In GBOL III: Dark Taxa arbeiten fünf Kooperationspartner zusammen.
Das Zoologische Forschungsmuseum Alexander Koenig (ZFMK) in Bonn übernimmt die Gesamtkoordination des Projektes. Es erforscht zudem die Figitidae und Eurytomidae (Hymenoptera) die Psychodidae und Limoniidae (Diptera), sowie weitere Taxa. Zusätzlich widmet es sich dem methodischen Schwerpunkt „Taxonomics“. In zwei weiteren Unter-Projekten wird als Erweiterung der Datenbankkonzepte eine OTU Platform entwickelt sowie Protokolle zum Target DNA Enrichment (eine Erweiterung der klassischen DNA-Barcoding Methoden) erarbeitet.
Das Staatliche Museum für Naturkunde Stuttgart (SMNS) erforscht die Platygastroidea und Ceraphronoidea (Hymenoptera), die Phoridae und Sciaridae (Diptera) sowie weitere Taxa. Zusätzliche Schwerpunkte sind die Protokolle der Bearbeitung von Massenproben und die Öffentlichkeitsarbeit.
Die Zoologische Staatssammlung München (ZSM-SNSB) übernimmt die Erforschung der Ichneumonoidea und Diapriidae (Hymenoptera), der Chironomidae und Cecidomyiidae (Diptera) sowie weiterer Taxa. Ein Fokus liegt zudem auf einer vereinfachten und beschleunigten Pipeline für wissenschaftliche Veröffentlichungen und der Analyse von großen Datenmengen.
In einer Anwendungsstudie im Bayrischen Wald, durchgeführt von Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie der Universität Würzburg, wird die Rolle von Parasitoiden während Ausbrüchen von Schädlingen erforscht.
Der Entomologische Verein Krefeld hat die Verbreitung von Ergebnissen zur Aufgabe. Zudem bringt er Proben aus der Studie zum Insektenrückgang (die „Krefeld Proben“) in das Projekt mit ein.
Teilprojekt 1 am Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig in Bonn
Wie in der vergangenen GBOL-Phasen übernimmt das ZFMK die Leitung und zentrale Koordination des Verbundes in GBOL III: Dark Taxa. Die Haupt-Ziele von GBOL III: Dark Taxa, die Erweiterung der DNA-Barcode-Referenzdatenbank, die Erweiterung des Wissens um die Dark Taxa und die Ausbildung einer neuen Generation von Taxonomen. Diese werden wir erreichen, indem wir die Vertreter der taxonomischen Gruppen in Deutschland untersuchen. Dazu ziehen wir taxonomische Expertise von externen Experten sowie aus dem Konsortium heran. Wir stützen unsere Untersuchungen auf Material, was bereits vorliegt und auf das, was wir während des Projektes sammeln werden. Wir werden alle verfügbaren Informationen daraus auswerden und ein breites Spektrum von neuesten Methoden der integrativen Taxonomie anwenden und neue Methoden entwickeln und testen.
Wir werden die deutsche Fauna in Bezug auf Dark Taxa aus den parasitoiden Hymenoptera und den Diptera untersuchen, denn für diese ist grundlegendes Wissen nicht vorhanden, lückenhaft, nicht verfügbar oder mit Fehlern durchsetzt. Die zu untersuchenden Taxa am ZFMK kommen aus den Familien der Figitidae (Cynipoidea) und Eurytomidae (Chalcidoidea), beide parasitoide Hymenoptera, und den Familien Psychodidae and Limoniidae aus den Diptera. Zusätzliche Gruppen sind die Ormyridae, die Eupelmidae und die Chalcididae (Hymenoptera) sowie die Keroplatidae and Pediciidae (Diptera).
Zusätzliches Projekt am ZFMK: Erweiterung des GBOL-Portals: Online Repository und Werkzeuge für Metabarcoding
Das Webportal: Das GBOL-Webportal ist die Referenzbibliothek für Barcodes der deutschen Flora und Fauna. Damit ist es ein zentraler Punkt für den Zugang und Vergleich von genetischen Barcodes und die Artbestimmung mittels Barcodes. Zusätzlich liefert es Daten über Fundorte, Häufigkeit und Rote-Liste Klassifikationen, Bilder und Taxonomien zu den gesammelten Arten. Es organisiert das Sammeln und Einreichen von Specimens und Daten durch BürgerwissenschaftlerInnen und unterstützt sie mit Hilfe und Anleitungen. In den ersten sechs Jahren des GBOL-Projekts ist das Webportal zu einer essentiellen und etablierten Komponente für die Kommunikation innerhalb der GBOL-Community und nach Außen geworden.
