Süßwasserökosysteme sind das Lebensblut der Natur, doch sie sind mit einer stillen Krise konfrontiert. Bericht 2022 vom World Wildlife Fund ergab einen erschreckenden Rückgang der weltweiten Süßwasserwirbeltierpopulationen um 83 % seit 1970, eine Rate, die die in jedem anderen Lebensraum bei weitem übertrifft.
Das Ausmaß der Zerstörung der Natur ist alarmierend, doch Ökosysteme sind ebenso komplex wie die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten. Daher ist die Geschichte oft differenzierter.
Unsere Forschung zeigt, wie die Analyse von Umwelt-DNA (eDNA) – der DNA, die Organismen im Leben und im Tod hinterlassen – die Geheimnisse enthüllen könnte, die in Süßwasserbächen, Flüssen und Seen verborgen sind. Dies gibt Anlass zur Hoffnung auf eine effizientere Überwachung dieser lebenswichtigen Ökosysteme.
Während Fische und Vögel normalerweise im Rampenlicht stehen, ist die Artenvielfalt im Süßwasser eine verborgene Metropole, in der es von weniger bekannten Bewohnern wimmelt. Makroinvertebraten wie Eintagsfliegen und Mücken, die mit bloßem Auge sichtbar sind, spielen eine wichtige Rolle in gesunden Ökosystemen. Sie werden seit Jahrzehnten überwacht und können uns einen repräsentativeren Überblick darüber geben, wie Süßwasserlebensräume auf menschliche Belastungen reagieren.
Verschiedene Teile der Welt sind auch unterschiedlich stark von menschlichen Aktivitäten bedroht. In ganz Europa beispielsweise hat sich die Qualität des Flusswassers im letzten Jahrhundert deutlich verbessert – vor allem aufgrund besserer Hygiene, Deindustrialisierung und verbesserter Regulierung, was schließlich zur Erholung der Artenvielfalt der Makroinvertebraten.
Doch diese gute Nachricht ist nur bedingt stichhaltig. Seit 2010 haben sich die Süßwasserbiodiversität verbessert. Plateau. Inzwischen werden die Umweltbelastungen von früher ersetzt durch neuer Druck vom Klimawandel bis zu neuen Schadstoffen aus archaische Abwassersysteme.
Es ist wohl so wichtig wie nie zuvor, den Gesundheitszustand von Süßwasserökosystemen zu verstehen. Um dies effektiv zu tun, ist eine umfassende Überwachung der vorhandenen Arten erforderlich. Dies ist nur durch die Integration neuer Techniken – einschließlich der Analyse von eDNA, die aus einer Reihe von Quellen wie Kot, Schleim und Gewebestücken stammen kann – neben herkömmlichen Überwachungsprogrammen möglich.
Aktuelle Methoden zur Überwachung der Biodiversität
Der Großteil der derzeitigen Überwachung der Süßwasser-Biodiversität konzentriert sich auf eine relativ kleine Gruppe von Tieren – Fische und Makroinvertebraten.
Fische werden normalerweise durch „Elektrofischen“ überwacht, wobei ein elektrischer Strom durch das Wasser geleitet wird, der die Fische vorübergehend betäubt. Die an die Oberfläche schwimmenden Fische werden identifiziert und gezählt.
Das Sammeln von Makroammern erfolgt größtenteils durch die sogenannte „Kick-Net-Probenahme“. Dabei steht eine Person im Fluss, wirbelt Sediment auf und fängt dann mit einem Netz alles auf, was flussabwärts treibt.
Beide Methoden haben ihre Grenzen. Beim Elektrofischen kann es aufgrund der unterschiedlichen Leitfähigkeit der Flüsse schwierig sein, die Strömung zwischen den Probenläufen konstant zu halten. Größere Fische sind außerdem anfälliger für Stromschläge, sodass kleinere Fische möglicherweise übersehen werden, was zu Verzerrungen führen kann.
Bei der Probenahme mit einem Kescher können bestimmte Flusssubstrate bessere Ergebnisse liefern, während einige Arten dem Netz besser ausweichen oder durch es schlüpfen können.
