Der Wettlauf um die Rettung der DNA der Welt
HeimHeim > Blog > Der Wettlauf um die Rettung der DNA der Welt

Der Wettlauf um die Rettung der DNA der Welt

Aug 14, 2023

Von Matthew Hutson

Vor vier Jahren hob ein Kran ein paar hundert Meilen vor der Küste Westafrikas ein bauchiges gelbes U-Boot vom Forschungsschiff Poseidon und ließ es in den Atlantik hinab. Im U-Boot versuchte Karen Osborn, eine Zoologin an der Smithsonian Institution, die in warme Kleidung gehüllt war, Übelkeit abzuwehren. Während einer halben Stunde Sicherheitskontrollen beobachtete Osborn, wie Wasser wie in einer Waschmaschine über das runde Fenster des U-Bootes schwappte. Dann gab die Besatzung Entwarnung und das Schiff sank. In den Gewässern von Kap Verde, einem vulkanischen Archipel, der für sein Meeresleben berühmt ist, spürte Osborn, wie die Seekrankheit nachließ. Sie drückte ihr Gesicht gegen das Glas und blickte hinaus auf die Meeresbewohner, bis ihre Stirn verletzt war. „Es ist einfach faszinierend, diese Tiere in ihrem natürlichen Lebensraum zu betrachten“, sagte sie mir.

Osborn hatte die Mission, mehrere schwer fassbare Arten zu finden, darunter einen biolumineszierenden Wurm namens Poeobius, und ihre Gene für eine globale DNA-Datenbank zu sequenzieren. „Wir brauchen das Genom, um herauszufinden, wie diese Dinge miteinander zusammenhängen“, erklärte sie. „Sobald wir diesen Baum haben, können wir beginnen, interessante Fragen darüber zu stellen, wie sich diese Tiere entwickelt haben, wie sie sich im Laufe der Zeit verändert haben und wie sie sich an ihre Lebensräume angepasst haben.“ Letztendlich könnten solche Genome zu tiefgreifenden Innovationen führen, von neuen Nutzpflanzen bis hin zu medizinischen Heilmitteln. Osborn begann sich jedoch Sorgen zu machen: Sie hatte bereits mehrere Fahrten mit dem U-Boot gemacht und keinen einzigen Poeobius gesehen. Jeder Wurm ist nur wenige Zentimeter lang und ernährt sich von Meeresschnee oder organischem Abfall, der von der Oberfläche fällt. Da er an einem Ende gelb ist, ähnlich wie eine Zigarette, wird er manchmal auch „Stummelwurm“ genannt.

Während der Pilot in tiefere Gewässer steuerte, betätigte Osborn einen Saugschlauch am Ende eines Roboterarms. Wann immer sie Organismen entdeckte, von denen sie Proben nehmen wollte – Krebstiere, Meeresschmetterlinge, Gelees –, saugte sie diese durch einen Schlauch in einen mit Meerwasser gefüllten Sammelbehälter. Sie begann sich zu wünschen, dass das U-Boot eine Toilette an Bord hätte. Dann, ein paar hundert Meter tiefer, sah sie endlich eine Gruppe von Poeobius. „Oh, das ist es, was wir wollen!“ sie erinnert sich, ausgerufen zu haben. "Gehen! Geh und hol das!“ Der Pilot drehte das U-Boot langsam und Osborn saugte die Würmer auf.

Zurück auf dem Schiff deponierte Osborn ihre Kisten noch bevor sie die Toilette benutzte, in einem Bordlabor. „Es ist immer spannend, rauszuklettern und sich alle Probennehmer anzusehen, sie mit ins Labor zu nehmen und zu sehen, welche Tiere man bekommen hat“, erzählte sie mir. Sie legte einen der Poeobius-Würmer unter ein Mikroskop, betäubte ihn, schnitt ein Stück gallertartiges Gewebe ab und gab ihn in ein Fläschchen, das eine Flüssigkeit enthielt, die die DNA vor dem Verfall schützen sollte. (Der Kolbenwurm überlebte nicht.) Zurück im Smithsonian extrahierte ein Team das genetische Material und sequenzierte es. Es würde bald ein neuer Zweig an einem wachsenden Lebensbaum werden.

