Artensterben im Luftfilter: Wie DNA aus der Luft 34 Jahre Biodiversitätsverlust sichtbar macht

Was wäre, wenn sich der Zustand ganzer Ökosysteme über Jahrzehnte hinweg nachvollziehen ließe – nicht anhand klassischer Bestandszahlen oder alter Karten, sondern mithilfe von DNA-Spuren aus der Luft? Eine neue Studie zeigt, dass genau das möglich ist. Sie nutzt sogenannte airborne environmental DNA (airborne eDNA): winzige genetische Spuren, die Pflanzen, Pilze und Tiere ständig an ihre Umgebung abgeben.

Diese Umwelt-DNA stammt unter anderem aus Pollen, Pilzsporen, Hautschuppen, Haaren oder feinsten Partikeln tierischer Herkunft. Vom Wind getragen, verteilt sie sich über ganze Landschaften. Wird sie regelmäßig aus der Luft gesammelt, entsteht ein Bild der biologischen Vielfalt – nicht nur zu einem bestimmten Zeitpunkt, sondern über lange Zeiträume hinweg. Während klassische Umwelt-DNA aus Wasser oder Boden meist nur zeigt, ob eine Art an einem Ort vorkommt oder vorkam, erlaubt airborne eDNA Einblicke in die langfristige Entwicklung ganzer Ökosysteme.

Für die kürzlich in Nature Communications veröffentlichte Studie nutzte das Forschungsteam eine ungewöhnliche Datenquelle: archivierte Luftfilter aus der Zeit des Kalten Krieges. Diese Filter wurden seit den 1960er-Jahren installiert, um radioaktive Belastungen aus Atomtests oder möglichen Reaktorunfällen zu überwachen. An einer Messstation nahe Kiruna, der nördlichsten Stadt Schwedens, wurden sie besonders konsequent eingesetzt – Woche für Woche über mehrere Jahrzehnte hinweg.

Was damals als reine Sicherheitsmaßnahme gedacht war, entpuppt sich heute als wissenschaftlicher Glücksfall. Denn in den Filtern sammelten sich nicht nur Staub und radioaktive Partikel, sondern auch Umwelt-DNA aus der umliegenden Landschaft: genetische Spuren von Pflanzen, Pilzen, Tieren und Mikroorganismen. Erst moderne Sequenziermethoden machen es möglich, dieses Material systematisch auszulesen. Auf diese Weise sind die Luftfilter zu einem biologischen Langzeitarchiv ganzer Ökosysteme geworden.

Die Studie: 34 Jahre Biodiversität aus der Luft

Für die Studie untersuchten die Forschenden Hunderte archivierter Luftfilter, die über einen Zeitraum von rund 34 Jahren gesammelt worden waren. Mithilfe moderner DNA-Analyseverfahren konnten selbst kleinste und stark zerfallene DNA-Spuren ausgewertet werden. So entstand ein besonders umfangreiches genetisches Zeitarchiv der umgebenden Landschaft.

In den Proben ließen sich über 2.700 Gattungen nachweisen, darunter Pflanzen, Pilze, Insekten, Wirbeltiere und Mikroorganismen. Die regelmäßige Sammlung der Filter ermöglicht es, sowohl jahreszeitliche Veränderungen als auch langfristige Entwicklungen der biologischen Vielfalt über mehrere Jahrzehnte hinweg zu verfolgen.

Da die Luftfilter regelmäßig gewechselt und archiviert wurden, zeigen die Daten nicht nur Momentaufnahmen, sondern einen fortlaufenden Wandel der Ökosysteme. So entstand eine der bislang längsten und breitesten Zeitreihen zur Biodiversität, unabhängig von klassischen Feldbeobachtungen oder Zählprogrammen.

Die Methode hat auch klare Grenzen: Airborne eDNA erlaubt keine Aussagen zu den Bestandsgrößen einzelner Arten. Ihre Stärke liegt vielmehr darin, Veränderungen in Artengemeinschaften sichtbar zu machen – also zu zeigen, wie sich die biologische Vielfalt insgesamt über die Zeit verändert.

