Ex-situ -Erhaltung

Ex-situ- Erhaltung ( wörtlich „ Erhaltung außerhalb des natürlichen Lebensraums “ ) ist der Prozess des Schutzes einer gefährdeten Pflanzen- oder Tierart, -varietät oder -rasse außerhalb ihres natürlichen Lebensraums . Dies geschieht beispielsweise durch die Entnahme eines Teils der Population aus einem bedrohten Lebensraum und deren Ansiedlung an einem neuen Ort, einer künstlichen Umgebung, die dem natürlichen Lebensraum des jeweiligen Tieres ähnelt und unter menschlicher Obhut steht, wie etwa einem Zoo oder einem Wildtierrefugium . ^{[ 1 ] [ 2 ]} Das Ausmaß, in dem der Mensch die natürliche Dynamik der betreuten Population kontrolliert oder verändert, variiert stark. Dies kann die Veränderung von Lebensräumen, Fortpflanzungsmustern, Zugang zu Ressourcen sowie den Schutz vor Fressfeinden und Tod umfassen.

Ex-situ -Management kann innerhalb oder außerhalb des natürlichen Verbreitungsgebiets einer Art erfolgen. Individuen, die ex situ gehalten werden , befinden sich außerhalb einer ökologischen Nische . Das bedeutet, dass sie nicht denselben Selektionsdrücken unterliegen wie Wildpopulationen und bei mehrgenerationiger Ex-situ -Haltung einer künstlichen Selektion unterliegen können . ^{[ 3 ]}

Die landwirtschaftliche Biodiversität wird auch in Ex-situ -Sammlungen erhalten. Dies geschieht vor allem in Form von Genbanken , in denen Proben aufbewahrt werden, um die genetischen Ressourcen wichtiger Nutzpflanzen und ihrer wilden Verwandten zu bewahren .

Botanische Gärten , Zoos und Aquarien sind die gängigsten Einrichtungen für die Ex-situ -Erhaltung von Tieren. Sie beherbergen geschützte Exemplare zur Zucht und Wiederauswilderung. Diese Einrichtungen bieten nicht nur Schutz und Pflege für bedrohte Arten, sondern haben auch einen hohen Bildungswert. Sie informieren die Öffentlichkeit über den Gefährdungsstatus dieser Arten und die Ursachen dieser Bedrohung. Ziel ist es, das öffentliche Interesse an der Bekämpfung und Umkehr dieser Faktoren zu wecken, die das Überleben der Arten gefährden. Sie sind die meistbesuchten Ex-situ -Erhaltungseinrichtungen. Die WZCS (World Zoo Conservation Strategy) schätzt, dass die 1.100 organisierten Zoos weltweit jährlich über 600 Millionen Besucher empfangen. Weltweit gibt es schätzungsweise 2.107 Aquarien und Zoos in 125 Ländern. Darüber hinaus halten viele private Sammler und andere gemeinnützige Organisationen Tiere und engagieren sich in Erhaltungs- und Wiederauswilderungsprojekten. ^{[ 4 ] : 91} In den Vereinigten Staaten gibt es etwa 2.000 botanische Gärten in 148 Landkreisen, die im Jahr 2004 schätzungsweise 80.000 Pflanzenarten kultivierten oder lagerten. [ ^{4 ] : 10–11}

Die Kryokonservierung von Pflanzen umfasst die Lagerung von Samen, Pollen, Gewebe oder Embryonen in flüssigem Stickstoff. Mit dieser Methode lässt sich Material praktisch unbegrenzt und ohne Qualitätsverlust über einen deutlich längeren Zeitraum lagern als mit allen anderen Methoden der Ex-situ -Erhaltung. ^{[ 5 ]} Auch zur Erhaltung der Tiergenetik wird die Kryokonservierung tiergenetischer Ressourcen eingesetzt . Technische Einschränkungen verhindern die Kryokonservierung vieler Arten, doch die Kryobiologie ist ein aktives Forschungsgebiet, und zahlreiche Studien zu Pflanzen sind bereits im Gange. ^{[ 5 ]}

Die Lagerung von Saatgut erfolgt in einer temperatur- und feuchtigkeitskontrollierten Umgebung. Diese Methode wird für Taxa mit orthodoxem Saatgut angewendet, das Austrocknung verträgt . Die Einrichtungen von Saatgutbanken reichen von versiegelten Boxen bis hin zu klimatisierten Kühlräumen oder Tresoren. Taxa mit recalcitrantem Saatgut, das keine Austrocknung verträgt, werden in der Regel nicht über längere Zeiträume in Saatgutbanken aufbewahrt.