Die Entwicklung des Lebens auf der Erde – ein Prozess, der sich über Milliarden von Jahren und unzählige DNA-Stränge erstreckte – könnte als das größte Experiment der Geschichte angesehen werden. Es hat Amöben und Dinosaurier hervorgebracht; Glühwürmchen und Fliegenfallen; sogar Säugetiere, die wie Enten aussehen, und Fische, die wie Pferde aussehen. Diese Arten haben unzählige ökologische Probleme gelöst und neue Wege gefunden, sich zu ernähren, auszuweichen, sich zu verteidigen, zu konkurrieren und sich zu vermehren. Ihre Genome enthalten Informationen, die Menschen nutzen könnten, um die Ursprünge des Lebens zu rekonstruieren, neue Nahrungsmittel, Medikamente und Materialien zu entwickeln und sogar aussterbende Arten zu retten. Aber wir verlieren auch viele Daten; Der Mensch ist eine der Hauptursachen für das anhaltende Massensterben. Mehr als vierzigtausend Tier-, Pilz- und Pflanzenarten gelten als bedroht – und das sind nur die, die wir kennen.

Osborn ist Teil einer Gruppe von Wissenschaftlern, die eine Art wissenschaftliche Bergungsmission durchführen. Es ist als Earth BioGenome Project (EBP) bekannt und sein Ziel ist es, ein Genom von jeder Pflanze, jedem Tier und jedem Pilz auf dem Planeten sowie von vielen einzelligen Organismen wie Algen zu sequenzieren und die Ergebnisse abzurufen Das große Experiment des Lebens, bevor es zu spät ist. „Das ist ein völlig wunderbares und verrücktes Ziel“, sagte mir Hank Greely, ein Juraprofessor aus Stanford, der mit der EBP zusammenarbeitet. Die von den Organisatoren als „Mondschuss für die Biologie“ bezeichnete Initiative wird wahrscheinlich Milliarden von Dollar kosten – doch sie verfügt derzeit über keine direkte Finanzierung und ist stattdessen auf die ehrenamtliche Arbeit von Wissenschaftlern angewiesen, die dies tun. Forscher müssen Ozeane, Wüsten und Regenwälder absuchen, um Proben zu sammeln, bevor Arten aussterben. Und wenn neue Arten entdeckt werden, wird die Aufgabe, sie alle zu sequenzieren, immer größer. „Das ist ein großer Anspruch, der wahrscheinlich nie ganz erreicht werden wird“, sagte mir die 71-jährige Greely. „Das ist so, als würde man in meinem Alter eine junge Eiche in den Garten pflanzen. Sie werden nicht mehr erleben, dass daraus eine ausgewachsene Eiche wird, aber Sie hoffen, dass es jemand tut.“

Seit Hunderten von Jahren sind Biologen auf der ganzen Welt unterwegs, um das Leben auf der Erde zu sammeln und zu kategorisieren. Nachdem er im 17. Jahrhundert Schweden durchquert hatte, um seine Flora und Fauna zu dokumentieren, half Carl von Linné bei der Entwicklung des Systems, das Wissenschaftler noch heute zur Klassifizierung und Benennung von Arten verwenden, vom Homo sapiens bis zum Poeobius meseres. Im Jahr 1831 machte sich Charles Darwin an Bord der HMS Beagle auf den Weg, um lebende und versteinerte Exemplare zu sammeln, was ihn zu seiner Theorie der natürlichen Auslese inspirierte. Die Entdeckung der DNA im 19. Jahrhundert bot eine neue Möglichkeit, Arten zu klassifizieren: durch den Vergleich ihres genetischen Materials. Die vier Bausteine ​​der DNA – Adenin (A), Thymin (T), Guanin (G) und Cytosin (C) – kodieren tiefgreifende Unterschiede zwischen Organismen. Wenn wir ihre Abfolge studieren, könnten wir dazu kommen, die Sprache des Lebens zu sprechen.

Erst 1968 begannen Wissenschaftler mit der Sequenzierung eines DNA-Moleküls. 1977 sequenzierten sie die etwa fünftausend Basenpaare eines Virus, das in Bakterien eindringt. Und im Jahr 1990 begann das Humangenomprojekt mit dem dreizehnjährigen Prozess der Sequenzierung fast aller drei Milliarden Basenpaare in unserer DNA. Die Organisatoren bezeichneten das Unterfangen als „eines der ehrgeizigsten wissenschaftlichen Unternehmungen aller Zeiten, selbst im Vergleich zur Atomspaltung oder dem Flug zum Mond“. Seitdem füllen Forscher Lücken und verbessern die Qualität ihrer Sequenzen, unter anderem durch die Verwendung eines neuen Formats, das als Telomer-zu-Telomer- oder T2T-Genom bekannt ist. Das erste menschliche T2T-Genom wurde erst letztes Jahr sequenziert, aber Wissenschaftler des Earth BioGenome Project sprechen bereits davon, diesen Prozess für jede bekannte eukaryontische Art zu wiederholen. (Eukaryoten sind Organismen, deren Zellen Kerne haben.)

