Erforschung von Wanderbewegungen Wie Forscher mit DNA angeln

Wasserproben haben gereicht: Ohne ein einziges Tier zu Gesicht zu bekommen, haben Forscher Wanderungsbewegungen von Fischen in New York nachgewiesen. Dabei machten sie auch exotische Entdeckungen.

Die Brooklyn Bridge in New York
REUTERS

Die Brooklyn Bridge in New York


Um Wanderbewegungen von Fischen zu beobachten, müssen die Tiere oft gefangen werden - erst dann kann man sie zählen und genau bestimmen. Eine relativ neue Methode macht es den Wissenschaftlern einfacher: So konnten Forscher die Ankunft zahlreicher Wanderfische in New Yorker Gewässern nachvollziehen, ohne ein einziges Tier zu sehen.

Die Wissenschaftler nahmen regelmäßig Wasserproben aus dem East River und dem Hudson River, die das Erbgut der Fische enthielten. Solche Umwelt-DNA-Untersuchungen vereinfachten und beschleunigten das Monitoring von Fischen und anderen Tierarten erheblich, schreiben die Forscher im Fachmagazin "PLOS ONE".

eDNA findet sich überall

In der Umwelt finden sich überall genetische Spuren von den Tieren, die darin leben: Sie stammen beispielsweise von ausgefallenen Haaren und Federn, aus Hautschuppen, dem Kot oder von verendeten Lebewesen.

Nimmt man zum Beispiel Wasser- oder Bodenproben, kann man über die darin enthaltenen DNA-Spuren die verschiedenen Tierarten identifizieren. Man spricht von Umwelt-DNA- oder eDNA-Untersuchungen, wobei das e für das englische Wort "environmental" steht - "aus der Umwelt".

Genabschnitt angelt DNA

Forscher um Mark Stoeckle von der Rockefeller University in New York entnahmen seit Januar 2016 wöchentlich an zwei Stellen in New Yorker Gewässern je einen Liter Wasser. Darin suchten sie nach der DNA der in dem Gebiet lebenden Fische.

Dazu bedienten sich die Wissenschaftler eines Genabschnitts, der für Wirbeltiere - und damit auch für alle Fische - typisch ist. Der Genabschnitt lässt sich wie eine Angel nutzen: Gibt man ihn zu der Wasserprobe, heftet er sich an alle DNA-Abschnitte von Fischen und sortiert diese so aus den Proben heraus.

Dann kann die geangelte DNA genauer analysiert werden, um die definitive Fischart oder zumindest die Gruppe, zu der ein Fisch gehört, herauszufinden. Dieses Verfahren nennen Fachleute Metabarcoding.

Die Forscher registrierten auf diese Weise 81 Prozent der in der Region häufig vorkommenden Fischarten. Von den seltenen Arten identifizierten sie nur 23 Prozent.

Überraschende Funde

Im Frühjahr fanden sie Spuren der Fische, die dann typischerweise in den Gewässern New Yorks auftauchen. Darunter waren etwa Atlantische Menhaden (Brevoortia tyrannus), Streifenbarsche (Morone saxatilis) oder Blaufische (Pomatomus saltatrix). Die Forscher konnten so das Eintreffen dieser Tiere registrieren.

"Wir haben nichts Schockierendes über Fisch-Wanderungen herausgefunden - die Arten und die Wanderungen, die wir gesehen haben, waren längst bekannt", schreibt Stoeckle. "Das ist eine gute Nachricht, die die Annahme stützt, dass Umwelt-DNA ein guter Stellvertreter ist. Es erstaunt mich einfach, dass wir die gleiche Information aus einer kleinen Tasse Wasser und einem großen Netz voller Fische ziehen können."

Exotisches fanden die Forscher aber auch: Sie entdeckten Spuren von Fischen, die in der Gegend überhaupt nicht vorkommen, etwa von Buntbarschen, Lachsen und Guppys. Die DNA-Spuren dieser Speise- und Aquarienfische seien vermutlich mit dem Abwasser ins Mündungsgebiet gelangt, schreiben die Forscher.

Kostengünstige Alternative

"Zunächst haben Forscher in Europa gezeigt, dass in relativ kleinen Mengen Süß- und Salzwasser genügend unsichtbare DNA-Stückchen schwimmen, um Dutzende Arten von Fischen zu entdecken", schreibt Stoeckle. Die eDNA-Untersuchungen seien eine kostengünstige und schonende Alternative zum konventionellen Monitoring, bei dem die Fische gefangen, gezählt und bestimmt werden müssen.

Sie werden seit einiger Zeit vermehrt zur Untersuchung verschiedenster Fragestellungen eingesetzt. So hatten Wissenschaftler um Florian Altermatt von der Forschungsanstalt Eawag in Dübendorf (Schweiz) mit dem Verfahren die Artenvielfalt in und um den Fluss Glatt im Kanton Zürich herum untersucht.

Die Forscher fanden genetische Spuren von Hunderten Lebewesen, von der winzigen Eintagsfliege über Würmer und Schnecken bis hin zum Biber, berichten sie im Fachblatt "Nature Communications". "Wir bekommen mit nur wenigen Wasserproben ein Gesamtbild des ganzen Einzugsgebiets", schreibt Altermatt.

Am Senckenberg Forschungsinstitut in Frankfurt haben Wissenschaftler in einem Pilotprojekt untersucht, ob sich eDNA-Untersuchungen eignen, um den Erreger der gefährlichen Krebspest (Aphanomyces astaci) frühzeitig in Gewässern aufzuspüren.

Für den Nachweis dieser Pilzerkrankung bei Flusskrebsen müssen die Tiere bisher gefangen und getötet werden, um eine Gewebeprobe zu entnehmen. Das ist sehr aufwendig und daher ein Grund dafür, dass es bundesweit bisher kein Monitoring-Verfahren für die Erkrankung gibt. Die Wissenschaftler zeigten, dass der eDNA-Test Sporen des Pilzes zuverlässig im Wasser nachweist - eine enorme Arbeits- und Kostenersparnis.

brt/dpa

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