Metabarcoding: Metabarcoding ist zu einem unerlässlichen Methode für die Aufklärung von Biodiversität und deren Wandel geworden und nutzt existierende Barcode Referenzbibliotheken wie GBOL und Barcode of Life Systems für Arterkennung und Barcode-Abgleich. Gleichzeitig entsteht ein wachsender Bedarf, die Referenz-Datenbanken für Daten aus dem Metabarcoding (z.B. Probenaufnahme, Barcode- und Taxon-Zuordnung, Methodendokumentation) auszubauen.
Derzeit existieren keine Möglichkeiten, Analyseergebnisse aus dem Metabarcoding, wie Operational Taxonomic Units (OTU)- oder Amplicon Sequence Variants (ASV)- Tabellen dort einzureichen. Die meisten Metabarcoding-Projekte liefern Sequenzdaten zu einer der internationalen Sequenzdatenbanken, wie ENA oder NCBI, während zusätzliche Informationen wie ASV/OTU-Tabellen in separaten Repositories gespeichert oder als Supplement an Publikationen angehängt werden. Damit wird die weitere Nutzung der Daten und Ergebnisse behindert, da neue Proben nicht in existierende OTU/ASV-Tabellen integriert werden können, Art und Taxon-Zuordnungen nicht dem Stand der Wissenschaft angepasst werden können und sich Ergebnisse vergleichen lassen.
Innerhalb des Datenbank-Projekts von GBOL III Dark Taxa werden wir das GBOL-Webportal für die Erfordernisse des Metabarcodings ausbauen.
Registry für ASV-Sequenzen: Das Projekt baut ein Repository für ASV-Sequenzen und Tabellen auf, um Hemmnisse für die Reanalyse von Metabarcoding-Daten abzubauen. Die GBOL-Referenzbibliothek wird erweitert, um ASV Sequenzen einzureichen, mittels persistierender IDs langfristig verfügbar zu machen und die Speicherung, Verteilung und das Bearbeiten von ASV-Tabellen zu ermöglichen. Erweiterte Suchmöglichkeiten werden den Zugriff und Nutzung dieser Daten wesentlich befördern.
Mit diesen Erweiterungen wird das GBOL-Portal das erste Online-Werkzeug das WissenschaftlerInnen ermöglicht ASV-Tabellen für die Community nutzbar zu machen und die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse aus Metabarcoding-Studien erleichtert.
Dynamische Taxon-Zuweisung: Ein wesentlicher Fokus wird auf der Entwicklung von Werkzeugen zur dynamischen Klassifikation und Taxon-Zuweisung liegen. Das ermöglicht es, OTU-Sequenzen und Tabellen über lange Zeiträume vergleichbar zu machen und Änderungen im OTU-Assignment nachzuverfolgen. Gleichzeitig kann die Information an den OTUs dem Stand der Forschung angeglichen werden. Das Zuweisen von persistierenden Ids (z. B. DOIs) und ein Versionierungssystem sorgt dafür, dass OTU-Tabellen und Sammeldaten langfristig verfügbar und auffindbar bleiben. Erweiterte Such- und Analysewerkzeuge, die auch externe Datenbanken wie BOLD oder ENA einbeziehen werden die Möglichkeiten zum Vergleich und Analysieren der Sequenzdaten sowie zur Visualisierung von Fund- und Vorkommen-daten im GBOL-Webportal ausbauen.
Zusätzliches Projekt am ZFMK: Neue und optimierte Ansätze für Proben mit schlechter Qualität und Taxonomics
In GBOL III: Dunkle Taxa werden wir unweigerlich zwei Problemen begegnen, wenn wir unsere Ziel-Taxa arbeiten, handhaben und sequenzieren: 1) Für einige Arten werden wir nur kleinere, kleine und weniger degradierte Proben zur Hand haben; 2) Einige taxonomische und Artenabgrenzungsprobleme können alleine mit Morphologie- und DNA-Barcode-Daten nicht gelöst werden.
In beiden Fällen kann uns Target DNA Enrichment (Anreicherung von Ziel-DNA) helfen. Das Target DNA Enrichment benutzt Oligonukleotidsonden oder „baits“ („Köder“), gefolgt von einem so genannten high throughput sequencing, um DNA-Sequenzen von Zielgenen zu erhalten. Es wurde ursprünglich entwickelt, um krankheitsassoziierte Marker in menschlichen Proben zu sequenzieren. Es wird oft verwendet um phylogenomische Datensätzen zusammenzustellen, aber mittlerweile wird es vermehrt eingesetzt, um Daten von DNA-Barcodes aus dem Metabarcoding von Umweltproben zu erhalten oder in Studien, die ancient-DNA bzw. Museums-DNA verwenden. In GBOL III: Dunkle Taxa werden wir Target DNA Enrichment verwendet, um an die DNA von Arten zu gelangen, von denen kein frisches Material aus dem Feld gesammelt werden kann. DNA-Barcodes aus genadelten Museumsproben und aus suboptimalem Material sind in vielen Fällen die einzige Möglichkeit, der GBOL-Datenbank Referenzsequenzen dieser Arten hinzuzufügen. Wir beabsichtigen die DNA in einer nicht-destruktiven Weise für wertvolle Belege (Typenmaterial) durchzuführen.