Da das EBP nicht über eigene Mittel verfügt, führt es keine eigenen Proben oder Sequenzierungen von Arten durch. Stattdessen handelt es sich um ein Netzwerk von Netzwerken. Seine Organisatoren legen ethische und wissenschaftliche Standards für mehr als fünfzig Projekte fest, darunter den Darwin Tree of Life, das Vertebrate Genomes Project, das African BioGenome Project und das Butterfly Genome Project. Auf diese Weise „ist es am Ende des Projekts nicht mehr der Turmbau zu Babel“, sagte mir Harris Lewin, Evolutionsbiologe an der University of California in Davis und Vorsitzender des EBP-Exekutivrates. „Wissen Sie – Ihre Genome werden auf diese Weise produziert, und meine werden auf diese Weise produziert, und sie sind von unterschiedlicher Qualität, sodass Sie beim Vergleich unterschiedliche Ergebnisse erhalten.“

Bis 2025 hoffen die Teilnehmer, etwa neuntausend Sequenzen zusammenzustellen, eine aus jeder bekannten Eukaryotenfamilie. Bis 2029 wollen sie aus jeder Gattung eine Sequenz haben – insgesamt einhundertachtzigtausend. Nach der dritten und letzten Phase, die in einem Jahrzehnt abgeschlossen sein könnte, wollen sie alle 1,8 Millionen Arten sequenziert haben, die Wissenschaftler bisher dokumentiert haben. (Ungefähr achtzig Prozent der eukaryotischen Arten sind noch unentdeckt.) Für diese Datenbank mit Genomen, einschließlich Anmerkungen und Metadaten, sind nahezu ein Exabyte an Daten oder bis zu zweihundert Millionen DVDs erforderlich. Die Menge der beteiligten Informationen sei mehr als „astronomisch“, sagte Lewin; es ist „genomisch“. Er verglich das Projekt mit dem Webb-Weltraumteleskop, das rund zehn Milliarden Dollar staatlicher Förderung erhielt. Wenn man bedenkt, wie sehr diese Projekte die Art und Weise verändern, wie Menschen die Welt sehen, sind die Kosten wirklich nicht so hoch, sagte Lewin.

Naturhistorische Museen verfügen bereits über einige der Proben, die zur Darstellung eines genetischen Lebensbaums erforderlich sind. Das Smithsonian verfügt beispielsweise über etwa fünfzig Millionen biologische Proben. Da sich DNA jedoch schnell abbaut, ist es schwierig, eine qualitativ hochwertige Sequenz beispielsweise aus einem Frosch in Formaldehyd oder einem alten ausgestopften Papagei zu extrahieren. Aus diesem Grund beschränkt sich das EBP in der Regel auf aktuelle Proben, die häufig eingefroren sind. Es stützt sich auf das Global Genome Biodiversity Network, um den Überblick darüber zu behalten, wer was hat; Eine andere Datenbank namens Genomes on a Tree verfolgt, welche Arten bereits sequenziert wurden und ob sie anspruchsvolle Standards erfüllen. Wissenschaftler wie Osborn müssen den Rest finden – und ihre Arbeit wird nur noch schwieriger, wenn die tief hängenden Früchte gepflückt werden.

Nachdem Osborn ihre Po-Würmer eingesammelt hatte, musste sie diese zu ihren Kollegen im Smithsonian transportieren. Dieser Prozess kann schwieriger sein, als es sich anhört. Viele Forscher halten ihre Proben intakt, indem sie sie vor Ort mit Trockeneis oder flüssigem Stickstoff verpacken. Mitarbeiter der Flughafensicherheit kennzeichnen diese Pakete manchmal als verdächtig, was zu Verzögerungen führt, die die DNA zerstören und eine Expedition verschwenden können. Osborn ihrerseits überprüfte auf dem Flug von Kap Verde eine große Isolierbox und wartete dann ein paar Stunden in Newark darauf, dass die Beamten von Fish and Wildlife die Einreise genehmigten. Wie sich herausstellte, stammten ihre Proben von einer völlig neuen Poeobius-Art; Ein Papier, in dem die Entdeckung bekannt gegeben wird, ist in Vorbereitung.

