Unter der Oberfläche eines Süßwasserbaches bilden Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroorganismen komplexe Muster der Artenvielfalt. Brooke Penaluna, Forschungsbiologin für Fischerei an der USDA Forest Service Pacific Northwest Research Station, untersucht diese Dynamik, die kompliziert sein kann.
„Es ist eine Herausforderung, die Artenvielfalt von Süßwasserökosystemen und die Verteilung verschiedener Arten entlang eines Flussnetzes zu verstehen. Bäche sind miteinander verbunden und beherbergen viele seltene und schwer zu erkennende Arten“, sagte Penaluna, Hauptautor einer kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Zeitschrift für Biogeographie.
Große Datenmengen, große Entdeckungen
Penaluna und ihr Forschungsteam untersuchten vier Quellwassereinzugsgebiete des Trask River an der Küste Oregons. Ihre Studie stützte sich auf die Analyse von Umwelt-DNA (eDNA), bei der es sich um Spuren genetischen Materials handelt, das von lebenden Organismen in den Bach abgegeben wird. Aus ihren Wasserproben extrahierten die Wissenschaftler winzige DNA-Stückchen und schickten sie zur Sequenzierung in ein Labor, um eine genetische Signatur zu erhalten. Ihre Proben enthielten über 2 Millionen Sequenzen oder „Reads“, die dann mit bekannten genetischen Datenbanken verglichen werden mussten, um die Identität der Arten zu bestimmen.
„Das ist die Definition von Big Data“, sagte Penaluna. „Es übertrifft alle Excel-Tabellen.“
Die Ergebnisse des Teams ergaben eine Verschiebung im Muster der Artenvielfalt des Baches vom Unterlauf zum Quellgebiet, wo die Fische an einer flussaufwärts gelegenen Schwelle ausstiegen. Sie entdeckten auch Salmoniden (Pazifischer Lachs und Küsten-Cutthroat-Forelle) weiter flussaufwärts als erwartet, was auf eine Ausweitung der Verbreitung schließen lässt.
Sculpins stehlen die Szene
Sculpins sind die Rockstars dieser Studie, und das nicht nur wegen ihres stacheligen Aussehens. „Unsere Sculpin-Ergebnisse zeigen uns, dass die Dinge nicht so sind, wie wir dachten. Wir identifizieren neue Abstammungslinien von Sculpins anhand ihrer genetischen Signaturen“, sagte Penaluna. Diese Ergebnisse zeigen die Fähigkeit der eDNA, Aspekte der Biodiversität aufzuzeigen, die uns bisher „verborgen“ waren.
Neben der Entdeckung möglicherweise neuer Groppenarten wurden bei der Analyse auch ein potenziell schädlicher Amphibienerreger namens Batrachochytrium dendrobatidis sowie das Vorkommen des schwer fassbaren Bergbibers entdeckt.
Diese Studie veränderte das Verständnis der Artenpräsenz in Wassereinzugsgebieten und verbesserte dadurch unsere Fähigkeit, sie zu verfolgen, zu schützen und zu verwalten. Es zeigte auch, wie viel wir nicht wussten und wie viel es noch zu lernen gibt.
Mehr Informationen:
Brooke E. Penaluna et al., Aufdeckung der verborgenen Artenvielfalt von Bächen an der oberen Verbreitungsgrenze von Fischen, Zeitschrift für Biogeographie (2023). DOI: 10.1111/jbi.14605