Überwachung von invasiven Rundgobys mit eDNA

Invasive Arten sind Tiere oder Pflanzen, die aus einem Gebiet kommen und in einem anderen Probleme verursachen. Sie können die lokale Tierwelt schädigen, Lebensräume zerstören und das Gleichgewicht der Ökosysteme stören. Besonders in marinen Umgebungen ist das schlimm, da sie sich schnell durch den Schiffverkehr und andere menschliche Aktivitäten ausbreiten können. Die steigende Zahl invasiver Arten stellt eine ernsthafte Bedrohung für die Biodiversität und das Wohlbefinden der Menschen dar, die auf natürliche Ressourcen angewiesen sind.

#Das wachsende Problem nicht-heimischer invasiver Arten

Das Problem nicht-heimischer invasiver Arten (NIS) ist seit vielen Jahren bekannt. In aquatischen Umgebungen wird das immer besorgniserregender. Mit dem zunehmenden Schiffsverkehr werden mehr aquatische Arten von einem Ort zum anderen transportiert. Prognosen zeigen, dass die Zahl neuer invasiver Arten in den kommenden Jahrzehnten drastisch ansteigen könnte, trotz der Massnahmen, die zur Kontrolle ihrer Ausbreitung ergriffen wurden, wie dem Ballastwasserabkommen der Internationalen Seeschifffahrtsorganisation von 2017.

Der World Wildlife Fund (WWF) stuft invasive Arten als eine der grössten Bedrohungen für die globale Biodiversität ein. Die negativen Auswirkungen auf Ökosysteme und Volkswirtschaften durch invasive Arten werden in Zukunft voraussichtlich schlimmer. Der Klimawandel könnte die Situation verschärfen, indem invasive Arten in neue Gebiete vordringen und ihre Verbreitung ausweiten. Das erfordert bessere und umfassendere Managementstrategien, um die Herausforderung effektiv zu bewältigen.

Die Überwachung invasiver Arten ist im Wasser besonders schwierig, weil diese Umgebungen komplex und oft schwer zugänglich sind. Traditionelle Methoden zur Erkennung von Invasionen sind oft teuer und zeitaufwendig. Frühzeitige Erkennung dieser Arten ist jedoch entscheidend für eine effektive Bewirtschaftung und Kontrolle, da es immer schwieriger wird, sie zu managen, sobald sie grössere Populationen bilden.

#Die Rolle von Umwelt-DNA (EDNA)

Um bei der Überwachung zu helfen, setzen Wissenschaftler auf neue Tools wie Umwelt-DNA (eDNA). eDNA ist das genetische Material, das Organismen in ihrer Umgebung hinterlassen, wie im Wasser oder Boden. Dieser Ansatz ist kosteneffektiv und kann Arten erkennen, die mit blossem Auge schwer zu finden sind. Dazu gehören verschiedene Lebensstadien von Fischen, selbst wenn deren Zahl niedrig ist.

Während eDNA gut funktionieren kann, um diese Arten zu erkennen, haben traditionelle Methoden immer noch ihre Stärken. Die Technologie der eDNA entwickelt sich jedoch schnell weiter und ist vielversprechend für die zukünftige Nutzung in der Überwachung invasiver Arten. Es gibt jedoch noch einige Herausforderungen, wie das Verständnis davon, wie viel DNA verschiedene Organismen freisetzen und wie lange sie in der Umwelt nachweisbar bleibt.

#Herausforderungen bei der Überwachung invasiver Arten

Ein wichtiger Faktor, den man berücksichtigen muss, ist die Geschwindigkeit, mit der DNA in der Umwelt abgebaut wird, was je nach Bedingungen stark variieren kann. Diese Raten zu verstehen, ist entscheidend für die genaue Überwachung invasiver Arten, denn es hilft, zwischen Neuankömmlingen und älterer DNA zu unterscheiden, die keine lebenden Populationen mehr anzeigt.

Forschung hat gezeigt, dass verschiedene Arten unterschiedlich viel DNA absondern. Zum Beispiel fand eine Studie heraus, dass einige Seesterne Millionen von DNA-Kopien in kurzer Zeit freisetzen können, während Fische ebenfalls erhebliche Mengen abgeben. Allerdings wurden die meisten dieser Experimente in kontrollierten Laborbedingungen durchgeführt, sodass die Ergebnisse in der natürlichen Umgebung abweichen könnten.