Die erste Station auf dem Weg von der Probe zur Sequenz ist ein Genetiklabor wie das Vertebrate Genome Lab an der Rockefeller University an der Ostküste von Manhattan. An einem regnerischen Tag im vergangenen Mai besuchte ich das VGL, um zu sehen, wie Wissenschaftler ein Stück tierisches Gewebe in eine Reihe von Milliarden Buchstaben verwandeln. Olivier Fedrigo, ein bebrillter Genetiker und damaliger Leiter des Labors, führte mich durch einen Flur, der mit Fotos von Arten geschmückt war, die dort sequenziert worden waren: einer Schlange, einem Schwan, einem Hai. Es war eine Art Trophäenwand, auf der die Einbeziehung nicht den Tod, sondern eine Art Unsterblichkeit bedeutete.

Forscher extrahieren DNA aus tierischem Gewebe in einem Raum der Biosicherheitsstufe zwei, der zum Schutz von Personen und Proben Schutzbrillen, Handschuhe, Mäntel und eine spezielle Belüftung erfordert. Nivesh Jain, ein Wissenschaftler, der dort arbeitet, erzählte mir, dass er das Gewebe zerkleinert, es in einen Lysepuffer legt – eine Chemikalie, die Zellen aufbricht – und dann eine von zwei Methoden anwendet, um die DNA herauszuholen. Bei der ersten handelt es sich um eine Art mikroskopisch kleine Magnetkügelchen, die mit Chemikalien behandelt werden, die dafür sorgen, dass sie am genetischen Material haften. Magnete halten die Perlen und die daran befestigte DNA an Ort und Stelle, während Jain alles andere wegwäscht. Der zweite ist ein Glaswafer namens Nanobind-Scheibe, der ebenfalls an der DNA haftet, während Jain den Rest der Probe entfernt. Als wir uns trafen, stand Jain an einem Labortisch und überprüfte die DNA-Konzentration in einem Fläschchen. Das Fläschchen wurde dann in einen anderen Raum gebracht, wo Jennifer Balacco, die Leiterin des Laborbetriebs, Stücke der extrahierten DNA in kleine Plastikröhrchen pipettierte. Spezielle Enzyme befestigen kurze, erkennbare DNA-Stücke, sogenannte Adapter, an der tierischen DNA und bereiten sie so für den Sequenzierer vor.

Schließlich gelangen die Proben in kühlschrankgroße PacBio-Sequenzierungsmaschinen, die in diesem Fall mit Spitznamen aus „Star Trek“ gekennzeichnet waren. Enzyme heften sich an die Adapter, durchqueren die Stränge und binden ein farbcodiertes Molekül an jeden DNA-Baustein. Die Maschine erkennt die Farben und „liest“ die Reihenfolge, die sie darstellen.

Es reicht nicht aus, DNA in Stücken zu sequenzieren: Wissenschaftler müssen herausfinden, wie sich jedes Fragment verbindet, um ein Genom zu bilden. Genome neigen dazu, in komplizierten Formen gebündelt zu sein. Eine Technik namens Hi-C-Mapping „hilft Ihnen, die Puzzleteile zu sortieren“, sagte mir Fedrigo. Die resultierende Karte gefalteter DNA ist voller bunter Kringel. An einigen Computern neben den Sequenziergeräten helfen die Karten einem anderen Forscherteam, Sequenzfragmente zu einem vollständigen T2T-Genom zusammenzusetzen. Nadolina Brajuka, eine Bioinformatikerin, baute das Genom eines asiatischen Elefanten zusammen. „Ich kann die Tasten- und Maussteuerung physisch nutzen und Teile des Genoms aufnehmen und bewegen“, sagte sie. Der letzte Schritt besteht darin, dass ein „Datenwrangler“ im Team die Rohsequenzdatendatei, die endgültige Genomassemblierung und Hintergrundinformationen über die Probe hochlädt – einschließlich wo, wann und wie sie entnommen wurde, sowie ein Foto davon Arten – an einen öffentlichen Server namens GenomeArk.

