Perlen gehören zu den beliebtesten und begehrtesten Schmuckstücken. Schon prähistorische Menschen verschiedener Kulturen schmückten sich damit und drückten damit ihren Status aus. Heute ist Perlenschmuck weiter verbreitet als je zuvor. Waren bis Anfang des 20. Jahrhundert ausschliesslich die meist teuren Naturperlen zu haben, so kamen ab 1910 Zuchtperlen auf den Markt, was die schimmernden Schmuckstücke noch populärer machte.

Ob sie wirklich wertvoll sind, hängt allerdings auch davon ab, welche Muschelart die Perle erzeugte. So gelten etwa die sogenannten Orientperlen aus der Perlauster Pinctada radiata, die rund um die Arabische Halbinsel vorkommt, zu den wertvollsten. Doch wie die Muschelart bestimmen, wenn nur noch deren Produkt - die Perle - vorhanden ist? Lange galt es als unmöglich, dies anhand der DNS zu tun, weil man davon ausging, dass Perlen keine Erbsubstanz enthalten.

DNS aus Perlen isoliert

Joana Meyer aus der ETH-Gruppe von Bruce McDonald, Professor für Pflanzenpathologie, und Laurent Cartier vom Schweizerischen Gemmologischen Institut (SSEF) unter der Leitung von Michael Krzemnicki konnten nun aber das Gegenteil beweisen und entwickelten eine genetische Nachweismethode für Perlen. Sie haben als erste gezeigt, dass in den untersuchten gezüchteten Südsee-, Tahiti-, und Akoya-Perlen tatsächlich DNS vorhanden ist. Weiter ist die Erbsubstanz von so guter Qualität, dass damit die Muschelart eindeutig bestimmt werden kann. Mit ihrer Methode, die sie bereits zum Patent angemeldet haben, können die Forschenden mit minimalem Eingriff gewonnene Proben aus Perlen analysieren, ohne deren kommerziellen Wert zu zerstören. Die entsprechenden Resultate einer wissenschaftlichen Arbeit wurden soeben in der Fachzeitschrift PloS ONE publiziert.

Zu Beginn ihrer Arbeit mussten die Forschenden ganze Perlen zertrümmern, um an die organische Substanz, welche die DNS enthält, heranzukommen. Organische Substanz, welche DNS enthält, ist in der Kalziumkarbonat-Matrix der Perle oder in Taschen, die zufällig in der Perle entstehen, eingebettet. Mit der Zeit verfeinerten die Wissenschaftler ihre Technik. Schliesslich konnten sie mit feinen Bohrern kleinste Mengen von Probenmaterial gewinnen, indem sie beispielsweise bestehende Bohrlöcher geringfügig erweiterten. Aus dem Bohrstaub – Mengen von 10 Milligramm reichten aus - konnten die Forscher DNS isolieren. Die gefundenen Erbmoleküle wurden mit einer speziellen Methode, der so genannten Polymerase-Kettenreaktion (Polymerase chain reaction, PCR), vervielfältigt und danach sequenziert. Die Wissenschaftler konnten schliesslich die verschiedenen DNS-Abschnitte miteinander vergleichen und den entsprechenden Muschelarten (Pinctada maxima, P. margaritifera und P. radiata) zuweisen.

Für die Extraktion und die Analyse der DNS war Joana Meyer zuständig. Mitgeleitet wurde das Projekt von Laurent Cartier vom SSEF, der über Perlen und deren Zucht forscht. Die beiden waren es, welche die Idee hatten, DNS aus Perlen für eine Herkunftsbestimmung zu nutzen.