Das Ergebnis: Ein schleichender Verlust an Vielfalt

Die Auswertung der DNA-Daten über mehr als drei Jahrzehnte zeigt ein Muster: Die biologische Vielfalt in der untersuchten Landschaft ging langfristig zurück. Besonders deutlich ist dieser Rückgang zwischen den 1990er- und frühen 2000er-Jahren, einer Zeit, in der die Wälder rund um Kiruna stark forstlich umgestaltet wurden.

Im genetischen Bild treten vor allem robuste, wirtschaftlich genutzte Pflanzenarten häufiger auf, darunter schnell wachsende Kiefern und einige Gräser. Gleichzeitig werden viele andere Organismengruppen seltener. Besonders betroffen sind Moose, Flechten und Pilze, die auf alte, vielfältig strukturierte Wälder angewiesen sind. Auch verschiedene Laubgehölze und krautige Waldpflanzen gehen zurück. Selbst Mikroorganismen, die für gesunde Böden und stabile Nährstoffkreisläufe wichtig sind, tauchen im Laufe der Zeit seltener auf.

Dieser Verlust geschieht nicht plötzlich, sondern schrittweise. Über die Jahre hinweg wird das ökologische Bild des Waldes gleichförmiger und weniger vielfältig. Wenige, an die intensive Nutzung angepasste Arten setzen sich durch, während andere verschwinden. Der Wald verliert damit an ökologischer Vielfalt und Komplexität – und wird insgesamt ärmer und einheitlicher.

Tierische Lebensgemeinschaften in der Luft-DNA

Neben Pflanzen und Pilzen erfasste die Analyse auch DNA von Tieren, darunter Insekten, Vögel und Säugetiere. Diese tierischen Signale folgen jahreszeitlichen Mustern: In Frühjahr und Sommer, wenn viele Arten aktiv sind, sind sie deutlich stärker ausgeprägt als im Winter. Über die Jahrzehnte hinweg zeigt sich jedoch ein weiterer Trend: Nicht nur die Stärke, sondern auch die Vielfalt dieser Signale nimmt ab. Die genetische Zusammensetzung wird gleichförmiger – ein Hinweis auf die Verarmung ganzer Tiergemeinschaften, nicht auf das Verschwinden einzelner Arten.

Besonders gut lässt sich dieses Muster bei den Insekten nachvollziehen. In den Luftfiltern finden sich genetische Spuren zahlreicher Insektengruppen, darunter Käfer, Fliegen, Hautflügler und Schmetterlinge. Während die sommerlichen DNA-Signale früher eine hohe Vielfalt widerspiegelten, werden sie im Zeitverlauf schwächer und homogener. Dieser Befund passt gut zu den Ergebnissen der Krefelder Studie (2017), die einen Rückgang der Insektenbiomasse um rund 75 % über mehrere Jahrzehnte dokumentierte. Während die Krefelder Daten zeigen, wie viele Insekten verloren gegangen sind, deutet die Analyse der airborne eDNA darauf hin, dass zugleich auch die Vielfalt der Insektengemeinschaften schwindet.

Insgesamt zeigt die Luft-DNA keinen plötzlichen Zusammenbruch von Ökosystemen, sondern einen langfristigen Strukturverlust biologischer Vielfalt, der viele Regionen, Tiergruppen, Pflanzen und Mikroorganismen betrifft. Dieses Bild deckt sich mit aktuellen Rote-Liste-Bewertungen: So gelten inzwischen über 50 % der Schmetterlingsarten in Baden-Württembergs als gefährdet oder potenziell gefährdet, fast jede zweite Raubfliegenart in Deutschland ist bedroht oder bereits verschwunden, und in Niedersachsen wird rund ein Drittel der Säugetier- und Heuschreckenarten als gefährdet eingestuft.

