Veränderungen in Flusssystemen, Überfischung und das Auftreten neuer, invasiver Arten können zu einem drastischen Rückgang der Zahl einheimischer Fische in aquatischen Ökosystemen führen. Im Einzugsgebiet des Ashida-Flusses in Japan ist der zuvor reichlich vorkommende Bitterlingfisch (Rhodeus atremius suigensis) nun lokal vom Aussterben bedroht. Dies ist besorgniserregend, wenn man bedenkt, dass sie als Indikatorart für die Erhaltung der Fischvielfalt in Süßwasserökosystemen anerkannt ist.
Naturschutzbemühungen zum Schutz der einheimischen aquatischen Fauna erfordern Feldstudien großer Gebiete, um die Lebensraumanforderungen und die Populationsdichte verschiedener Arten zu verstehen. Dies ist eine herausfordernde Aufgabe, die viel Zeit und Mühe erfordert. Um dieses Hindernis zu überwinden, konzentrieren sich Wissenschaftler normalerweise auf kleine Bereiche und verfolgen die DNA, die von lebenden Organismen in ihre Umgebung abgegeben wird. Diese Umwelt-DNA (oder eDNA) kann analysiert werden, um Arten zu identifizieren, die kürzlich das Gebiet besucht haben, auf nicht-invasive und zeiteffiziente Weise.
Kürzlich verwendeten Wissenschaftler der Universität Okayama in Japan eDNA, um nicht nur das Vorhandensein, sondern auch die Verbreitung und Populationsdichte von R. a. suigensis im Ashida-Flussbecken in Fukuyama, Japan. Sie verwendeten eine halbquantitative eDNA-Analysemethode unter Verwendung der Polymerase-Kettenreaktionstechnik (PCR).
Sie entwickelten DNA-Primer, die einen Abschnitt der mitochondrialen DNA von R. a. suigensis, die ihre Analyse hochgradig spezifisch nur für diese bestimmte Art machten. Ihre Ergebnisse wurden in veröffentlicht Landschafts- und Ökologisches Ingenieurwesen.
„Wir haben den Nutzen dieser Analyse zuerst in Aquarienexperimenten bestätigt, bevor wir Felduntersuchungen durchgeführt haben“, sagt Prof. Kazuyoshi Nakata von der Universität Okayama, der die Studie leitete. „Wir haben Fischreusen an 48 Stellen in einem landwirtschaftlichen Kanal im Einzugsgebiet des Ashida-Flusses aufgestellt und die Beziehung zwischen Fischpräsenz und eDNA-Konzentration untersucht.“
Dem Forschungsteam gehörten auch Frau Kanoko Otsuki, Dr. Mayuko Hamada und Prof. Tatsuya Sakamoto von der Universität Okayama sowie Dr. Noriyuki Koizumi von der National Agriculture and Food Research Organization an.
Die Forscher fanden heraus, dass die eDNA-Konzentrationen je nach Entfernung des stromabwärts gelegenen Kanals von dem Punkt, an dem Proben von R. a. suigensis erfasst – je größer die Entfernung, desto geringer die eDNA-Konzentration. „Unsere Ergebnisse dienen als Anhaltspunkt dafür, wie weit und wie viel stromabwärts gelegene eDNA nachgewiesen werden kann, was nützlich sein wird, um zukünftige Naturschutzerhebungen zu leiten“, sagt Prof. Nakata.
Somit konnten die Forscher verifizieren, dass die Konzentrationen von eDNA auf die Verteilung und Häufigkeit von R. a. suigensis. Da diese Technik nur die Probenahme von Wasser im Feld erfordert, können sogar Anwohner bei der Durchführung von ökologischen Untersuchungen helfen. Zukünftige Erhaltungsbemühungen können die aus diesen Erhebungen gewonnenen Informationen anwenden, um geeignete Strategien zu entwerfen.
Diese Technik ist hochgradig skalierbar und kann für größere Bereiche repliziert werden. Darüber hinaus kann diese Technik mit der Entwicklung entsprechender molekularer Werkzeuge, wie z. B. spezifischer Primer, modifiziert werden, um auch andere gefährdete Arten zu untersuchen. Dies wird nicht nur zur Förderung des Schutzes gefährdeter Arten beitragen, sondern auch einen unschätzbaren Beitrag zur Sensibilisierung für die Bedeutung des Schutzes der biologischen Vielfalt unter Einbeziehung lokaler Gemeinschaften leisten.
Mehr Informationen:
Kanoko Otsuki et al, Quantitatives PCR-Verfahren zum Nachweis eines extrem gefährdeten Bitterlingfischs (Rhodeus atremius suigensis) unter Verwendung von Umwelt-DNA, Landschafts- und Ökologisches Ingenieurwesen (2022). DOI: 10.1007/s11355-022-00531-9