Forscher des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) haben eine Methode entwickelt, um die Biodiversität von Korallen zu messen, indem sie die Umwelt-DNA (oder eDNA) aus einem Liter Meerwasser an der Oberfläche extrahieren, das oberhalb eines Riffs gesammelt wurde. Die Methode wurde durch Beobachtungen bestätigt, die von wissenschaftlichen Tauchern in denselben Meeresgebieten gemacht wurden.
Die in Zusammenarbeit mit dem Okinawa Prefecture Environmental Science Center und der University of Tokyo durchgeführte Forschungsarbeit wurde im veröffentlicht Verfahren der Royal Society B: Biologische Wissenschaften. Es hat den Weg für groß angelegte umfassende Untersuchungen von Korallen geebnet, die Riffe bilden, und beseitigt die Abhängigkeit von direkten Beobachtungen, die durch wissenschaftliches Tauchen oder Schnorcheln gemacht wurden.
„Wunderschöne Korallenriffe in subtropischen und tropischen Meeren machen nur 0,2 % des gesamten Ozeans aus“, sagte Co-Autor Prof. Nori Satoh, leitender Forscher der Marine Genomics Unit des OIST. „Allerdings sind sie die artenreichsten Gebiete der Ozeane, in denen etwa 30 % aller Meereslebewesen leben. Riffbildende Korallen spielen eine Schlüsselrolle bei der Entstehung von Korallenriffen, aber die jüngste globale Erwärmung und andere Faktoren haben zum Ausbleichen vieler Korallen geführt Riffe sind vom Verschwinden bedroht.“
Um die Korallenriffe zu erhalten und zu schützen, ist es wichtig, zunächst zu wissen, welche Korallen auf dem Riff existieren und wie sich die Zusammensetzung eines Riffs im Laufe der Zeit verändert. Früher war die einzige Möglichkeit, ein Riff effektiv zu untersuchen, Taucher und Schnorchler, die die Korallen direkt beobachteten und die Art und die Veränderungen im Laufe der Zeit aufzeichneten. Dies war zeitaufwändig, teuer und arbeitsintensiv. Aber Forscher nutzen jetzt die DNA, die Lebewesen durch Haut, Abfallprodukte und Schleim in die Umwelt abgeben. Indem diese eDNA aus dem Meerwasser extrahiert und analysiert wird, kann ein klares Bild der Organismen gefunden werden, die diesen Teil des Ozeans bewohnen, ohne jemals ins Wasser gehen zu müssen.
Riffbildende oder harte Korallen sind wichtige Bestandteile von Korallenriffen. Es wird geschätzt, dass es weltweit etwa 1.300 Arten riffbildender Korallen in 236 Gattungen gibt. Diese Korallen geben Schleim an das umgebende Meerwasser ab, der einen Teil der DNA enthält. Im Jahr 2021 gelang es Forschern des OIST und der Universität Tokio, Werkzeuge zu entwickeln, die die DNA von 45 Gattungen riffbildender Korallen amplifizieren und identifizieren.
Jetzt haben die Forscher getestet, ob diese Werkzeuge effektiv und genau sind, indem sie eine groß angelegte Untersuchung des Ozeans rund um Okinawa mit der eDNA-Methode und wissenschaftlichen Tauchern durchgeführt haben. Dies beinhaltete die direkte visuelle Beobachtung durch zwei Taucher, um dominante Korallengattungen zu identifizieren, und das Sammeln von zwei oder drei Ein-Liter-Flaschen mit Meerwasser an der Oberfläche an jedem Standort. Das Meerwasser wurde so schnell wie möglich gefiltert, um in den Filtern eingeschlossene Umwelt-DNA zu fixieren, und die Filter wurden zur Analyse in das OIST-Labor zurückgebracht. Über einen Zeitraum von vier Monaten, von Anfang September bis Ende Dezember 2021, wurden 62 Standorte rund um die Hauptinsel Okinawa vermessen und zwei bis vier dominante Korallengattungen an jedem Riff erfasst.
„Wir fanden heraus, dass die eDNA-Analyse mit einer Genauigkeit von mehr als 91 % mit der der direkten wissenschaftlichen Beobachtungen übereinstimmte“, sagte OIST-Forschungswissenschaftler Dr. Koki Nishitsuji, Erstautor der Veröffentlichung. „Tatsächlich waren 41 der 62 Standorte identisch. Die eDNA-Methode zeigte das Vorhandensein von fünf dominanten Korallengattungen an allen 62 untersuchten Standorten. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse der Umwelt-DNA-Methode auf das Vorhandensein von Korallen hin, die noch nie zuvor entlang der Küste registriert wurden von Okinawa.“
Die eDNA-Methode erfordert komplexe Sequenzierungsinformationen, weshalb derzeit nur 45 der geschätzten 236 Gattungen nachgewiesen werden können. Mit mehr Informationen wird die Wirksamkeit der eDNA-Methode zunehmen. Und obwohl weitere Forschung erforderlich ist, kann die eDNA-Methode möglicherweise das Vorhandensein von Korallen anzeigen, die durch direkte Beobachtung schwer zu erkennen sind.
Mehr Informationen:
Koki Nishitsuji u. Verfahren der Royal Society B: Biologische Wissenschaften (2023). DOI: 10.1098/rspb.2023.0026