Bei beiden Methoden sind einige Standorte möglicherweise überhaupt nicht geeignet. Eine Standardisierung zwischen Standorten kann schwierig sein, sodass die Ergebnisse von der Erfahrung des Probenehmers abhängen können. Diese Ansätze sind außerdem zeitaufwändig, arbeitsintensiv und vor allem destruktiv.
Umwelt-DNA
Andererseits kann eDNA aus einer Wasserprobe gefiltert, aus dem Filter extrahiert, auf die taxonomische Gruppe von Interesse analysiert und dann in einem Prozess namens „Metabarkodierung.“ Dadurch können wir die Ergebnisse mit einer Datenbank abgleichen und so den Organismus identifizieren, von dem die DNA stammt.
Die Verwendung von eDNA bietet viele Vorteile. Die Arbeit lässt sich leicht standardisieren und automatisieren. Die Probenentnahme ist einfach und erfordert kein Fachwissen, sodass auch Bürgerwissenschaftler mitwirken können. Es kann ein weitaus breiteres Spektrum an Organismen identifiziert werden, darunter auch eine Vielzahl kleinerer Organismen. Und was am wichtigsten ist: Die Umwelt bleibt unberührt.
Doch die eDNA-Analyse hat auch ihre Grenzen. Anders als bei herkömmlichen Methoden, bei denen einzelne Fische gezählt werden, kann man mit eDNA nicht zwischen jungen und laichenden Lachsen unterscheiden. Außerdem fehlen die umfangreichen, über mehrere Jahrzehnte hinweg gesammelten Datensätze, die mit herkömmlichen Analysemethoden erstellt wurden. Dies kann es schwierig machen, eDNA-Ergebnisse zur Gestaltung aktueller Naturschutzpolitiken zu nutzen.
Es gab auch Bedenken, dass man in Flüssen lediglich die eDNA von Organismen erkennt, die viele Kilometer flussaufwärts transportiert wurden – und man somit nicht verstehen kann, woher in einem gesamten Flusseinzugsgebiet ein Artensignal stammt. Dies würde eDNA zu einem schlechten Instrument zum Verständnis des Wandels der Artenvielfalt machen.
Jedoch, Unsere aktuelle Studie zeigt, dass dies nicht der Fall ist. Wir haben über ein Jahr hinweg an 14 Standorten und 19 Zeitpunkten 798 Wasserproben aus dem Fluss Conwy in Nordwales entnommen. Wir haben auch Proben aus Flüssen in ganz England, der Schweiz und den USA entnommen. Unsere Forschung zeigt, dass die von verschiedenen Lebewesen im Fluss abgegebene DNA nicht weit transportiert wird. Die meisten Spuren sind bereits einen Kilometer flussabwärts zu schwach, um sie zu erkennen.
Das sind großartige Neuigkeiten – da jede in einem Fluss entnommene eDNA-Probe für einen relativ kleinen Abschnitt repräsentativ ist, können wir so Veränderungen in der Verteilung von Organismen in einem Flusseinzugsgebiet erkennen. Mit diesen Informationen können Forscher herausfinden, was selbst in lokalen Bereichen eines Süßwasserökosystems zu einem Rückgang der Artenvielfalt führt, und dann herausfinden, wie man ihn stoppen kann.
Da die eDNA-Analyse an Bedeutung gewinnt, arbeiten Wissenschaftler wie wir daran, die Lücke zwischen Forschung und Naturschutz in der realen Welt zu schließen. Initiativen wie die UKDNA-Arbeitsgruppe Förderung der Zusammenarbeit, die es uns ermöglicht, Wissen mit Regierungsbehörden und Umweltinteressensgruppen auszutauschen. Durch den Aufbau umfassender Datensätze, die Veränderungen der Artenvielfalt über Raum und Zeit hinweg erfassen, können wir die in eDNA verborgenen Geheimnisse entschlüsseln.
Dieses neu gewonnene Wissen ist der Schlüssel zur Erarbeitung wirksamer Managementlösungen und soll unseren wertvollen Süßwasser-Ökosystemen eine bessere Zukunft sichern.
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