Der Pirarucu (Arapaima gigas) und der Piraíba (Brachyplatystoma filamentosum) sind zwei Amazonas-Fischarten, die nicht nur denselben Lebensraum teilen, sondern auch andere gemeinsame Merkmale aufweisen: die hohe Nachfrage in der Gastronomie und die Schwierigkeit, sich in Fischzuchtanlagen fortzupflanzen. Aufgrund dieser Eigenschaften wurden sie als erste Arten ausgewählt, deren DNA-Sätze im Rahmen einer bahnbrechenden Studie der Bundesuniversität von Pará (UFPA) entschlüsselt wurden.
Laut dem Forscher Sidney Santos, der das Team des Labors für Human- und Medizinische Genetik des Instituts für Biowissenschaften leitete, wurde die Studie durch die Notwendigkeit motiviert, die Auswirkungen der zunehmenden Ausbeutung dieser Arten aufgrund der steigenden Nachfrage einzudämmen. „Die zentrale Idee ist, dass man, wenn man auf ausgewogene und gezielte Weise genügend Wissen erlangt, um diese Fische auf möglichst nachhaltige Weise zu züchten, die Nachfrage der Natur verringern kann”, erklärt er.
DNA
Der umfassendste Weg, dieses Wissen zu erlangen, ist die Entschlüsselung der DNA (Desoxyribonukleinsäure) aus biologischen Proben verschiedener Individuen der Arten. Dieses Molekül, das aus vier Arten von Nukleotiden (Adenin (A), Thymin (T), Cytosin (C) und Guanin (G)) besteht, enthält genaue Informationen über Gesundheit, körperliche Merkmale und Abstammung. Im Fall der Studie mit dem Pirarucu und seinem Jungtier entnahmen die Wissenschaftler Proben von mehr als 100 Fischen, damit die DNA von einem Gensequenzierer gelesen werden konnte, der in der Lage ist, die Reihenfolge der Nukleotide zu verstehen.
Jede unterschiedliche Reihenfolge liefert Informationen über ein Lebewesen, die zusammen das Genom dieser Art bilden. Eine Art vollständiges Handbuch über die Gruppe. „Das gilt für jedes Tier, das man sich vorstellen kann, und für jede Pflanze. Das Modell ist immer dasselbe. Wenn man auf nachhaltige Weise die vollständigen Informationen über das Genom dieser Tiere erhält, kann man alles mit ihnen machen, sogar sie reproduzieren”, sagt Santos. Dem Forscher zufolge ist es in der Praxis möglich zu wissen, ob dieser Fisch der Nachkomme einer Zuchtfischfarm ist oder ob er direkt aus der Natur entnommen und in ein anderes Land verkauft wurde.
Rückverfolgbarkeit
Der Schutz der Arten geht über die Entlastung der Umwelt von natürlich reproduzierten Fischen hinaus. Durch die Kenntnis des Genoms der Arten ist es auch möglich, die genaue Herkunft dieses Tieres zu erfahren. Laut Igor Hamoy, Direktor des Instituts für Sozial- und Umweltwissenschaften und Wasserressourcen der Bundeslandwirtschaftsuniversität Amazonien, der an der Studie der UFPA teilgenommen hat, ermöglicht das Genom neben allen physiologischen Erkenntnissen auch die genetische Rückverfolgbarkeit. „Anhand der Geschichte, die im Genom des Pirarucu enthalten ist, kann ich beispielsweise herausfinden, ob ein Pirarucu, der in Boston verkauft wird, aus dem Amazonasgebiet stammt”, sagt Hamoy.
Er betont außerdem, dass alle Informationen aus der Studie in einer öffentlichen Genbank gespeichert werden, was weitere Forschungen zu dieser Art ermöglicht. „Ich kann genau herausfinden, um welche Art es sich handelt, und habe keine Zweifel mehr, ob der wissenschaftliche Name oder der gebräuchliche Name, der von einer Gemeinschaft verwendet wird, wirklich der Fisch ist, den diese Amazonas-Gemeinschaft seit langem isst und mit dem sie seit langem arbeitet“, betont er.
Fortschritte
Auf der Grundlage der gewonnenen Informationen gelang es den Forschern, die wichtigsten Hindernisse für die Fischzucht von Pirarucu und Jungfischen zu überwinden: die Induktion von Sexualhormonen, die Entwicklung einer geeigneten Ernährung für künstliche Umgebungen und die Rückverfolgbarkeit, um zu verhindern, dass Amazonas-Arten illegal gehandelt werden.