Eine großflächige Freilandanpflanzung dient dem Erhalt der genetischen Vielfalt von Wild-, Landwirtschafts- und Forstpflanzen. Arten, die sich nur schwer oder gar nicht in Saatgutbanken erhalten lassen, werden typischerweise in Freilandgenbanken konserviert. Freilandgenbanken können auch genutzt werden, um Nachkommen von Arten zu züchten und auszuwählen, die mit anderen Ex-situ -Methoden konserviert wurden.

Pflanzen, die in einer gestalteten Landschaft, typischerweise einem botanischen Garten oder Arboretum , gärtnerisch gepflegt werden . Diese Technik ähnelt einer Freilandgenbank, da die Pflanzen in ihrer natürlichen Umgebung erhalten bleiben. Allerdings sind die Sammlungen in der Regel nicht so genetisch vielfältig oder umfangreich. Sie sind anfällig für Hybridisierung, künstliche Selektion, Gendrift und Krankheitsübertragung. Arten, die sich nicht durch andere Ex-situ -Methoden erhalten lassen, werden häufig in kultivierten Sammlungen gehalten.

Die Pflanzen werden gärtnerisch gepflegt, die Umgebung wird jedoch naturnah gestaltet. Dies geschieht sowohl in renaturierten als auch in naturnahen Gebieten. Diese Methode wird vor allem bei seltenen Pflanzenarten oder in Gebieten mit stark geschädigtem Lebensraum angewendet.

Somatisches Gewebe kann für kurze Zeit in vitro gelagert werden . Dies geschieht in einer licht- und temperaturkontrollierten Umgebung, die das Zellwachstum reguliert. Als Ex-situ -Konservierungsmethode wird die Gewebekultur hauptsächlich zur vegetativen Vermehrung von vegetativem Gewebe oder unreifen Samen eingesetzt. Dadurch können aus relativ geringen Mengen an Muttergewebe Klonpflanzen gezogen werden.

Gefährdete Tierarten und -rassen werden mithilfe ähnlicher Techniken erhalten. ^{[ 6 ]} Tierarten können in Genbanken konserviert werden . Diese bestehen aus Kryoeinrichtungen zur Lagerung lebender Spermien , Eizellen oder Embryonen . Beispielsweise hat die Zoologische Gesellschaft von San Diego einen „ gefrorenen Zoo “ eingerichtet, um solche Proben von über 355 Arten, darunter Säugetiere, Reptilien und Vögel, mithilfe von Kryokonservierungstechniken zu lagern. ^{[ 7 ]}

Eine mögliche Methode zur Unterstützung der Fortpflanzung gefährdeter Arten ist die interspezifische Schwangerschaft . Dabei werden Embryonen einer gefährdeten Art in die Gebärmutter eines Weibchens einer verwandten Art eingesetzt, das die Schwangerschaft austrägt. ^{[ 8 ]} Dies wurde bereits beim Iberischen Steinbock durchgeführt . ^{[ 9 ]}

Eine weitere vielversprechende Technik ist die isochore Vitrifikation, bei der eine Zygote oder ein ausgewachsenes Tier in Vitrifikationslösung eingefroren und durch langsames Auftauen mit einem Laser lebensfähige Organismen erzeugt werden. ^{[ 10 ]}

