Die Artenvielfalt ist sowohl in der Schweiz als auch weltweit stark bedroht. Der Bestand zahlreicher Organismen geht massiv zurück, insbesondere in Süßwasser-Ökosystemen. Alle in Flüssen lebenden Arten – etwa Fische, Bakterien und zahlreiche wirbellose Wassertiere wie Eintags-, Stein- oder Köcherfliegen – sind entscheidend, damit diese Ökosysteme funktionieren. Verantwortlich für den Rückgang dieser Arten sind die Homogenisierung ihrer Lebensräume, Verschmutzung durch Pestizide und Nährstoffe oder die Ausbreitung eingeschleppter Arten. Um Flussökosysteme zu verstehen und zu schützen, ist das Monitoring ihrer Biodiversität unerlässlich.

Umwelt-DNA mit hydrologischen Modellen kombiniert

Alle Organismen geben ständig ihre DNA in die Umwelt ab. Durch Extrahieren und Sequenzieren der sogenannten Umwelt-DNA (eDNA: environmental DNA) von Wasserproben kann die Artenvielfalt schneller, weniger invasiv und umfassender bestimmt werden als durch die Identifizierung der Organismen selbst. In einer Studie hat die Forschergruppe von Florian Altermatt, Professor am Institut für Evolutionsbiologie und Umweltforschung der Universität Zürich (UZH) und am Wasserforschungsinstitut Eawag, einen neuartigen Ansatz entwickelt, um Biodiversitätsmuster in Flussökosystemen vorherzusagen. „Wir kombinierten erstmals den Einsatz von Umwelt-DNA mit hydrologischen Modellen, um Prognosen über den Zustand der Biodiversität mit einer sehr feinen Auflösung über ein Einzugsgebiet von Hunderten von Quadratkilometern zu treffen“, sagt Altermatt.

Unsichtbare Biodiversitäts-Hotspots identifizieren

Das Einzugsgebiet der Thur mit Wald, Landwirtschaft und Siedlungen ist repräsentativ für viele Landnutzungstypen. Es dient somit als verallgemeinerbares Beispiel für viele Flussökosysteme. Die neue Methode ermöglicht zudem, mit nur geringen Vorkenntnissen über das Flussökosystem den Zustand und die Veränderungen der Artenvielfalt großräumig und hochauflösend zu ermitteln. „Konkret ermöglicht der Ansatz, Biodiversitäts-Hotspots zu identifizieren, die sonst übersehen werden könnten, und gezielte Schutzstrategien umzusetzen“, ergänzt Altermatt. Viele Länder führen ein auf eDNA basierendes Gewässer-Biomonitoring ein – und könnten von der hier beschriebenen Methode profitieren. Mit Richtlinien für den Einsatz von eDNA im Standard-Biodiversitätsmonitoring, die das Schweizer Forschungsteam erarbeitet, soll es möglich werden, die Artenvielfalt für das rund 65 000 Kilometer lange Netz der Schweizer Flüsse und Bäche besser zu beschreiben und zu überwachen.

Originalpublikation:
Luca Carraro, Elvira Mächler, Remo Wüthrich, Florian Altermatt: Environmental DNA allows upscaling spatial patterns of biodiversity in freshwater ecosystems; Nature Communications, 17 July 2020. DOI: 10.1038/s41467-020-17337-8

Quelle: Universität Zürich