Laser enthüllen Darwins Galapagos-Proben im Natural History Museum (NHM)

Seit 200 Jahren stehen im Archiv des Londoner Natural History Museum (NHM) ganze Reihen versiegelter Präparategläser aus Charles Darwins berühmter Galapagos-Reise – unangetastet und ungeöffnet. Erst jetzt ermöglichen Laser einen bislang unerreichten Blick ins Innere.

Darwin ist vor allem dafür bekannt, die heute weithin akzeptierte Theorie der natürlichen Selektion und der Evolution formuliert zu haben. Ein wesentlicher Ausgangspunkt dafür waren seine Beobachtungen der Tierwelt auf den Galapagos-Inseln, als er an Bord der HMS Beagle unterwegs war.

Aus Darwins konservierten Exemplaren – darunter Säugetiere, Reptilien, Fische und Garnelen – haben Forschende schon lange viel gelernt; durch das Glas lassen sich die Tiere grundsätzlich betrachten. Unklar blieb jedoch bis vor Kurzem ein entscheidendes Detail: in welchen Flüssigkeiten diese kostbaren Präparate eigentlich lagern, ohne die Gläser zu öffnen.

„Analyzing the storage conditions of precious specimens, and understanding the fluid in which they are kept, could have huge implications for how we care for collections and preserve them for future research for years to come,“ erläutert NHM-Research-Techniker Wren Montgomery.

„Until now, understanding what preservation fluid is in each jar meant opening them, which risks evaporation, contamination, and exposing specimens to environmental damage,“ sagt Physikerin Sara Mosca von der Central Laser Facility des britischen Science and Technology Facilities Council.

Konservierungsflüssigkeiten: Viele Rezepte, viele Unbekannte

Im Lauf der Geschichte kamen für die Nasskonservierung ganz unterschiedliche Flüssigkeiten zum Einsatz. Häufig wurden Alkohole wie Ethanol und Methanol verwendet; gegen Ende des 19. Jahrhunderts gewann zudem das damals neu entdeckte Formaldehyd an Bedeutung.

Der niederländische Anatom Frederik Ruysch setzte aromatische Gewürze (Nelke, Pfeffer und Kardamom) in einer Ethanol-Wasser-Basis an. Der französische Histologe Pol Bouin bevorzugte eine Mischung aus Formaldehyd, Pikrinsäure und Essigsäure. Und bei der Methode des deutschen Pathologen Carl Kaiserling werden Präparate nacheinander in Formaldehyd, Kaliumnitrat und Glycerin behandelt.

„Over time, the variability in recipes… has led to considerable heterogeneity across collections, with mixtures of ethanol, methanol, glycerol, and formaldehyde commonly encountered in unknown proportions, further altered by potential evaporation and contamination over time,“ schreiben Montgomery, Mosca und Kolleginnen und Kollegen in einer veröffentlichten Arbeit, die ihre Ergebnisse zusammenfasst.

Laser-Spektroskopie im Glas: räumlich versetzte Raman-Spektroskopie (SORS)

Um in die Gläser hineinzuschauen, ohne sie zu gefährden, setzte das Team um Montgomery und Mosca auf eine tragbare Laser-Spektroskopie: die räumlich versetzte Raman-Spektroskopie (spatially offset Raman spectroscopy, SORS).

Die Raman-Spektroskopie erfasst, wie stark die molekulare Struktur eines Materials nach einem Laserpuls „angeregt“ wird. Das von den Molekülen erneut ausgesandte Licht liefert einen spektralen Fingerabdruck der enthaltenen Bestandteile – und damit Hinweise auf die chemische Zusammensetzung.

Mit klassischer Raman-Spektroskopie, bei der ein einzelner Laserpunkt gemessen wird, lassen sich solche Gläser jedoch kaum sinnvoll analysieren. Das Laserlicht wird innerhalb der ersten einigen Hundert Mikrometern stark gestreut; dadurch überlagert das Signal der Glasoberfläche die Informationen aus dem Inneren.

SORS umgeht dieses Problem, indem mindestens zwei Raman-Messungen durchgeführt werden: eine direkt an der Anregungsstelle und eine zweite, leicht versetzt in etwas größerem Abstand. Aus der Differenz beider Signale lassen sich chemische Signaturen von Oberfläche und Unterschicht getrennt herausarbeiten. Bei noch komplexeren Materialien werden entsprechend mehrere Messungen mit mehreren Lasern vorgenommen, die in unterschiedlichem Maß gegenüber der Hauptquelle versetzt sind.

Was in Darwins Gläsern wirklich schwimmt

Mit dieser Vorgehensweise konnten die Forschenden die Konservierungsflüssigkeiten in nahezu 80 Prozent der untersuchten Gläser zuverlässig bestimmen. In weiteren 15 Prozent der Fälle war die Zuordnung teilweise korrekt; lediglich drei Proben (6.5 Prozent) ließen sich nicht mit ausreichender Sicherheit identifizieren.

Die Auswertung zeigte außerdem typische Muster je nach Tiergruppe: Säugetiere und Reptilien wurden meist zunächst mit Formalin „fixiert“ und anschließend in Ethanol aufbewahrt. Wirbellose Tiere – besonders Quallen und Garnelen – lagen dagegen in Formaldehyd oder gepuffertem Formaldehyd, teils ergänzt um etwas Glycerol oder Phenoxetol, um die Gewebeintegrität zu verbessern.

Diese Frage ist für die Betreuung von Darwins Sammlung zentral – und sie reicht weit über die HMS-Beagle-Bestände hinaus: Museen weltweit bewahren über 100 Millionen flüssigkeitskonservierte Exemplare auf, von denen viele sich aus Risiko- und Erhaltungsgründen nicht öffnen lassen.

„This technique allows us to monitor and care for these invaluable specimens without compromising their integrity,“ sagt Mosca.

Die Forschung wurde in ACS Omega veröffentlicht.