In Gefangenschaft gehaltene Populationen sind Problemen wie Inzuchtdepression , Verlust genetischer Vielfalt und Anpassungen an die Gefangenschaft ausgesetzt. Es ist wichtig, diese Populationen so zu managen, dass diese Probleme minimiert werden und die wiederangesiedelten Individuen den ursprünglichen Gründertieren so ähnlich wie möglich sind. Dies erhöht die Chancen erfolgreicher Wiederansiedlungen . ^{[ 11 ]} In der anfänglichen Wachstumsphase wird die Populationsgröße rasch erhöht, bis eine Zielpopulationsgröße erreicht ist. ^{[ 12 ]} Die Zielpopulationsgröße ist die Anzahl der Individuen, die erforderlich ist, um ein angemessenes Maß an genetischer Vielfalt zu erhalten. Diese wird im Allgemeinen mit 90 % der aktuellen genetischen Vielfalt nach 100 Jahren angenommen. ^{[ 12 ]} Die Anzahl der benötigten Individuen variiert je nach potenzieller Wachstumsrate, effektiver Populationsgröße, aktueller genetischer Vielfalt und Generationszeit. ^{[ 11 ]} Sobald die Zielpopulationsgröße erreicht ist, liegt der Fokus auf der Erhaltung der Population und der Vermeidung genetischer Probleme innerhalb der Zuchtpopulation. ^{[ 12 ]}

Die Populationsführung durch Minimierung der mittleren Verwandtschaftswerte ist oft ein effektiver Weg, die genetische Vielfalt zu erhöhen und Inzucht in Zuchtpopulationen zu vermeiden. ^{[ 12 ]} Verwandtschaft ist die Wahrscheinlichkeit, dass zwei Allele durch Abstammung identisch sind, wenn von jedem Paarungspartner zufällig ein Allel ausgewählt wird. Der mittlere Verwandtschaftswert ist der durchschnittliche Verwandtschaftswert zwischen einem Individuum und allen anderen Mitgliedern der Population. Mittlere Verwandtschaftswerte können helfen, die geeigneten Paarungspartner zu bestimmen. Bei der Auswahl von Zuchttieren ist es wichtig, Individuen mit den niedrigsten mittleren Verwandtschaftswerten zu bevorzugen, da diese am wenigsten mit dem Rest der Population verwandt sind und die seltensten Allele besitzen. ^{[ 12 ]} Dies stellt sicher, dass seltenere Allele weitergegeben werden, was zur Erhöhung der genetischen Vielfalt beiträgt. Es ist außerdem wichtig, die Paarung zweier Individuen mit sehr unterschiedlichen mittleren Verwandtschaftswerten zu vermeiden, da solche Paarungen sowohl die seltenen Allele des Individuums mit dem niedrigen mittleren Verwandtschaftswert als auch die häufigen Allele des Individuums mit dem hohen mittleren Verwandtschaftswert verbreiten. ^{[ 12 ]} Diese Methode des genetischen Managements setzt die Kenntnis der Abstammung voraus. Ist die Abstammung unbekannt, kann es daher notwendig sein, molekulargenetische Methoden wie Mikrosatellitenanalysen heranzuziehen , um die unbekannten Merkmale zu ermitteln. ^{[ 11 ]}

Die genetische Vielfalt geht in Zuchtpopulationen häufig aufgrund des Gründereffekts und der daraus resultierenden geringen Populationsgröße verloren. ^{[ 12 ]} Die Minimierung dieses Verlusts ist ein wichtiger Bestandteil der Ex-situ -Erhaltung und entscheidend für erfolgreiche Wiederansiedlungen und den langfristigen Erfolg der Art, da vielfältigere Populationen ein höheres Anpassungspotenzial aufweisen . [ ^{11 ] Der} Verlust an genetischer Vielfalt durch den Gründereffekt lässt sich minimieren, indem sichergestellt wird, dass die Gründerpopulation groß genug und genetisch repräsentativ für die Wildpopulation ist. ^{[ 12 ]} Dies ist oft schwierig, da die Entnahme einer großen Anzahl von Individuen aus den Wildpopulationen die genetische Vielfalt einer ohnehin gefährdeten Art weiter verringern kann. Eine Alternative hierfür ist die Gewinnung von Sperma wildlebender Individuen und dessen Verwendung mittels künstlicher Besamung, um frisches genetisches Material einzubringen. ^{[ 13 ]} Die Maximierung der Zuchtpopulationsgröße und der effektiven Populationsgröße kann den Verlust an genetischer Vielfalt verringern, indem der zufällige Verlust von Allelen durch Gendrift minimiert wird . ^{[ 12 ]} Die Minimierung der Anzahl der Generationen in Gefangenschaft ist eine weitere wirksame Methode zur Reduzierung des Verlusts an genetischer Vielfalt in Zuchtpopulationen. ^{[ 12 ]}