Ein Ziel des EBP besteht darin, eine große Anzahl von Genomen zu vergleichen und gegenüberzustellen und aufzudecken, wie sie miteinander verwandt sind. Benedict Paten, ein Computerbiologe an der University of California in Santa Cruz, hat eine Software entwickelt, um Genome auszurichten und zu bestimmen, welche Gene einander entsprechen. „Es ist ein wirklich komplexes und schwieriges Problem“, sagte er mir, „weil sich Genome durch eine Reihe wirklich komplizierter Prozesse entwickeln.“ Für einen Nature-Artikel aus dem Jahr 2020 verwendeten Paten und mehrere Mitarbeiter leistungsstarke Computer, um mehr als eine Billion As, Ts, Gs und Cs aufeinander abzustimmen und einen Baum mit sechshundert Vogel- und Säugetierarten zu erstellen. Auf einem typischen Heimcomputer hätte ein solches Unterfangen mehr als eine Million Stunden dauern können. „Wenn man es für alle Pflanzen und Tiere machen wollte, wäre das nur eine große Rechenaufgabe“, sagte mir Paten.

Während meiner Reise zur Rockefeller-Universität besuchte ich Erich Jarvis, einen gut gekleideten Neurogenetiker, der das Vertebrate Genomes Project leitet, und bat ihn, mir die Arten von Experimenten zu zeigen, die das EBP ermöglichen wird. Jarvis, der Sohn zweier Musiker, wuchs in Harlem auf und machte ursprünglich eine Ausbildung zum Tänzer; Heute erforscht er die Gene, die Tieren helfen, Geräusche nachzuahmen.

Wir gingen durch Jarvis‘ weitläufiges Labor auf einen Wissenschaftler zu, der durch ein Mikroskop einen Vogelembryo betrachtete. In diesem frühen Entwicklungsstadium sei es möglich gewesen, dem Embryo Zellen zu injizieren, die veränderte DNA enthielten, erklärte der Wissenschaftler. Wenn der sogenannte transgene Vogel schlüpfte, konnte das Labor untersuchen, ob die fremden Gene seine Fähigkeit, Lieder zu lernen, beeinträchtigten.

Ein Raum in der Nähe war voller eingesperrter Vögel und Mäuse; Lautsprecher spielten Geräusche ab, während Kameras und Mikrofone aufzeichneten, wie die Tiere reagierten. Ich bückte mich, um einen Zebrafinken zu betrachten, der zwitscherte. Jarvis erzählte mir, dass überraschend wenige Tiere nachweislich Geräusche nachahmen: Singvögel, Kolibris, Papageien, Delfine, Wale, Robben, Fledermäuse, Elefanten und Menschen. Herauszufinden, was diese Tiere gemeinsam haben, könnte uns helfen, die genetischen Wurzeln der gesprochenen Sprache zu verstehen. Diese Art der Forschung, so Jarvis weiter, sei nur mit hochwertigen vollständigen DNA-Sequenzen möglich.

„Wir Menschen würden vom Experiment der Natur sehr profitieren“, sagte Jarvis. Einige Arten sind resistent gegen SARS-CoV-2. Einige, darunter Papageien und Elefanten, erkranken selten an Krebs. Manche Pflanzen produzieren mehr Nahrung als andere. „Wir werden diese Informationen verlieren, wenn wir nicht bald etwas dagegen unternehmen“, sagte er. Das EBP könnte Wissenschaftlern auch die Möglichkeit geben, die Gesundheit von Ökosystemen zu untersuchen. Ein Forscher mit Zugang zu vollständigen Genomen kann Teichwasserproben nehmen und herausfinden, welche Arten dort leben. Solche Studien könnten den Menschen helfen, die Schäden der Landwirtschaft, der Urbanisierung und des Klimawandels umzukehren – und das zu erfüllen, was Jarvis eine „moralische Pflicht“ nannte, Artgenossen zu retten.

Das Earth BioGenome Project „wird der Naturschutzgenomik neue Türen öffnen“, sagte mir Bridget Baumgartner, die für eine Organisation namens Revive & Restore arbeitet. Ihr Projekt „Wild Genomes“ versucht, DNA für das Management gefährdeter Arten zu nutzen. In Bolivien sequenzieren Wissenschaftler Jaguare, um festzustellen, aus welcher Population die einzelnen Jaguare stammen, und um auch den illegalen Wildtierhandel aufzuspüren. In der Mojave-Wüste vergleichen Forscher die Genome von Bäumen, die bei unterschiedlichen Temperaturen überleben, um herauszufinden, welche Exemplare dieser Art an anderen Orten gepflanzt werden könnten, wenn sich das Klima ändert. Und im indonesischen Archipel wurden Binturongs vor Schmugglern gerettet und auf ihre spezifische Herkunftsinsel zurückgebracht, die durch DNA bestimmt werden kann. Der andere Teil von Revive & Restore zielt auf die Ausrottung verlorener Arten wie der Wandertaube mithilfe des Genoms lebender Tiere ab. Ein Großteil der Mittel für diese Arbeit kam ursprünglich von wohlhabenden Technologieinvestoren aus der Bay Area – „nicht dem typischen Naturschutzfinanzierer“, sagte Ryan Phelan, Geschäftsführer und Mitbegründer von Revive & Restore –, kommt aber zunehmend von Regierungen.

