddington-Einrichtung behält ihre Schadstoffüberwachungsfilter ein Jahr lang, falls Wissenschaftler eine Nachmessung für Schwermetalle durchführen müssen. Er erkannte, dass es also ein Jahr lang eDNA geben könnte.

Clare, Allerton und Kollegen analysierten Filter der Teddington-Einrichtung, die einer Stunde, einem Tag oder einer Woche lang der Umgebungsluft ausgesetzt waren. Das Team untersuchte auch acht Monate alte Filter aus einer Luftqualitätskontrollstation in Schottland, die jeweils eine Woche lang der Luft ausgesetzt waren.

Das genetische Material in den Filtern zeigte die Anwesenheit von mehr als 180 verschiedenen Arten von lokaler Fauna, einschließlich Kiefern, Dachsen, Eulen, Pilzen und Molchen. Dieses Volumen ist überraschend, da die Filter und Lagerbedingungen nicht für eDNA gedacht waren, sagt David Duffy, ein Biologe am Whitney Laboratory for Marine Bioscience der University of Florida in St. Augustine. Dass die Forscher aus einem System, das zur Überwachung der Luftqualität konzipiert wurde, so viel eDNA erholten, zeigt, wie weit verbreitet die DNA in der Luft ist und wie viele Biodiversitätsdaten zur Verfügung stehen könnten.

Die Filter erkannten viel Pflanzenleben, sogar auf Scheiben, die nur eine Stunde lang der Luft ausgesetzt waren. Vögel und Säugetiere tauchten dagegen eher in Proben auf, die über längere Zeiträume genommen wurden. Das liegt wahrscheinlich daran, dass Bäume stationär sind, während Tiere ständig herumlaufen, so dass es länger dauert, sie zu erkennen, sagt Clare.

Sie merkt an, dass sogar ältere Proben existieren könnten. Es gibt zahlreiche Filterstationen auf der ganzen Welt, von denen einige nie die Scheiben seit ihrer Eröffnung weggeworfen haben. "Wir kennen einige Orte, an denen möglicherweise 50 oder 60 Jahre lang solche Proben aufbewahrt wurden", sagt Clare. Es ist unklar, ob diese Proben noch brauchbar sind, aber die Idee, Biodiversität so weit zurückverfolgen zu können, ist "unglaublich". 

Nicht alle Luftqualitätskontrollstationen verwenden Filter zur Überwachung von Schadstoffen, sagt Fabian Roger, ein Ökologe an der ETH Zürich. Viele Stationen verlassen sich auf Sensoren, die in Echtzeit luftgetragene Partikel erkennen können. Diese Sensoren können eDNA nicht erfassen, so dass die Anzahl der geeigneten Einrichtungen zur Extraktion solcher genetischer Materialien von Ort zu Ort variiert.

Aber Luftqualitätskontrollstationen, die auf Filter setzen, haben sicherlich großes Potenzial, sagt Roger, der auch untersucht, wie die Einrichtungen Biodiversitätsbemühungen unterstützen könnten. Er sagt, dass Forscher nun herausfinden müssen, wie nützlich die genetischen Informationen sind. Es ist unklar, wie eng die DNA von Filtern mit der lokalen Fauna übereinstimmt, sagt er. Wie weit entfernt mögliche DNA-Quellen sein könnten, ob es nun ein paar Blöcke, ein paar Kilometer oder sogar weiter entfernt ist, ist ebenfalls unbekannt.

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Diese Fragen zu beantworten, ist für Clare eine Priorität. Trotzdem sagt sie: "Die Idee, dass täglich oder wöchentlich etwas gesammelt wurde, von dem wir in unserem Bereich nie gehört haben, ist einfach unglaublich. Und wenn [eine Luftqualitätskontrollstation] das Potenzial hat, immer wieder Daten zu erzeugen, die so reichhaltig sind, dann ist das ein unglaublicher Schatz an Biodiversitätsinformationen, den wir nie bemerkt haben."