Meerechsen auf Galápagos: Proteine analysiert, Retter gesucht

Ein Forschungsteam unter Leitung von Dr. Amy MacLeod zählt mithilfe von Drohnen Meeresechsen auf den Galápagos-Inseln. Ziel des Projekts der Universität Leipzig ist es, die Populationsgrößen dieser vom Aussterben bedrohten Art festzustellen und auch mithilfe von Freiwilligen genau zu verorten – um die Leguane besser schützen zu können. Eine aktuelle Studie zu den Meerechsen zeigt zudem, dass viele der Proteine in den Sekreten spezieller Drüsen der Tiere Teil ihres Immunsystems sind.

Prof. Dr. Sebastian Steinfartz, der an der Uni Leipzig die Professur für Molekulare Evolution und Systematik der Tiere innehat, ist einer der Wissenschaftler, die an dieser Studie maßgeblich beteiligt waren.

Dr. Amy MacLeod und ihr Expeditions-Team haben in den vergangenen Monaten auf zwei Inseln des Galápagos-Archipels mithilfe von Kameradrohnen umfangreiches Bildmaterial aus der Luft gesammelt, genauer gesagt von den Küstenstreifen der Inseln. Denn hier, zurückgezogen auf steinigem und sehr unwegsamem Terrain, leben die Meerechsen. Seit Millionen von Jahren gibt es sie, etwa 1.000 Kilometer westlich von Ecuador – und nur dort. Diese Methusalems der Evolution sind die einzige Echsenart weltweit, die sich ihre Nahrung im Wasser sucht.

Doch Umweltverschmutzung, der Klimawandel und andere eingewanderte Arten wie Katzen machen ihnen zunehmend das Überleben schwer. „Die Galápagos-Meerechsen sind vom Aussterben bedroht und um zu helfen, müssen wir wissen, wie viele es gibt und wo wir sie finden können“, sagt Dr. MacLeod.

„Da die Inseln aufgrund von Lava-Gesteinsbrocken und manchmal hohen Wellen teils schwer zugänglich sind, haben wir erstmals Kameradrohnen eingesetzt“, erläutert die mit der Arbeitsgruppe von Prof. Steinfartz assoziierte Amy MacLeod. Sie ist nicht nur promovierte Biologin, sondern unterrichtet auch Biologie an einem zweisprachigen Berliner Gymnasium.

„Die Drohnen haben wir von einem Boot aus gestartet und erst einmal über die beiden Inseln Santa Fé und San Cristóbal fliegen lassen. Mit dem Wellengang und dem Wind war das nicht immer einfach, aber es hat gut geklappt. Die Drohnen haben auch den Vorteil, dass wir die Inseln selber nicht betreten müssen und somit nicht das Risiko eingehen, das empfindliche Ökosystem unbeabsichtigt zu beeinflussen, und sei es dadurch, dass wir Ameisen an unseren Schuhen mitbringen.“

Das flächendeckende Bild-Material hat das Team in 25.000 Ausschnitte eingeteilt. Diese müssen nun ausgewertet werden. Bei den Drohnenaufnahmen, der Aufbereitung der Bilder und der Auswertung spielt die ecuadorianische Doktorandin Andrea Varela eine maßgebliche Rolle, die die meiste Zeit vor Ort auf dem Archipel verbringt. Für die Zählung hat das Team eine Projektwebsite auf der Plattform „Zooniverse“ eingerichtet. „Das konventionelle Zählen ist technisch zwar nicht schwer, aber dauert zu lange – daher appellieren wir an Freiwillige, uns dabei zu unterstützen“, sagt Amy MacLeod, die sich bereits in ihrer Promotion mit den Meerechsen beschäftigt hat.

Interessierte können auf der Website nach einer kompakten Einführung Luftaufnahmen sichten und klassifizieren. Dabei geht es nicht nur darum, Echsen zu identifizieren, sondern auch zu markieren, wenn auf Bildern andere Lebewesen wie Vögel, Schildkröten, Krebse, Seelöwen oder Algen zu sehen sind – oder auch Plastikmüll, der eine Bedrohung für alle Meeresbewohner darstellt. Die Wissenschaftler betonen, dass die Klassifizierung eines jeden Bildes wichtig sei – ganz gleich, ob Meerechsen darauf zu sehen seien oder nicht. „Wenn wir zum Beispiel wissen, dass es an einem Ort keine Echsen gibt, ist es ein Hinweis, dass wir an anderen Stellen schauen müssen.“ Zwar ist die Website auf Englisch, doch wird die Einführung auch auf Deutsch und Spanisch zur Verfügung gestellt, damit möglichst viele Freiwillige mitmachen können.