Nicht das Klima – sondern die Landnutzung als Haupttreiber

Die Studie zeigt deutlich, dass der langfristige Verlust der biologischen Vielfalt in der untersuchten Region nicht vor allem durch den Klimawandel verursacht wird. Zwar schwanken Wetter und Klima von Jahr zu Jahr, doch sie erklären weder den zeitlichen Verlauf noch das Ausmaß der Veränderungen, die im Luft-DNA-Signal zu sehen sind.

Stattdessen ist die intensive forstliche Nutzung der wichtigste Einflussfaktor. Seit den 1980er- und 1990er-Jahren wurde der boreale Wald großflächig umgestaltet: Kahlschläge, gleichaltrige Baumbestände und kurze Erntezyklen wurden zur Regel. Diese Form der Bewirtschaftung ist wirtschaftlich effizient, führt aber dazu, dass Wälder einfacher aufgebaut und weniger vielfältig werden. Alte Bäume und Totholz verschwinden – und mit ihnen viele Lebensräume für Pilze, Moose, Insekten und Bodenorganismen.

Die Folgen betreffen nicht nur einzelne Arten. Ganze Lebensgemeinschaften verändern sich: Der Wald wird gleichförmiger, spezialisierte Arten verlieren ihre Nischen, und wichtige Wechselwirkungen im Ökosystem gehen verloren. Die Analyse der airborne eDNA macht diesen schleichenden Wandel sichtbar, indem sie zeigt, wie vielfältige Gemeinschaften nach und nach von wenigen, an intensive Nutzung angepassten Arten ersetzt werden.

Dieses Bild passt zu Ergebnissen anderer aktueller Studien. Eine Nature-Studie von 2025 zum Insektenrückgang kommt zu einem ähnlichen Schluss: Wetter und Klima erklären kurzfristige Schwankungen, nicht aber den langfristigen Rückgang. Entscheidend sind menschengemachte Faktoren wie Lebensraumverlust, intensive Landwirtschaft, Pestizide, Landschaftszerschneidung, Lichtverschmutzung und invasive Arten. Der Klimawandel verschärft diese Probleme zusätzlich, ist aber nicht ihre Hauptursache.

Zusammen zeigen diese Studien: Nicht jeder Verlust an Biodiversität ist in erster Linie klimabedingt. Landnutzung und Bewirtschaftung wirken oft schneller und direkter. Hier ließe sich durch politische und praktische Maßnahmen auch am meisten bewirken.

Ein neues Fenster auf das Artensterben

Die Bedeutung dieser Studie liegt nicht nur in den gezeigten Biodiversitätsverlusten, sondern vor allem in dem neuen Blickwinkel, den sie eröffnet. Erstmals wird deutlich, dass sich Veränderungen ganzer Ökosysteme über Jahrzehnte hinweg nachvollziehen lassen – nicht anhand einzelner Leitarten, sondern anhand der gesamten biologischen Zusammensetzung einer Landschaft. Damit macht die Methode sichtbar, was in vielen klassischen Monitoringprogrammen oft verborgen bleibt: den langsamen, schleichenden Verlust biologischer Vielfalt, auch jenseits gut untersuchter Artengruppen.

Weltweit existieren zahlreiche Archive mit alten Luftfiltern, die bislang kaum beachtet wurden. Sie könnten künftig als ökologische Gedächtnisse genutzt werden, um vergangene Entwicklungen besser zu verstehen, Regionen miteinander zu vergleichen und früher zu erkennen, wann und wo Ökosysteme aus dem Gleichgewicht geraten.

Die Studie verzichtet bewusst auf spektakuläre Einzelzahlen oder bekannte Symbolarten. Sie zeigt das Artensterben nicht als plötzlichen Zusammenbruch, sondern als leisen, langfristigen Prozess, der sich in DNA-Spuren widerspiegelt. Dieses Wissen ist nicht nur für den Rückblick wichtig, es kann auch helfen, zukünftige Verluste rechtzeitig zu erkennen und ihnen entgegenzuwirken.

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Quelle

• Sullivan, A. R., Karlsson, E., Svensson, D. et al. (2025). Airborne eDNA captures three decades of ecosystem biodiversity. Nature Communications 16, 11281 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-67676-7