Weiterhin kann Target DNA Enrichment eingesetzt werden, um hunterte von Sequenzen im sogenannten Taxonomic Apporach anzureichern und zu sequenzieren. Diese wird bei taxonomisch anspruchsvollen Taxa angewendet. Das ZFMK ist dabei einen universellen taxonomischen Ansatz zu entwickeln (https://www.zfmk.de/de/forschung/projekte/spp-taxonomics; Eberle et al. 2020 DOI: 10.1016 / j.tree.2019.12.003) und GBOL III: Dark Taxa kann in theoretischem und praktischen Rahmen daran teilhaben und versuchen schwierige Fälle zu lösen.
Das GBOL III: Dark Taxa-Projekt wird zu Pipeline aufbauen, die auf DNA-Barcodierung von Material schlechter Qualität spezialisiert ist, und vermehrte Tests von verfügbaren und modifizierten Protokollen durchführen, sowie zudem helfen, Datensätze für Taxonomics in optimaler Weise zu generieren.
Teilprojekt 2 am Staatlichen Museum für Naturkunde Stuttgart
Das Staatliche Museum für Naturkunde Stuttgart (SMNS) wird schwerpunktmäßig vier Dark Taxa aus den Ordnungen der Hymenoptera (Ceraphronoidea, Platygastroidea) und Diptera (Sciaridae, Phoridae) untersuchen. Ziel ist es, die DNA-Barcode Datenbanken für diese Gruppen zu erweitern, eine neue Generation junger Taxonom/innen auszubilden, neue Arten zu beschreiben, Artenbäume sowie Artbildungsprozesse zu adressieren, die ökologische Vielfalt von Arten zu untersuchen, neue morphologische Merkmalssysteme zu entwickeln, Bestimmungsschlüssel zu erstellen und die Ergebnisse für die Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Die DNA-Barcode Datenbanken aus früheren GBOL Phasen sollen für einige Familien der Hymenoptera (Mymaridae, Perilampidae, Pteromalidae, Torymidae, Trichogrammatidae) erweitert werden. Des Weiteren werden innerhalb der Diptera die Familien Tachinidae und Sarcophagidae bearbeitet und eine Belegsammlung für die oft unbekannten Larvalstadien von Dipteren mittels DNA-Barcoding und Morphologie aufgebaut.
Am SMNS wird neben dem ausgetauschten Probenmaterial aus dem Konsortium Material aus früheren Aufsammlungen vorangegangener GBOL Phasen bearbeitet, sowie auch Material aus laufenden Monitoringprojekten. Zusätzliches, gezieltes Sammeln mittels Malaise- und Barberfallen sowie Farbschalen wird es ermöglichen, bodenlebende Arten zu erfassen und gezielte Daten zu ihren Habitatspräferenzen zu gewinnen. Die Proben werden in einem halbautomatisierten Verfahren gesiebt, um die Tiere anhand ihrer Körpergröße vorzusortieren. Daten zu den Arbeitsabläufen und Methoden werden aus den GBOL Phasen I, II und III zusammengetragen, um daraus Protokolle zur Bearbeitung von umfangreichem Probenmaterial und Belegtieren für Biodiversitätsprojekte an hyperdiversen taxonomischen Gruppen zu erstellen.
Das SMNS organisiert zudem einen Workshop zum Thema „Integrative Taxonomie und Nomenklatur“, um die im GBOL III: Dark Taxa Projekt arbeitenden Student/innen weiter fortzubilden. Am Ende der Projektphase wird zudem eine Artenkonferenz abgehalten, an der die Ergebnisse des Projektes vorgestellt werden und in der allen Doktorand/innen und Masterstudent/innen im Projekt die Möglichkeit gegeben wird, ihre Forschungsergebnisse zu präsentieren.
Teilprojekt 3 an den Staatlichen Naturwissenschaftlichen Sammlungen Bayerns
Im Zuge von GBOL III: Dark Taxa wird sich die ZSM-SNSB in München darauf konzentrieren, (1) eine hohe Anzahl von DNA-Barcodes der ausgewählter Dark Taxa zu generieren, (2) Protokolle zu erstellen und u. a. nicht- destruktive Metabarkodierungsansätze anzuwenden, um sowohl seltene, als auch Zielarten effizient zu screenen und im Nachhinein aus den Sammelproben zu gewinnen. Weitere Ziele werden (3) die Anwendung von Big-Data-Analysen für Biomonitoring- und Biodiversitätsstudien und (4) die Einrichtung eines innovativen Open-Access-Web-Publishing-Workflows sein. Insgesamt werden drei Dark Taxa der Dipteren und fünf der Ordnung Hymenoptera über eine integrative Taxonomie be- und überarbeitet. 12 nationale und internationale Spezialisten werden an dem Projekt beteiligt sein für die Artbestimmungen und um die Qualität der taxonomischen Ausbildung für Doktoranden zu verbessern.