Derzeit ist der Sequenzierungsprozess so umständlich, dass Wissenschaftler nicht hoffen können, ihn im kommenden Jahrzehnt mehr als eine Million Mal zu wiederholen. Um die erforderliche Geschwindigkeit von Hunderten von Genomen pro Tag zu erreichen, müssen sie einen Großteil davon automatisieren, vielleicht mit Robotern, die Proben vorbereiten können, und verbesserten Algorithmen, die Genome zusammensetzen können – obwohl der Flaschenhals, betonte Lewin, immer noch die Probenahme ist. Natürlich ist für all dies eine Finanzierung erforderlich. „Es gibt kaum einen Präzedenzfall für ein Regierungsprojekt, das so viele wissenschaftliche Bereiche berührt“, sagte mir Lewin. „Wenn man es in den USA essen kann, wird das USDA es finanzieren. Wenn es Sie umbringt, wird das NIH es finanzieren. Wenn es für die Energieerzeugung gut ist, wird es vom Energieministerium finanziert. Und wenn Sie interessante wissenschaftliche Fragen haben, wird die National Science Foundation diese finanzieren. Aber es gibt keine Agentur, die alles besitzt.“ Aus diesem Grund, so Lewin, seien die Organisatoren des EBP weniger auf die Zusammenstellung eines Flickenteppichs von Zuschüssen konzentriert, als vielmehr auf die Suche nach einem „visionären Philanthropen“, wie er es nannte.

Früher oder später wird eine globale Genomdatenbank tiefgreifende praktische Auswirkungen haben. Manche Lebewesen können ihre Gliedmaßen nachwachsen lassen; andere scheinen nicht zu sterben, es sei denn, sie erleiden eine Verletzung. Wenn die Grundlage für solche Merkmale in den Genen lokalisiert werden kann, könnte der Mensch sie möglicherweise übernehmen, vielleicht durch den Einsatz von Gentherapien. „Die Evolution hat schon fast jedes Experiment durchgeführt, oder?“ Lewin hat es mir erzählt. „Es gibt Organismen, die Ölverschmutzungen fressen, und es gibt Organismen, die Schwermetalle fressen. Ich meine, es ist unglaublich.“ Aber wem werden Genome gehören, wenn sie neue Produkte inspirieren? Diese Frage macht das EBP nicht nur zu einem wissenschaftlichen, sondern zu einem politischen Projekt.

In den neunziger Jahren argumentierten Wissenschaftler des Human Genome Project, dass DNA-Sequenzen öffentlich zugänglich sein sollten, was bedeutete, dass jeder sie überall nutzen könne. „Das ist seit etwa dreißig Jahren ein Leitprinzip der Genomik“, sagte mir Jacob Sherkow, Professor am College of Law der University of Illinois. In jüngerer Zeit haben sich die Ansichten geändert. „‚Public Domain‘ ist ein irreführender Begriff, der verwendet wird, um indigenen Völkern ihre Rechte auf Dinge zu verweigern, die ihnen wichtig sind“, sagte mir Ben Te Aika, ein Experte für das traditionelle Wissen des Māori-Volkes in Neuseeland. „Es wäre ehrlicher zu sagen ‚Domäne der Eliten‘.“ „Bei den Zweitausendern befürchteten viele Beobachter, dass wohlhabende Nationen biologische Proben ausbeuten würden, ohne die Länder, aus denen sie stammen, zu entschädigen. Dieses Anliegen hat dazu beigetragen, das Nagoya-Protokoll zu inspirieren, ein internationales Gesetz, das den „Nutzenausgleich“ fördert und die Länder anweist, sich auf Bedingungen zu einigen, bevor biologische Proben weitergegeben werden. Mehr als hundert Länder haben es ratifiziert. (Die USA gehören nicht dazu.)

