Nachwuchs durch Menschenhand: Künstliche Besamung gegen das Artensterben

Tierarzt Dominik Fischer, 39 Jahre, ist Teil der tiermedizinischen Arbeitsgruppe „Reproduktion bei Vögeln & Reptilien“ an der Justus-Liebig-Universität Gießen und verwaltet als Kurator im Zoo Wuppertal den Bestand der Vögel, Reptilien, Amphibien und Fische.

Menschen, bei denen es mit der Fortpflanzung nicht klappt, suchen sich Hilfe bei Ärzten. Auch in der Tierwelt gibt es Spezialisten auf diesem Gebiet: sogenannte Reproduktionsexperten. Dominik Fischer ist einer von ihnen. Er weiß, wie man an Sperma von seltenen Vögeln kommt, oder wie man Pinguine zum Flirten bringt. Ein Gespräch über Arterhalt und wählerische Schweine.

Herr Fischer, wann werden Reproduktionsexperten für Tiere konsultiert?

Künstliche Besamung gibt es auch in der Tierwelt schon lange. Zuerst nutzte man sie, um bei Tieren, die Lebensmittel liefern, die Zucht zu beschleunigen: bei Lachsen und Forellen bereits im 18. Jahrhundert, bei Hühnern, Kühen oder Schweinen ab der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts. In den vergangenen Jahrzehnten wurden die Methoden dann immer relevanter für den Arterhalt. Eine der bekanntesten Geschichten ist die des Nördlichen Breitmaulnashorns, von denen es nur noch ein reproduzierendes Weibchen und kein Männchen mehr gibt. Wissenschaftler vom Leibniz-Institut für Zoo- und Wildtierforschung sind mehrmals zu ihm geflogen, um Eizellen zu entnehmen. Diese wurden dann im Labor mit eingefrorenem Sperma befruchtet, um es einem anderen Nashorn-Weibchen einzusetzen.

Künstliche Befruchtung, Eizellentransplantation, Leihmutterschaft – es gibt also dieselben Methoden wie bei Menschen?

Ja, in vielen Bereichen der assistierten Reproduktion, aber auch bei der Verhütung, haben wir langsam humanmedizinische Standards erreicht – auf dem Gebiet der In-vitro-Fertilisation, also der künstlichen Befruchtung, gibt es teilweise schon Methoden, die darüber hinausgehen. Wissenschaftler haben es beispielsweise geschafft, Zellen von Mäusen so zu behandeln, dass sie sich wieder zu Stammzellen umgebildet haben. Diese wurden in weiteren Kultivierungsschritten dazu gebracht, sich zu Spermien zu transferieren. Solche Ansätze sind natürlich total spannend, weil es damit möglich werden könnte, aus Proben verstorbener Individuen seltener Arten oder sogar ausgestorbener Spezies wieder Tiere zu generieren. 

Klingt auch unheimlich?

Hier müssen Grenzen gezogen werden. Bei Menschen sind sie nicht nur unnötig, sondern auch ethisch undenkbar, sonst könnten wir uns quasi Neandertaler züchten.

Mit welcher gefährdeten Spezies waren Sie selbst zuletzt beschäftigt?

Mein Schwerpunkt liegt unter anderem auf der Reproduktion von Vögeln. Ein besonderer Fall waren Harpyien in ITAIPU Binational und Parque de Aves, zwei Zoos in Brasilien. Bei mehreren Harpyien-Paaren blieb der Nachwuchs aus. Ich habe sie zunächst untersucht, um zu schauen, ob das Problem auf männlicher oder weiblicher Seite liegt. Bei einem Weibchen konnten wir durch eine endoskopische Untersuchung feststellen, dass es eine Missbildung des Eileiters gab. Der war verklebt und verdreht und dadurch war klar, dass da nie ein Ei rauskommen kann. 

Wie untersuchen Sie Männchen?

Wir entnehmen Sperma. Daran kann man im besten Fall erkennen, dass es seinerseits funktionieren müsste. Es kam aber auch vor, dass wir keine Flüssigkeit bekommen haben oder die Qualität sehr schlecht war. Dann wussten wir zunächst nicht genau, ob es an den Umständen liegt oder ob das Tier tatsächlich infertil ist.

Welche Umstände könnten das sein?

Wir haben zum Beispiel festgestellt, dass wir meist bei unverpaarten Männchen kein Sperma bekommen haben. Harpyien-Männchen brauchen anscheinend die Stimulation eines Weibchens, damit es gebildet wird.

Harpyien gelten als die stärksten Greifvögel der Welt. Wie kommt man da überhaupt an das Sperma?

