Die Analyse von Umwelt-DNA (eDNA) ist ein wissenschaftlich gut begründetes Verfahren zur taxonomischen Analyse wichtiger biologischer Qualitätselemente (BQE) wie Fische, Makrozoobenthos, Phytobenthos und Phytoplankton. International wird die Methode daher bereits für ausgewählte BQE in die Gewässerbewertung gemäß EU-WRRL eingeführt. Darüber hinaus bieten die DNA-basierten Methoden die schnelle und gezielte Erfassung von gebietsfremden Arten (Neobiota) sowie seltener Taxa, die naturschutzfachlich von Bedeutung sind.
Veranlassung
Biologische Bewertungsverfahren für Bundeswasserstraßen sind kostspielig und verlangen eine hohe taxonomische Kompetenz, die mehr und mehr verloren geht. Neue molekularbiologische Methoden können die klassischen morphotaxonomischen Verfahren sinnvoll ergänzen und in Teilbereichen zukünftig auch ersetzen. Für das biologische Monitoring in der behördlichen Praxis sowie die praktische Anwendung in der ökologischen Gewässerbewertung von großen Flüssen bedarf es einer Standardisierung und Validierung der neuen molekularbiologischen Verfahren. Dafür muss u.a. geprüft werden, inwieweit DNA-basierte Daten in das bestehende Gewässerbewertungssystem integriert bzw. ob neue Indikatoren abgeleitet werden können, die vergleichbare Ergebnisse in der Ermittlung der Biodiversität und in der Bewertung des ökologischen Zustands der Bundeswasserstraßen ergeben wie die klassischen Verfahren. Dies wird am Beispiel der BQE Phytoplankton, Phytobenthos, Makrozoobenthos und Fische durchgeführt.
Ziele
- Etablierung neuer molekularbiologischer Verfahren (z.B. eDNA Untersuchungen und Metabarcoding) im Rahmen des Gewässermanagements
- taxonomische Untersuchung aquatischer Lebensgemeinschaften sowie ihrer biologischen Eigenschaften mit molekularbiologischen Methoden
- Transfer der Ergebnisse zu Anwendbarkeit und Limitationen molekularbiologischer Verfahren in der Fließgewässerbewertung in die wasserwirtschaftliche Praxis
Ergebnisse
- Erstellung und Etablierung von BQE-spezifischen Probenahmekonzepten und Laborprotokollen
- molekularbiologische Beprobung der BQE am Rhein (Mittelrhein und Duisburger Hafen), der Elbe, Mosel und Lahn
- Bei der Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Konservierungsmethoden auf die extrahierte DNA-Menge und die Zusammensetzung der Artengemeinschaft von Phytobenthosproben konnte festgestellt werden, dass die DNA-Konzentration aus standardmäßig mit Ethanol konservierten Proben eine Größenordnung niedriger war als aus Proben, die direkt nach der Beprobung extrahiert oder eingefroren wurden.
- Bei der Untersuchung des Makrozoobenthos des Mittelrheins wurden die Ergebnisse der morphologischen und molekulargenetischen Bestimmungsmethoden verglichen. Eine Präsenz-Absenz-Bewertung des Makrozoobenthos mit den molekularbiologischen Methoden führte zu vergleichbaren Ergebnissen wie die standardisierte Bewertung im Rahmen der EU-WRRL über morphologisch erhobene Abundanzen.
Ausblick auf die nächsten Jahre
- labortechnische Bearbeitung sowie bioinformatische und statistische Auswertung aller erhobenen Proben
- Vergleich von klassisch, morphotaxonomisch erhobenen Daten mit DNA-basierten Bestimmungsmethoden in Bezug auf Biodiversität und Beurteilung des ökologischen Gewässerzustands
- Entwicklung von Anwendungskonzepten für die BfG in Abstimmung mit der LAWA sowie nationalen und internationalen Projekten und Initiativen
- Teilnahme an koordinierten Probenahmekampagnen und Ringtests innerhalb interdisziplinär vernetzter Kooperationen