Te Aika erzählte mir, dass seine Gemeinschaft nach Jahrhunderten des europäischen Kolonialismus ihr Mana oder ihre traditionelle Autorität über einheimische Arten wieder bekräftigt habe. Er argumentiert, dass das Māori-Volk die Möglichkeit haben sollte, von allen in Neuseeland gesammelten wissenschaftlichen Proben zu profitieren. Zusammen mit einer Kollegin aus Irland, Ann Mc Cartney, hat Te Aika gemeinsam Papiere verfasst, die sich für Datensouveränität oder das Recht lokaler und indigener Völker einsetzen, „Daten von und über ihre Gemeinschaften, ihr Land, ihre Arten und Gewässer zu kontrollieren“. Sie beschrieben EBP als „eine Gelegenheit, niemanden zurückzulassen“. Die wissenschaftliche Zusammenarbeit, für die Te Aika arbeitet, Genomics Aotearoa, ist nicht mit dem EBP verbunden und hat eine ungewöhnliche Struktur angenommen: Ihre Daten sind nur Forschern zugänglich, die sich bewerben und zu einer Reise nach Neuseeland eingeladen werden. Externe Wissenschaftler könnten solche Einschränkungen als eine Art Bürokratie betrachten, sagte Te Aika, aber „Bürokratie kann notwendig werden, wenn selbstregulierende Systeme versagen.“

Mehrere Wissenschaftler sagten mir, dass das Nagoya-Protokoll bereits veraltet sei. „Die Vorteilsteilung im Nagoya-Protokoll wird immer strenger und verwirrender“, sagte Jarvis, was zum Teil auf Debatten darüber zurückzuführen sei, wie es zu interpretieren sei. Derzeit, so argumentierte er, halte das Protokoll Wissenschaftler davon ab, überhaupt Produkte zu entwickeln – ein Ergebnis, das seiner Ansicht nach niemandem nütze. Ein Argument für die Kommerzialisierung von Genomen ist, dass „man dann einen finanziellen Nutzen daraus ziehen kann, der den Menschen zugute kommt, die das Land betreuen, aus dem das Tier stammt“, sagte er. „Es muss sich etwas ändern.“

Die komplexeste Debatte, erzählte mir Sherkow, betreffe die Frage, ob eine digitale DNA-Sequenz als biologische Probe zähle. Wenn nicht, würde das Nagoya-Protokoll nicht auf die im EBP gespeicherten Buchstabenfolgen gelten, und wie Sherkow es ausdrückte: „Jeder für sich.“ Jeder Wissenschaftler, jedes Unternehmen und jedes Land könnte eine Sequenz herunterladen und für eigene Zwecke nutzen, ohne die Gemeinschaft, aus der die Sequenz stammt, zu konsultieren oder zu entschädigen. Wenn es sich bei der Sequenz jedoch um eine Stichprobe handelt, werden die Genome von Nagoya bestimmt, und es werden viele schwierige Fragen folgen. Wie sollen die Vorteile einer Entdeckung oder eines Produkts geteilt werden? Sind sie dem Land zu verdanken, aus dem die Sequenz stammt, oder jemand anderem, beispielsweise einer indigenen Gruppe? Gemeinschaften brauchen die Möglichkeit, ihre eigenen Prioritäten zu äußern: Einige möchten möglicherweise Kapazitäten für ihre eigene Forschung aufbauen, andere möchten möglicherweise eine Vergütung oder einfach nur Anerkennung für ihre Beiträge zu einer Entdeckung. Einige der Wissenschaftler, mit denen ich gesprochen habe, waren der Meinung, dass zur Beantwortung dieser Fragen neue internationale Gesetze verfasst werden müssten.

Die EBP hat einen Ausschuss für ethische, rechtliche und soziale Fragen gebildet, um solche Herausforderungen zu bewältigen. Sherkow beschrieb seine Arbeit als Balanceakt: „Was ist das Beste für die Wissenschaft? Was ist das Beste für die Welt? Was ist das Beste für das jeweilige Land, aus dem wir Proben nehmen?“ Greely, der Vorsitzende des Komitees, sagte, dass es auch in anderen Bereichen Best Practices entwickelt: Interaktion mit lokalen Gemeinschaften, humane Behandlung von Tieren, bei denen Proben entnommen werden, ob Proben in Ländern entnommen werden sollen, die von „bösen Regimen“ regiert werden, Urheberschaft auf Papieren und sogar Risiken des Bioterrorismus. Er fügte hinzu, dass er verblüfft sei, als er erfuhr, wie viele internationale Verträge sich auf biologische Ressourcen auswirken – Verträge über Ernährung und Landwirtschaft, wandernde Arten, Walfang, das Seerecht und mehr. „Viele der Probleme sind keine wissenschaftlichen oder gar technischen Probleme“, erzählte mir Sherkow. „Das größte Problem bei der Sequenzierung aller nichtmenschlichen Eukaryoten auf der Welt sind die Menschen.“