Laut Rita Mesquita, der nationalen Sekretärin für Biodiversität, Wälder und Tierrechte des Ministeriums für Umwelt und Klimawandel, sind diese wissenschaftlichen Fortschritte wegweisend für die Umsetzung öffentlicher Naturschutzmaßnahmen im Land. „Die Genforschung trägt dazu bei, unser Wissen über die brasilianische Biodiversität zu erweitern, und hilft uns auch, besser zu verstehen, was wir bereits erreicht haben und was noch zu tun bleibt”, erklärte sie.
Gemäss der Sekretärin basiert die Planung bis 2030, die in der Nationalen Strategie und dem Aktionsplan für Biodiversität (Epanb) vorgesehen ist, auf den wissenschaftlichen Erkenntnissen darüber, was notwendig ist, um den Verlust der Biodiversität zu verringern und die brasilianischen Biome zu regenerieren. Einige öffentliche Maßnahmen hängen noch stärker von den von Wissenschaftlern entschlüsselten Genomen ab, wie beispielsweise die Erstellung von Listen invasiver gebietsfremder Arten und der nationalen Liste gefährdeter Arten.
Ein weiteres Beispiel, das die Ministerin anführte, ist der Nationale Plan zur Wiederherstellung der einheimischen Vegetation (Planaveg), der 2024 von der Bundesregierung ins Leben gerufen wurde. „Bei Prozessen der Wiederansiedlung von Tieren, weil die Fauna verschwunden ist, oder der Wiederherstellung der Vegetation ermöglicht uns diese Bibliothek genetischer Informationen den Zugang zu dem notwendigen Wissen, um die Arten an die richtigen Orte zurückzubringen”, erklärt Mesquita.
Herausforderungen
Nach Einschätzung des Forschers Sidney Santos ist die Ausweitung von Studien zur Entschlüsselung von Genomen von Arten im Allgemeinen eine Art von Wissen, das in Brasilien und weltweit tendenziell Fortschritte macht, vor allem aufgrund der sinkenden Kosten für die erforderlichen Ressourcen.
„Das menschliche Genom, das als erstes entschlüsselt wurde, dauerte 10 Jahre und kostete 2,5 bis 3 Milliarden US-Dollar. Seitdem hat sich die Leistungsfähigkeit der Maschinen erhöht. Heute kann man mit dem MGI, dem Gerät [DNA-Sequenzer], das wir verwenden, 48 menschliche Genome in 3 Stunden entschlüsseln, zu Kosten, die hoffentlich noch sinken werden, von 1.500 bis maximal 2.000 US-Dollar”, sagt er.
Andererseits betont Hamoy, dass die Herausforderungen für die Amazonasregion größer sind als in anderen Regionen des Landes. Laut Santos ist das Gerät der UFPA nicht nur der einzige Gensequenzierer im öffentlichen Sektor des Amazonasgebiets, sondern es gibt auch die sogenannten „Amazonas-Kosten”, die durch logistische und operative Schwierigkeiten verursacht werden. „Die Kosten sind heute geringer, aber sie sind immer noch nicht für jeden Forscher und jede Universität erschwinglich.
Der Technologiepark, über den die UFPA hier im Labor für Human- und Medizinische Genetik verfügt, ist ein Park, der all dies leisten kann“, erklärte er. „Aber die Inputs für diese Forschung müssen beispielsweise finanziert werden. Es gibt also viele Forschungsbereiche, die finanziert werden müssen, insbesondere die angewandte Forschung”, fügte er hinzu.
Für Rita Mesquita ist die Arbeit zur Sicherung der Artenvielfalt eine Herausforderung, die der Größe der Biodiversität des Landes entspricht: der größten der Welt. „Was das [Umwelt-]Ministerium in dieser Hinsicht tut, ist, weiterhin mit der Wissenschaft zusammenzuarbeiten, um unsere Informationen über vorrangige Gebiete zu verbessern, weiterhin den Schutz der Lebensräume für Arten anzustreben.
Insbesondere für die am stärksten bedrohten, damit diese Arten den notwendigen Schutz erhalten, um nicht zu verschwinden”, betont sie. Die Wissenschaft spiele eine grundlegende Rolle bei der Generierung von Wissen, das es ermögliche, dass die Interaktion des Menschen mit Arten jedes Bioms von Nachhaltigkeitsparametern geleitet werde, betont die Ministerin.
„Das gilt für Tiere und Pflanzen. Wenn wir Möglichkeiten haben, nachhaltig zu wirtschaften, zu regenerieren, wiederherzustellen und zurückzugeben, können wir eine Beziehung aufbauen, in der Arten nach nachhaltigen Prinzipien der umweltschonenden Bewirtschaftung und mit gesicherten Populationen in Schutzgebieten bewirtschaftet werden können“, schließt sie.