Das ist eine Herausforderung – bei allen Tieren. Es gibt die Möglichkeit Sperma aufzufangen, wenn Tiere selbstständig kopulieren, was aber selten gelingt. Einige Tiere, die auf optische Reize reagieren, etwa Hengste oder Bullen, kann man auf sogenannte Phantome trainieren. Meist in Kombination mit einem Lockstoff kopulieren sie dann mit einer künstlichen Scheide. Bei Zootieren versucht man das aber zu vermeiden, damit sie nicht zu sehr auf Menschen oder auf den Gegenstand geprägt werden. Bei potentiell gefährlichen Tieren brauchen wir meist verschiedene Stufen einer medikamentösen Betäubung. Bei Elefanten und einigen großen Säugetieren nutzen wir eine sogenannte Standing Sedation: die Tiere stehen, sind aber quasi beruhigt. Großkatzen, etwa Tiger oder Löwen, müssen wir in Vollnarkose legen. Aus dem Grund machen wir es natürlich nicht öfter als nötig.

Und wie funktioniert die Spermagewinnung dann technisch?

Bei einigen Tieren genügen Massagen. In anderen Fällen, wie auch bei der Harpyie, reicht das nicht. Da nutzen wir Elektrostimulation. Die Methode wurde ursprünglich entwickelt, um die Zucht großer Papageien zu beschleunigen. Schon in den 90er-Jahren war ein großer Teil bedroht und teils in freier Natur ausgestorben. Jahrelang wurde geforscht – teilweise schon unter Verwendung geringer Mengen Strom –, wie man an das Sperma kommen könnte. Einem Kollegen in meiner Arbeitsgruppe an der Uni in Gießen gelang dann der Durchbruch. Er stand eines Tages mit der elektrischen Zahnbürste seines Sohnes im Büro und sagte, irgendwie in diese Richtung, mit einem mobilen Gerät mit Akku, müsste es doch gehen.  

Wie funktioniert das Verfahren genau?

Im Fall des Vogels führen wir in die Kloake, wo Darm, Harn- und Geschlechtswege zusammenlaufen, eine Art Sonde ein, etwa so groß wie der Klinkestecker eines Kopfhörers. Die Sonde gibt dann eine geringe Menge Strom ab. Durch die Spannung kontrahieren die Muskeln um die Samenleiter und drücken das Sperma in die Kloake. Das Verfahren war inzwischen bei über 160 Vogelarten, aber auch bei Säugetieren und Reptilien erfolgreich, mit angepasster Methodik. Bei Säugetieren stimuliert man über das Rektum und legt zusätzlich einen Katheder in die Harnröhre, weil die Samenleiter dort ja nicht in eine gemeinsame Kloake münden.

Ist das schmerzhaft für die Tiere?

Wir haben uns da natürlich vorsichtig rangetastet. Bei Vögeln verwenden wir weniger als fünf Volt für wenige Sekunden. Das kann ich mir auf die Zunge legen und es kribbelt höchstens leicht. Im Fall der Harpyien waren es zum Beispiel zwischen 0,48 und 2,88 Volt. Bei einer Studie mit Leopardgeckos haben wir erst eine geringe elektrische Stimulation gebraucht, nach einigen Versuchen genügte es, die Sonde einzuführen, damit die Echse ejakulierte – ganz ohne Strom.

Kommt es auch vor, dass Tiere körperlich gesund sind und trotzdem der Nachwuchs ausbleibt?

Das ist sogar sehr häufig so. Und es hat unterschiedliche Gründe. Wie beim Menschen ist es so, dass es natürliche Präferenzen gibt. Wir haben im Zoo zum Beispiel Hirscheber, seltene Regenwaldschweine aus Sulawesi. Unser Manni, das Männchen, hat seit Jahren zwei Weibchen zur Auswahl und hat jetzt zum dritten Mal Jungtiere gezeugt – immer mit demselben Weibchen, mit Yala. Kein Problem in diesem Fall. Oft ist es aber so, dass ein Zoo nur zwei Exemplare einer Art halten kann, weil diese sehr selten sind. Dann ist es ein bisschen wie Lotto, ob nun gerade die beiden harmonieren. Wir sagen: Ihr müsst jetzt ran, macht mal was für den Artenschutz! Aber bei denen ist absolute Funkstille. In solchen Fällen haben wir dann das Mittel der künstlichen Besamung.

Bei Frauen ist das Zeitfenster, in dem das klappen kann, nur ein sehr kleiner Slot im Monat. Woher weiß man bei Tieren, wann der richtige Zeitpunkt ist?