Die Selektion begünstigt in Zuchtpopulationen andere Merkmale als in Wildpopulationen. Dies kann zu Anpassungen führen, die in Gefangenschaft vorteilhaft, in freier Wildbahn jedoch nachteilig sind. ^{[ 12 ]} Dies verringert den Erfolg von Wiederansiedlungen. Daher ist es wichtig, Zuchtpopulationen so zu managen, dass Anpassungen an die Gefangenschaft minimiert werden. Anpassungen an die Gefangenschaft lassen sich verringern, indem die Anzahl der Generationen in Gefangenschaft minimiert und die Anzahl der Migranten aus Wildpopulationen maximiert wird. ^{[ 12 ]} Eine weitere Methode zur Verringerung von Anpassungen an die Gefangenschaft besteht darin, die Selektion in Zuchtpopulationen durch die Schaffung einer ihrem natürlichen Lebensraum ähnlichen Umgebung zu minimieren. Dabei ist es wichtig, ein Gleichgewicht zwischen einer Umgebung, die Anpassungen an die Gefangenschaft minimiert, und einer Umgebung, die eine ausreichende Fortpflanzung ermöglicht, zu finden. ^{[ 12 ]} Anpassungen an die Gefangenschaft lassen sich auch verringern, indem die Zuchtpopulation in mehrere Teilpopulationen unterteilt wird. Bei dieser Managementstrategie wird die Zuchtpopulation in mehrere Subpopulationen oder Fragmente aufgeteilt, die separat gehalten werden. Kleinere Populationen haben ein geringeres Anpassungspotenzial, daher ist es unwahrscheinlicher, dass die Populationsfragmente Anpassungen an die Haltung in Gefangenschaft entwickeln. Die Fragmente werden getrennt gehalten, bis Inzucht ein Problem darstellt. Dann werden Zuwanderer zwischen den Fragmenten ausgetauscht, um die Inzucht zu reduzieren, und anschließend werden die Fragmente wieder getrennt verwaltet. ^{[ 12 ]}

Genetische Erkrankungen stellen in Zuchtpopulationen häufig ein Problem dar, da diese in der Regel aus einer kleinen Gründerpopulation bestehen. ^{[ 12 ]} In großen, sich nicht fortpflanzenden Populationen ist die Häufigkeit der meisten schädlichen Allele relativ gering. Durchläuft eine Population jedoch während der Gründungsphase einer Zuchtpopulation einen genetischen Flaschenhals, können zuvor seltene Allele überleben und sich vermehren. ^{[ 11 ]} Weitere Inzucht innerhalb der Zuchtpopulation kann die Wahrscheinlichkeit erhöhen, dass schädliche Allele exprimiert werden, da die Homozygotie in der Population zunimmt. ^{[ 11 ]} Das häufige Auftreten genetischer Erkrankungen in einer Zuchtpopulation kann sowohl deren Überleben als auch ihre spätere Wiederauswilderung gefährden. ^{[ 14 ]} Ist die genetische Erkrankung dominant , kann sie möglicherweise innerhalb einer Generation vollständig eliminiert werden, indem die Zucht betroffener Individuen vermieden wird. ^{[ 12 ]} Ist die genetische Störung jedoch rezessiv , lässt sich das Allel aufgrund seines Vorkommens in nicht betroffenen Heterozygoten möglicherweise nicht vollständig eliminieren . ^{[ 12 ]} In diesem Fall ist es am besten, die Häufigkeit des Allels durch die gezielte Auswahl von Paarungspartnern zu minimieren. Bei der Eliminierung genetischer Störungen ist zu berücksichtigen, dass durch den Ausschluss bestimmter Individuen von der Fortpflanzung Allele und damit die genetische Vielfalt der Population verloren gehen; sind diese Allele in anderen Individuen nicht vorhanden, können sie vollständig verloren gehen. ^{[ 14 ]} Der Ausschluss bestimmter Individuen von der Fortpflanzung verringert zudem die effektive Populationsgröße, was mit Problemen wie dem Verlust der genetischen Vielfalt und verstärkter Inzucht einhergeht. ^{[ 12 ]}

Der Prachtklee ( Trifolium amoenum ) ist ein Beispiel für eine Art, die als ausgestorben galt, aber 1993 ^{[ 15 ]} in Form einer einzelnen Pflanze an einem Standort im westlichen Sonoma County wiederentdeckt wurde . ^{[ 16 ]} Samen wurden geerntet und die Art in Ex-situ -Anlagen kultiviert .

