Früher bedeutete Naturschutzforschung, sich auf ausgiebige Trecks in die Wildnis zu begeben, schwer fassbare Tiere in schwierigem Gelände aufzuspüren und stundenlang in Kameraverstecken auszuharren. Neue Technologien jedoch erleichtern Biodiversitätsforscherinnen und Naturschützerinnen, schneller und bequemer an die benötigten Daten zu gelangen.
Heutzutage muss man ein Tier nicht einmal mehr sehen, um zu wissen, dass es da ist. Umwelt-DNA (eDNA) sind Spuren von zellulärem Material, das von Tieren hinterlassen wird – zum Beispiel durch Hautkontakt oder Exkremente – und das direkt aus der Umwelt entnommen und untersucht werden kann. Anhand dieser Spuren können Profile von Ökosystemen erstellt werden, um die Anzahl, Häufigkeit und sogar den Gesundheitszustand von Tierarten zu ermitteln.
Die Entnahme von eDNA-Proben ist jedoch nach wie vor mit einigen Herausforderungen verbunden. Während die Gewinnung von Boden- und Wasserproben relativ einfach ist, sind andere Lebensräume – wie das Kronendach des Waldes – für Forschende schwieriger zu erreichen. Vor diesem Hintergrund haben die ETH Zürich und die Eidgenössische Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL in Zusammenarbeit mit dem eDNA-Experten SPYGEN eine spezielle Drohne entwickelt, die eDNA aus den Baumkronen aufnimmt. Die autonome Drohne ist mit Klebestreifen ausgestattet, um eDNA-Material von Blättern und Ästen zu sammeln – ist aber mehr als nur eine in Klebeband eingewickelte Drohne. Das Gerät benötigt eine ziemlich komplexe Software, um durch alle Arte von Bäumen und deren Ästen navigieren und sicher landen zu können. Daher wurde die Drohne mit einer ausgeklügelten Programmierung und einem Kraftmesskäfig ausgestattet, damit sie lokale Faktoren besser messen und entsprechende Anpassungen vornehmen kann.
Einmal eingesammelt werden die DNA-Spuren dann digital vervielfältigt, sequenziert und mit bekannten Profilen lokaler Tiere abgeglichen. Anhand dieser Daten können genaue Bewertungen der örtlichen Tierwelt vorgenommen werden.
Das Design wurde an sieben verschiedenen Baumarten in der Schweiz getestet, wobei die Profile von 21 verschiedenen Gruppen von Vögeln, Säugetieren und Insekten ermittelt wurden. Um die Fähigkeiten der Drohne unter tropischen Bedingungen zu testen, ist die Drohne für Testflüge durch den Masoala Regenwald des Zoos Zürich gekreist. Da bereits bekannt ist, welche Tiere sich in welchem Gehege befinden, kann die Genauigkeit und Gründlichkeit der Drohne dabei ziemlich gut beurteilt werden.
Ein Großteil dieses Trainings dient der Vorbereitung der Drohne und des Teams auf einen speziellen Wettbewerb, der nächstes Jahr in Singapur stattfinden wird. Der 2019 ins Leben gerufene XPrize Rainforest-Wettbewerb zielt darauf ab, eine Vielzahl von Fernüberwachungstechnologien auf Herz und Nieren zu prüfen. Im Finale, das für 2024 geplant ist, werden die Teams mithilfe künstlicher Intelligenz, Bilderkennung und Audio-Monitoring-Technologien darum wetteifern, innerhalb von 24 Stunden so viele Proben wie möglich aus einem 100 Hektar großen Gebiet des Regenwaldes zu gewinnen.
Wenn das Team der ETH Zürich den Preis in die Hände bekommen will, muss es sein System allerdings noch weiter verfeinern. Derzeit brauchte das Team drei Tage, um die Proben von den sieben verschiedenen Bäumen in Zürich zu sammeln – in Singapur haben sie nur einen einzigen Tag Zeit. Darüber hinaus stellt das Sammeln von Proben in einem echten Regenwald zusätzliche Hürden dar, wie zum Beispiel häufiger Regen, Wind und Wolken, die die Proben wegspülen und die Kontrolle der Drohne behindern können.