Wann und wie lange die fruchtbare Phase ist, muss man tatsächlich für jede Spezies und teils einzelne Unterarten herausfinden. Oft braucht es bestimmte saisonale Auslöser, damit die entsprechenden Hormone ausgeschüttet werden. Das kann eine Regen- oder Trockenzeit sein, es kann von der Temperatur oder Tageslichtlänge abhängen oder von der Zusammenstellung des Futters. Teilweise kann man es am Verhalten ablesen. Wenn sich Vögel Stöckchen schenken oder Balztänze aufführen zum Beispiel.

Haben Sie ein Beispiel, wo es besonders kompliziert ist?

Vor ein paar Jahren habe ich bei einem Forschungsprojekt zur Rettung der Kakapos auf einer Insel in Neuseeland mitgearbeitet, die größten flugunfähigen Papageien der Erde. Bei denen gab es gleich zwei Herausforderungen bei der Paarung. Die Chance, dass es zur Befruchtung kam, erhöhte sich enorm, wenn das Weibchen sich innerhalb kurzer Zeit mit zwei Männchen paarte. Außerdem haben Biologen festgestellt, dass sie nicht irgendwann Eier legen, sondern nur dann, wenn es viele Früchte vom Rimo-Tree gab, der Rimu-Harzeibe. Wenn die Bäume wenig abwarfen, war auch die Brutsaison schlecht. Es ist noch nicht abschließend geklärt, ob die Frucht eine aphrodisierende Wirkung hat. Wahrscheinlicher ist, dass es energetische Gründe hat. Die Kakapos verstecken sich in tiefen Löchern oder suchen sich Höhlen und bleiben dort zum Brüten eine ganze Zeit lang drin. Um das durchzustehen, müssen sie sich vorher ordentlich was anfuttern.

Was war Ihre Aufgabe?

Kakapos wurden fast ausgerottet, unter anderem weil sie von eingeschleppte Ratten und Wieseln – und früher auch von Menschen – gejagt wurden. In der Natur lebten nicht mal 150 von ihnen und das Problem war, dass das Weibchen oft gar kein zweites Männchen zur Paarung fand, weil es zu weit entfernt war. Deshalb wurden alle Vögel mit Sendern versehen, über die wir ihre Bewegungen verfolgen konnten. Immer wenn die Daten der Sender zeigten, dass ein Kakapo-Weibchen länger mit einem Männchen zusammen war und es wahrscheinlich zur Paarung kam, haben wir die notwendige zweite Paarung durch eine assistierte Besamung ersetzt. Dabei haben wir Sperma von genetisch gut passenden und bisher selten in der Population vertretenen Männchen verwendet. Inzwischen leben schon über 200 Kakapos auf den neuseeländischen Inseln.

Das klingt alles wahnsinnig aufwendig. 

So einen Aufwand betreiben wir natürlich nicht immer. Wir wissen zu schätzen, dass wir für schwierige Fälle das Tool der assistierten Reproduktion in der Hinterhand wissen. Aber in erster Linie, gerade in Zoos, versuchen wir eine Umgebung für die Tiere zu schaffen, in der sie das alles allein und natürlich machen. Das bedeutet in erster Linie ganz viel Verhaltensbeobachtung, Ausprobieren und Wissensaustausch mit anderen Tierparks. Oftmals genügen kleine Veränderungen, um das Wohlbefinden von Tieren zu steigern und den Fortpflanzungstrieb zu kitzeln. Das kann eine eiweißreichere Nahrung, oder ein bestimmtes Nistmaterial sein. Im Grünen Zoo Wuppertal haben wir für unsere südamerikanischen Hyazinth-Aras eine Art Dating-Einrichtungen geschaffen, eine 1400 m² großen Voliere, damit sich die Papageien aus einer Reihe von 18 Singles den passenden Partner selbst auswählen können. Durch solche Maßnahmen kann man ganz viel optimieren.

Was war das letzte, das Sie ausprobiert haben?

Bei einigen Eselspinguinen bei uns im Zoo Wuppertal ging es mit der Zucht nicht voran. Vorigen Monat haben wir im Gehege Neonröhren gegen Lampen mit sehr großem Lichtspektrum ausgetauscht, das also dem Licht in ihrem natürlichen Habitat näherkommt. Für unser menschliches Auge mag das keinen großen Unterschied machen, für die Pinguine aber möglicherweise schon. Sie können über das Schimmern des Gefieders nämlich erkennen, ob ein Tier gesund ist, also zur Paarung bereit ist oder nicht. Wir haben nach den Umbauarbeiten die Nester reingestellt und die waren sofort alle besetzt. Die Pinguine haben geflirtet, was das Zeug hält. Ich weiß jetzt natürlich nicht, ob es nur an dem Licht liegt oder sie einfach erleichtert sind, dass die Handwerker weg sind – aber so oder so hat dieser Umbau schon etwas gebracht.