Die Wollemi-Kiefer ist ein weiteres Beispiel für eine Pflanze, die durch Ex-situ -Erhaltung erhalten wird , da sie in Baumschulen gezüchtet und an die breite Öffentlichkeit verkauft wird.

Der Orangebauchpapagei , dessen Wildpopulation Anfang Februar 2017 14 Vögel umfasste ^{[ 17 ],} wird in einem Zuchtprogramm in Gefangenschaft gezüchtet. Die Zuchtpopulation besteht aus etwa 300 Vögeln. ^{[ 18 ]}

Ex-situ -Erhaltung ist zwar hilfreich für die Bemühungen der Menschheit, unsere Umwelt zu erhalten und zu schützen, reicht aber selten aus, um eine Art vor dem Aussterben zu bewahren. Sie sollte als letztes Mittel oder als Ergänzung zur In-situ -Erhaltung eingesetzt werden , da sie den Lebensraum nicht als Ganzes wiederherstellen kann: weder die gesamte genetische Vielfalt einer Art, noch ihre symbiotischen Partner oder jene Elemente, die einer Art im Laufe der Zeit helfen könnten, sich an ihre sich verändernde Umgebung anzupassen. Stattdessen entfernt die Ex-situ -Erhaltung die Art aus ihrem natürlichen ökologischen Kontext und bewahrt sie unter semi-isolierten Bedingungen auf, wodurch natürliche Evolutions- und Anpassungsprozesse entweder vorübergehend gestoppt oder durch die Einbringung des Exemplars in einen unnatürlichen Lebensraum verändert werden. Bei kryogenen Konservierungsmethoden werden die Anpassungsprozesse des konservierten Exemplars buchstäblich vollständig eingefroren. Der Nachteil dabei ist, dass der Art nach ihrer Freilassung möglicherweise die genetischen Anpassungen und Mutationen fehlen, die ihr das Überleben in ihrem sich ständig verändernden natürlichen Lebensraum ermöglichen würden.

Darüber hinaus sind Ex-situ -Erhaltungsmethoden oft kostspielig. Die Kryokonservierung ist in den meisten Fällen wirtschaftlich nicht rentabel, da so gelagerte Arten keinen Gewinn abwerfen, sondern lediglich die finanziellen Ressourcen der Regierung oder der Organisation, die sie betreibt, langsam aufzehren. Saatgutbanken sind für bestimmte Pflanzengattungen mit recalcitranten Samen, die nicht lange keimfähig bleiben, ineffektiv . Krankheiten und Schädlinge, die der jeweiligen Art fremd sind und gegen die sie keine natürliche Abwehr besitzt, können zudem die Ernten geschützter Pflanzen in Ex-situ -Plantagen und die Tiere in Ex-situ -Zuchtgebieten stark beeinträchtigen. Diese Faktoren, kombiniert mit den spezifischen Umweltansprüchen vieler Arten, die teilweise vom Menschen kaum nachgebildet werden können, machen die Ex-situ -Erhaltung für einen Großteil der weltweit bedrohten Flora und Fauna unmöglich.

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• Reproduktionstechnologien und Schutz gefährdeter Katzenarten
• Louisianas gefrorene Arche
• ONLINE-BUCH: In-situ-Erhaltung von Nutztieren und Geflügel , 1992, Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen und Umweltprogramm der Vereinten Nationen
• „Die Herausforderungen der Ex-situ-Orchideenerhaltung“, Orchideenschutzkoalition
• Botanic Gardens Conservation International – internationale Organisation zur Unterstützung der Ex-situ- Erhaltung prioritärer Pflanzenarten
• Informationssystem zur Vielfalt der Haustiere
• Umsetzung des globalen Aktionsplans für tiergenetische Ressourcen