Die Suche nach der Dokumentation des Lebens erstreckt sich über wissenschaftliche Disziplinen, Kontinente und Generationen. Um 1837 zeichnete Darwin erstmals einen Lebensbaum in sein Notizbuch; Zweihundert Jahre später konnte die EBP einiges von dem zu Ende bringen, was sie begonnen hatte. Im vergangenen Mai setzte sich Mark Blaxter, ein Evolutionsbiologe aus Großbritannien, der an dem Projekt beteiligt und Direktor des Darwin Tree of Life ist, ins Gras in seinem Hinterhof, öffnete ein Bier und meldete sich von seinem Laptop aus bei Zoom an , und erzählte mir von der neuen Ära der Biologie, die er vorhersieht. Von Zeit zu Zeit unterbrach sich Blaxter, der langes weißes Haar und einen ergrauenden Bart hat, um die Gruseltiere zu identifizieren, die um ihn herum krochen: Marienkäfer, Biene, Pillenkäfer. „Auf diesem Stück Gras gibt es zwei Ameisenarten“, bemerkte er. „Aber nur einer von ihnen beißt mich.“

Charlotte Wright, eine 25-jährige Doktorandin, die gerne Insekten fängt, trank an diesem Tag ein Bier mit Blaxter. Wright erforscht Motten, die zusammen mit Schmetterlingen ein Zehntel aller bekannten eukaryotischen Arten ausmachen. Auch sie sind geheimnisvoll. Menschliche Genome haben typischerweise 23 Chromosomenpaare; Schmetterlinge können zwischen fünf und zweihundertsechsundzwanzig haben. „Das gibt ihnen die größte Bandbreite an Chromosomenzahlen aller Organismengruppen auf der Erde“, sagte Wright. „Sie sind völlig verrückt.“ Da es für Tiere mit unterschiedlicher Chromosomenzahl schwierig ist, Nachkommen zu zeugen, kann die Untersuchung der Chromosomenentwicklung Aufschluss darüber geben, wie eine Art in viele Arten zerfällt – eine der grundlegenden Fragen der Biologie.

Blaxter beobachtete, wie eine Biene in sein Haus flog. Dann dachte er über die vielen Medikamente nach, die im Laufe der Jahre aus der Natur kamen. Aspirin wurde ursprünglich aus Weidenrinde gewonnen, die seit der Antike zur Schmerzlinderung eingesetzt wurde. „Wir glauben, dass durch die Sequenzierung beispielsweise von Pilzen ein riesiges neues Arzneibuch eröffnet wird“, sagte er mir. „Denken Sie an die transformative Wirkung, die das menschliche Genom auf unser Verständnis der menschlichen Biologie und Medizin sowie von Krankheit und Gesundheit hatte. Wir wollen, dass das für alle verfügbar ist.“

Als Blaxter in den Achtzigern Biologe wurde, hatten Wissenschaftler noch nicht einmal mit der Sequenzierung des menschlichen Genoms begonnen. Damals war „Biodiversität“ noch ein neuer Begriff; Die Menschen begannen gerade erst zu begreifen, wie viele Arten für immer verschwanden und wie sehr unsere Aktivitäten den Planeten und sein Klima veränderten. Blaxter, der 63 Jahre alt ist, schien sich bewusst zu sein, dass er möglicherweise nicht lange genug leben würde, um alle Auswirkungen der genomischen Revolution zu erleben. „Ich bin auf dem Weg nach draußen“, sagte er. „Ich gehöre zur alten Generation, oder?“ Wrights Generation würde beispiellose Herausforderungen erben, aber sie würde auch auf einer beispiellosen Wissensbasis über die Natur aufbauen. „Charlotte wird zur ersten Generation der Genom-Eingeborenen gehören“, sagte mir Blaxter. „Mit diesem Projekt wollen wir die Art und Weise, wie Biologie betrieben wird, für immer verändern.“ ♦