Gewässerlebewesen einfacher nachweisen

Mit der Umwelt-DNA-Analyse wer­den Gewässer­lebe­we­sen nach­weis­bar, ohne dass sie gefan­gen wer­den müssen. Ein Team der Tech­nis­chen Uni­ver­sität München (TUM) hat erst­mals sys­tem­a­tisch unter­sucht, wie ver­schiedene Umwelt­fak­toren auf Umwelt-DNA-Analy­sen wirken. Die Wis­senschaftler schaf­fen damit eine wichtige Grund­lage zur stan­dar­d­isierten Ver­wen­dung der Meth­ode im Gewässermonitoring.

Beim Erstellen ein­er Umwelt-DNA-Analyse (eDNA) wer­den winzige Men­gen an DNA, die Organ­is­men ins Wass­er abgeben mit mod­ern­sten moleku­largenetis­chen Analy­sev­er­fahren nachgewiesen. Eine einzige Wasser­probe ist dafür aus­re­ichend. Diese Meth­ode funk­tion­iert aber nicht in allen Gewässern gle­ich gut und wird daher mit großer Wahrschein­lichkeit von den jew­eili­gen Gegeben­heit­en im Gewäss­er bee­in­flusst. Dies kön­nen organ­is­che und anor­gan­is­che Bestandteile im Wass­er sein oder die Strö­mungs­be­din­gun­gen. Wie stark sich die einzel­nen Fak­toren auf das Analy­sev­er­fahren auswirken, wurde bish­er kaum erforscht.

Dr. Bern­hard Stoeck­le und Dr. Sebas­t­ian Beggel, Wis­senschaftler des Lehrstuhls für Aquatis­che Sys­tem­bi­olo­gie und der AG Moleku­lare Zoolo­gie (Lehrstuhl für Zoolo­gie) an der TUM haben in einem Exper­i­ment den Ein­fluss ver­schieden­ster Umwelt­fak­toren auf die eDNA-Analyse unter­sucht. Die Idee für den Ver­such basierte auf vorherge­hen­den eDNA-Unter­suchun­gen bei ein­er heimis­chen Muschelart, für die die Meth­ode erst­mals etabliert wurde.

Systematischer Versuchsaufbau

In einem sys­tem­a­tis­chen Lab­o­rauf­bau wur­den Fis­che der inva­siv­en Schwarz­mund­grun­del (Neogo­b­ius melanos­to­mus) in unter­schiedlichen Dicht­en, unter ver­schiede­nen Strö­mungs­be­din­gun­gen, mit und ohne Sed­i­ment in Aquar­ien gehal­ten und nach einem definierten Zeitraum aus den Beck­en entfernt.

Im Anschluss nah­men die Forsch­er in regelmäßi­gen Abstän­den über einen Zeitraum von sechs Tagen Wasser­proben, um auch die zeitliche Verän­derung der Effek­tiv­ität der eDNA-Analyse bew­erten zu kön­nen. Zusät­zlich gaben die Wis­senschaftler mehrere, die moleku­lare Analyse poten­tiell hem­mende Stoffe wie Algen, Humin­stoffe und anor­gan­is­che Schwe­beteilchen ins Wass­er, die eben­falls in natür­lichen Ökosys­te­men vorkommen.

„Das ist wichtig, da wir son­st die Ergeb­nisse nicht auf eDNA-Unter­suchun­gen im Frei­land über­tra­gen kön­nen“, erk­lärt Bern­hard Stoeck­le. Um her­auszufind­en welche Fak­toren den stärk­sten Ein­fluss haben, ver­glichen die Forsch­er schließlich die eDNA-Ergeb­nisse aller Wasser­proben miteinander.

Stärke des Einflusses von Faktoren verändert sich mit der Zeit

Die Auswer­tung des Exper­i­ments zeigte zum einen, dass über den gesamten Ver­such­szeitraum die Strö­mungs­be­din­gun­gen, das Vorhan­den­sein und Fehlen von Sed­i­ment sowie die Fis­chdichte sich nur in Kom­bi­na­tion miteinan­der auf die Analy­sen auswirk­ten. Zum anderen stellte sich her­aus, dass sich die Ein­flussstärke der Fak­toren über die Zeit stark veränderte.

Von den zugegebe­nen Hemm­stof­fen beein­trächtigten am meis­ten organ­is­che Sub­stanzen (Humin­stoffe) die Analy­sen. Sie ver­hin­derten oft­mals gän­zlich eine erfol­gre­iche Anwen­dung der Meth­ode. In nur 41 Prozent der unter­sucht­en Proben kon­nte DNA nachgewiesen wer­den. Eine ver­gle­ich­bare Wirkung zeigten Algen, wenn auch weniger aus­geprägt. „Unsere Ergeb­nisse zeigen deut­lich, wie wichtig es ist, bei eDNA-Analy­sen die Umweltbe­din­gun­gen zu erfassen, um die Ergeb­nisse richtig bew­erten zu kön­nen“, sagt Bern­hard Stoeckle.

Anhand der Ergeb­nisse des Exper­i­ments lässt sich schlussfol­gern, dass spez­i­fis­che Umweltbe­din­gun­gen die Umwelt-DNA-Unter­suchun­gen stark beein­trächti­gen und Arten unter Umstän­den nicht oder nur schw­er detek­tiert wer­den können.