Alter von Perlen

In einem parallelen Projekt der Forschungskollaboration zwischen den beiden Institutionen haben die Forscherin Irka Hajdas vom Labor für Ionenstrahlphysik der ETH Zürich und dem SSEF-Direktor Michael Krzemnicki eine Auswahl von historischen und rezenten Perlen mithilfe der Radiocarbon-Methode altersdatiert. Dazu haben sie das Verhältnis von radioaktivem Kohlenstoff (¹⁴C) zu normalem Kohlenstoff (¹²C) im Perlmutt gemessen. Dieses Material besteht fast ausschliesslich aus Kalziumkarbonat. Die in der Zeitschrift «Radiocarbon» publizierte Studie zeigt: Das Alter von Perlen lässt sich mit der ¹⁴C-Methode tatsächlich eingrenzen. Auch in diesem Fall konnten die Forschenden fast zerstörungsfrei arbeiten, da sie mit einem feinen Bohrer nur rund acht Milligramm Perlmutt gewinnen mussten. Mit der Radiocarbon-Methode ist es möglich aufzuklären, ob ein historisches Schmuckstück wirklich antik ist oder ob es sich um eine Fälschung beispielsweise mit modernen Zuchtperlen handelt.

Betrug aufzudecken wird einfacher

Mit dem genetischen Fingerabdruck wie auch mit der Altersdatierung haben die Forschenden nun komplementäre Analysemethoden zur Hand, um Perlen aus Grossmutters Familienerbstück oder antiken Schmuck besser zu dokumentieren und potenzielle Fälschungen oder Betrug aufzudecken.

Für die Perlenforscher Laurent Cartier und Michael Krzemnicki sind diese Analysemethoden auch ein Durchbruch auf dem Weg zu einer zukünftigen geographischen Herkunftsbestimmung dieser Kostbarkeiten. Obwohl der genetische Fingerabdruck vorerst zwar «nur» die Bestimmung der perlenproduzierenden Muschelart erlaubt, arbeitet das Forschungsteam aber bereits daran, auch die geografische Herkunft von Perlen aus Schmuckstücken mit DNS-Analysen zu klären. Ziel ist es, mittels des genetischen Fingerabdrucks feststellen zu können, aus welcher Region oder gar von welcher Lagune die perlenproduzierende Muschel stammt.

Denkbar ist, dass diese Technik in Zukunft auch die Zucht von nachhaltig erzeugten «Bio-Perlen» fördert, weil damit überprüft werden kann, woher die Schmuckstücke stammen. Gerade die Zucht von Salzwasserperlen gilt als umweltfreundlich und ist für Menschen von Küstenregionen der Tropen eine wichtige Verdienstmöglichkeit.

Echte Perlen und Zuchtperlen

Echte Perlen entstehen dadurch, dass Hautzellen des Mantelgewebes einer Perlauster durch sich einbohrende Parasiten oder durch Verletzungen ins tiefere Mantelgewebe der Muschel gelangen. Dort bilden die Zellen eine Zyste, den sogenannten Perlsack. Darum herum wird Schicht für Schicht ringförmig Kalziumkarbonat abgelegt und nach mehreren Monaten oder gar Jahren entsteht dadurch eine Perle. Bei den Zuchtperlen wird dieser Vorgang von Menschenhand eingeleitet, indem ein kleines Stück Mantelgewebe aus einer Spendermuschel als Transplantat in eine Empfängermuschel eingesetzt wird. Die ersten Zuchtperlen kamen 1910 auf den Markt. Seither hat sich daraus ein Milliarden-Geschäft entwickelt. China produzierte im Jahr 2012 über eine Milliarde Zuchtperlen, die meisten davon in Süsswassermuscheln der Gattung Hyriopsis. In Perlfarmen, die vor allem in den Küstengewässern von Südostasien bis in den pazifischen Ozean liegen, werden für die Perlenzucht hauptsächlich Austern der Gattung Pinctada verwendet.

Literaturhinweise

Meyer JB, Cartier LE, Pinto-Figueroa EA, Krzemnicki MS, Hänni HA, et al. (2013) DNA Fingerprinting of Pearls to Determine Their Origins. PLoS ONE 8(10): e75606. DOI: 10.1371/journal.pone.0075606

Krzemnicki MS, Hajdas I. (2013) Age Determination of Pearls: A New Approach for Pearl Testing and Identification. Radiocarbon, Vol 55, No 2–3 (2013). DOI: 10.2458/azu_js_rc.55.16389