„Im Anschluss an diese Pilotphase werden wir die Auswertungen der Freiwilligen mit den Experten-Zählungen des Teams und anderen Wissenschaftlern vergleichen. So wollen wir schauen, ob die Zählungen der Freiwilligen zuverlässig sind. Falls ja, werden wir auch in Zukunft auf den wertvollen Beitrag von Freiwilligen setzen – und das hoffen wir sehr“, erläutert Amy MacLeod das weitere Vorgehen. Zu einem späteren Zeitpunkt soll auch künstliche Intelligenz beim Zählen zum Einsatz kommen.

Ziel des Projekts ist es langfristig, den Zensus auf allen 13 Inseln des Galápagos-Archipels zu bestimmen, um ein umfassendes Bild von den elf Unterarten der charismatischen Leguane zu bekommen, die sich auf die Inseln verteilen. Nur dann können die Wissenschaftler die Gesamtsituation einschätzen und Maßnahmen für den Schutz der Echsen empfehlen. „Ich hoffe natürlich auch, dass eine breite Beteiligung von Interessierten dazu beiträgt, die Meerechsen bekannter zu machen und Menschen für den Schutz der Umwelt zu sensibilisieren.“

Parallel zum Zählprojekt ist aktuell in der amerikanischen Fachzeitschrift „Molecular & Cellular Proteomics“ ein Beitrag zu den Funktionen von Sekret-Proteinen der Galápagos-Meeresechsen erschienen. Diese Studie wurde federführend von Prof. Dr. Marcus Krüger und Dr. Frederik Tellkamp vom CECAD der Universität zu Köln sowie von Prof. Dr. Sebastian Steinfartz von der Universität Leipzig durchgeführt. „Die Männchen der Eidechsen und anderer Reptilien und sogar einige Amphibien besitzen auf den Unterseiten ihrer Hinterbeine eine Anordnung von speziellen Drüsen, die sogenannten Femoraldrüsen“, erläutert der Professor für Molekulare Evolution und Systematik der Tiere. „Man nimmt an, dass diese Drüsen vor allem für die Kommunikation via chemischer Moleküle zwischen Individuen derselben Art genutzt werden. Obwohl es viele Studien zu den leicht flüchtigen chemischen Komponenten der Sekrete der Femoraldrüsen gibt, gab es bisher praktisch keine Informationen zu der Zusammensetzung der Proteinfraktion, die bis zu 80 Prozent der chemischen Substanzen ausmachen können.“

In ihrer aktuellen Studie haben Wissenschaftler der Universität zu Köln, der Universität Leipzig, der Technischen Hochschule Mittelhessen und des Max-Planck Instituts für Herz- und Lungenforschung nun diese Proteinfraktion analysiert. Insgesamt konnten sie über 7500 Proteine identifizieren und zum Teil ihre Funktion bestimmen. „Entgegen den Erwartungen konnten wir keine Proteine mit einer Funktion für die Kommunikation finden“, sagt Steinfartz. „Zugleich haben wir festgestellt, dass viele der Proteine Teil des Immunsystems sind. Besonders interessant war die Entdeckung von anti-mikrobiellen Peptiden, die in Laborversuchen eine ähnlich starke Aktivität gegenüber Bakterien zeigten wie Oncocin, ein bekanntes Antibiotikum.“ Die Forscher nehmen an, dass diese Proteine zum einen Infektionen via der Femoraldrüsen verhindern und/oder die Funktion ausgeschiedener flüchtiger chemischer Substanzen verlängern könnten.

Text: Birgit Pfeiffer / Carsten Heckmann

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Amy MacLeod
E-Mail: ms.amymacleod@gmail.com

Prof. Dr. Sebastian Steinfartz
Institut für Biologie
Telefon: +49 341 97-36725
E-Mail: steinfartz@uni-leipzig.de

Originalpublikation:

„Proteomics of Galápagos Marine Iguanas Links Function of Femoral Gland Proteins to the Immune System“, erschienen in: „Molecular & Cellular Proteomics“, 1. September 2020
https://doi.org/10.1074/mcp.RA120.001947

Weitere Informationen:

https://www.iguanasfromabove.com
https://www.zooniverse.org/projects/andreavarela89/iguanas-from-above
https://youtu.be/tzQ4TydnvLA