Teilprojekt 4 am Lehrstuhl für Tierökologie und Tropenbiologie der Universität Würzburg
Die regelmäßigen Ausbrüche des Schwammspinners (Lymantria dispar) verursachen großflächige Entlaubungen in Eichen- und Eichenmischwäldern. Aus diesem Grund werden große Waldflächen mit Insektiziden behandelt, um ihre Ausbreitung zu kontrollieren. Wir sammelten mehr als 20.000 Raupen durch Kronendachvernebelung (canopy fogging) ganzer Eichen in Eichen-Mischwaldstandorten mit hoher und niedriger Dichten des Schwammspinners. Darüber hinaus wurde die Hälfte der Waldstandorte mit dem Insektizid Mimic besprüht. Wir wollen mittels Metabarcodingansatz kryptische (Hyper-) Parasitoidegemeinschaften in den Raupen identifizieren, um die Rolle der Parasitoide während eines Ausbruchs des Schwammspinners zu messen. Zusätzlich wollen wir Raupen-Parasitoiden-Netzwerke berechnen und deren Reaktion auf die Dichteunterschiede des Schwammspinners und auf die Behandlung mit dem Insektizid Mimic zu beobachten
Teilprojekt 5 des Entomologischen Vereins Krefeld e.V.
Standort und Struktur: Die 1905 gegründete EVK ist ein eingetragener Verein mit einer beeindruckenden Tradition entomologischer Forschung. Die EVK ist eine der typischen wissenschaftlich orientierten Gesellschaften, die zwischen 1880 und 1920 vor allem in Deutschland gegründet wurden. Der Hauptsitz sowie die Sammlungen und das Archiv des Vereins befinden sich in Krefeld. Im Laufe der Geschichte der Gesellschaft haben Mitglieder weit über zweitausend Veröffentlichungen zu entomologischen Themen publiziert. Bisher wurden EVK-Entomologen drei Ehrendoktorwürden und zahlreiche wissenschaftliche Preise verliehen.
Schwerpunkt: Forschung zu Systematik und Phylogenie, Ökologie und Verhalten, entomologischer Methodik, herausragende taxonomische Expertise und einzigartige Erfahrungen im Langzeitmonitoring mit Malaisefallen und der Standardisierung der Fallentechnologie.
Größe der Einrichtung: Derzeit ca. 70 Entomologen als Mitglieder und zusätzlich ca. 30 externe Entomologen in den Arbeitsgruppen. Das EVK ist verantwortlich für die Entwicklung und kuratorische Erhaltung einer der wichtigen musealen Referenzsammlungen zur Entomologie in Deutschland (Entomological Collections Krefeld).
Erfahrungen: Die Mitglieder der EVK sind Spezialisten für die Biologie und Systematik von Insekten. Die EVK Entomologen verfügen über eine langjährige Erfahrung in der Feldforschung von Insekten und der Erstellung von Arteninventaren, Monitoring, Verhalten und allgemeiner Biologie von Insekten sowie der Erstellung von Identifikationsschlüsseln. Der Verein arbeitet seit Jahrzehnten in Zusammenarbeit mit verschiedenen Universitäten und wissenschaftlichen Instituten ohne geografische Einschränkung und als Auftragnehmer für untere und höhere Landschaftsbehörden, regionale Umweltämter und Stiftungen, Landesämter und Bundebehörden. Dies betrifft auch das Arbeitsfeld an der Schnittstelle zwischen gebietsbezogenen entomologischen Arteninventaren und Naturschutz- und Entwicklungsplanung. In Bezug auf die Erhebung und Auswertung von Biodiversitätsdaten über Insekten verschiedener Ordnungen befasst sich der EVK derzeit mit einem F & E-Projekt zum Verlust der Biodiversität in Lebensraumtypen des FFH-Anhangs I und den Veränderungen der Biodiversität ausgewählter, höherer Taxa im Langzeitvergleich. Der EVK ist die einzige Institution, die seit Jahrzehnten Malaisefallen in einer streng standardisierten Methodik einsetzt.
Teilnahme an GBOL III: Dark Taxa: Mehr als 30 Entomologen mit langjähriger praktischer Erfahrung in der Methodik und für verschiedene Insektentaxa, einschließlich Koordination primär durch: Dr. Martin Sorg & Thomas Hörren.