Forschende der ETH Zürich und der Eidgen?ssischen Forschungsanstalt WSL entwickelten ein Flugger?t, das auf ?sten von B?umen landen und dort Proben nehmen kann. Damit erschliesst sich Wissenschaftler:innen eine neue Dimension, die bis anhin waghalsigen Baumkletterern vorbehalten war.
?kologinnen und ?kologen nutzen für die ?berwachung und Inventarisierung der biologischen Vielfalt immer ?fter Spuren des Erbguts, welche Lebewesen in der Umwelt hinterlassen, sogenannte Umwelt-DNA. Anhand dieser DNA-Spuren k?nnen Forschende Arten bestimmen, die in einem gewissen Gebiet vorkommen.
Einfach ist es, Wasser- oder Bodenproben zu gewinnen. Andere Lebensr?ume sind jedoch für Forschende nur schwer zug?nglich, wie etwa das Kronendach des Waldes. In schlecht erforschten Gebieten bleiben daher viele Arten verborgen.
Forschende der ETH Zürich und der Eidgen?ssischen Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL sowie der Firma Spygen haben nun eine spezielle Drohne entwickelt, die autonom Proben auf ?sten von B?umen sammeln kann.
Drohne sammelt Material
Die Drohne ist dafür mit Klebestreifen bestückt. Landet das Flugger?t auf einem Ast, bleibt Material des Astes daran haften. Daraus k?nnen die Forschenden dann im Labor DNA extrahieren, analysieren und anhand von Datenbankvergleichen den verschiedenen Organismen zuordnen.
Ast ist aber nicht gleich Ast: sie sind unterschiedlich dick und verschieden elastisch. Zudem federn ?ste zurück, wenn die Drohne darauf landet. Das Flugger?t so zu programmieren, dass es dennoch einen Ast autonom anfliegen und eine bestimmte Zeit stabil darauf verharren kann, um Proben aufzunehmen, war für die Robotiker:innen eine grosse Herausforderung.
?Das Landen auf ?sten erfordert eine komplexe Steuerung?, erkl?rt Stefano Mintchev, Professor für Umweltrobotik der ETH Zürich und der WSL. Wie biegsam ein Ast sei, sei der Drohne zun?chst nicht bekannt. Das Flugger?t ist deshalb mit einem Kr?ftemessk?fig ausgestattet. Dieser erlaubt es der Drohne, diesen Faktor am Einsatzort zu messen und ins Flugman?ver einzubeziehen.
Im Zoo Zürich Regenwaldeinsatz vorbereiten
Ihr neues Flugger?t testeten die Forschenden auf sieben Baumarten. In den Proben fanden sie die DNA von 21 verschiedenen Organismengruppen, sogenannten Taxa, darunter V?gel, S?ugetiere und Insekten. ?Das ist ermutigend, da es zeigt, dass die Sammeltechnik funktioniert?, sagt Stefano Mintchev, Mitautor der Studie, die soeben in der Fachzeitschrift Science Robotics erschienen ist.
Die Forschenden wollen ihre Drohne nun weiter verbessern und fit machen für einen Wettkampf, bei dem es darum geht, in 24 Stunden in einem 100 Hektaren grossen Regenwaldgebiet in Singapur m?glichst viele verschiedene Arten zu erfassen.
Um die Effizienz der Drohne unter ?hnlichen Bedingungen, wie sie beim Wettbewerb herrschen werden, zu überprüfen, arbeiten Mintchev und seine Mitarbeitenden derzeit im Masoala-Regenwald des Zoos Zürich. ?Das hat den Vorteil, dass bekannt ist, welche Arten vorkommen. Dadurch k?nnen wir besser einsch?tzen, wie vollst?ndig wir Umwelt-DNA-Spuren mit dieser Technik sammeln oder ob wir etwas verpassen?, betont Mintchev.
Dafür muss das Sammelger?t jedoch noch effizienter und schneller werden: Bei den Tests für diese Studie sammelte die Drohne in drei Tagen Material von sieben B?umen, in Singapur muss sie in nur 24 Stunden zehnmal mehr B?ume anfliegen und Proben sammeln k?nnen.
Proben in einem natürlichen Regenwald zu sammeln, fordert die Forschenden jedoch st?rker heraus. H?ufiger Regen w?scht die Umwelt-DNA von Oberfl?chen ab. Wind und Wolken erschweren zudem die Bedienung der Drohne. ?Wir sind daher sehr gespannt, ob sich unsere Sammelmethode auch unter extremen Bedingungen in den Tropen bew?hren wird.?
Literaturhinweis
Aucone E, Kirchgeorg E, Valentini A, Pellissier L, Deiner K, Mintchev S: Drone-assisted collection of environmental DNA from tree branches for biodiversity monitoring. Science Robotics, 18. Januar 2023. DOI externe Seite 10.1126/scirobotics.add5762