Die Menge an eDNA kann von Faktoren wie mikrobieller Aktivität, Temperatur und der Wechselwirkung der DNA mit Partikeln im Wasser beeinflusst werden. Diese Faktoren machen es schwierig, das Vorhandensein invasiver Arten allein anhand von eDNA genau zu messen und zu inferieren.

#Die Studie zum Rundgobius in skandinavischen Gewässern

Eine invasive Fischart, die viel Aufmerksamkeit auf sich gezogen hat, ist der Rundgobius (Neogobius melanostomus). Ursprünglich aus dem Schwarzen Meer, hat sich dieser Fisch seit den frühen 1990er Jahren in mehreren Regionen Europas, einschliesslich Skandinavien, ausgebreitet. Der Rundgobius ist bekannt für seine Fähigkeit, sich an verschiedene Wasserbedingungen anzupassen, was ihn zu einem erfolgreichen Eindringling macht.

Wegen seines bodenlebenden Lebensstils kann der Rundgobius lokale Ökosysteme erheblich beeinflussen, indem er einheimische Arten frisst und um Ressourcen konkurriert. Deshalb ist es wichtig, seine Population zu überwachen, um effektive Management- und Kontrollmassnahmen zu ergreifen.

Diese Studie hatte das Ziel zu testen, ob eDNA effektiv die Anwesenheit des Rundgobius in Küstengewässern überwachen kann, während die Ergebnisse mit traditionellen Methoden wie dem Fangen von Fischen und Videoüberwachungen abgeglichen werden.

#Einrichtung des Experiments

Die Forscher setzten sich zum Ziel, einen spezifischen eDNA-Test für den Rundgobius zu entwickeln. Sie konzentrierten sich auf einen bestimmten genetischen Marker, der helfen würde, ihn von den einheimischen Fischarten abzugrenzen. Ziel war es, einen hoch sensiblen Test zu schaffen, der selbst geringe Mengen Rundgobius-DNA in Wasserproben nachweisen kann.

Um die Effektivität der eDNA-Methode zu überprüfen, sammelten die Forscher auch DNA-Proben von anderen Fischarten, die in denselben Gebieten vorkommen. Sie wollten sicherstellen, dass der eDNA-Test den Rundgobius nicht fälschlicherweise aufgrund der Anwesenheit ähnlicher Arten identifiziert.

Nach der Entwicklung und dem Test des eDNA-Assays untersuchten die Forscher auch, wie lange die DNA des Rundgobius im Wasser nach dem Entfernen des Fisches nachweisbar blieb. Diese Information würde helfen, Fehlinterpretationen der eDNA-Ergebnisse zu vermeiden.

#Entwicklung des eDNA-Tests

Um den eDNA-Test zu erstellen, zielten die Forscher auf einen bestimmten Abschnitt der mitochondrialen DNA des Rundgobius ab, einen Bereich, der in den Zellen häufig vorkommt. Sie bestätigten, dass dieses DNA-Segment einzigartig genug war, um den Rundgobius von anderen Fischen im Untersuchungsgebiet zu unterscheiden.

Die Tests zeigten vielversprechende Ergebnisse, wobei die eDNA-Methode die DNA des Rundgobius genau nachweisen konnte, zusammen mit einigen unerwünschten Signalen von einheimischen Arten bei bestimmten Temperaturen. Um die Genauigkeit weiter zu verbessern, wurden Anpassungen der Testbedingungen vorgenommen, um sicherzustellen, dass nur die Rundgobius-DNA während des Prozesses amplifiziert wird.

#Experiment zur Abbaurate von eDNA

Als Nächstes wollten die Forscher verstehen, wie lange die DNA des Rundgobius nach der Entfernung des Fisches aus dem Wasser nachweisbar bleibt. Sie führten Experimente durch, bei denen sie Rundgobien für eine bestimmte Zeit in Tanks hielten und dann das Wasser in verschiedenen Intervallen sampelten.

Die Ergebnisse zeigten, dass die DNA des Rundgobius eine relativ kurze Nachweiszeit hat, mit einer Halbwertszeit von etwa 10 Stunden. Das bedeutet, dass nach etwa 10 Stunden nur noch die Hälfte der ursprünglichen Menge nachweisbarer DNA im Wasser verbleibt. Die Kenntnis der Abbaurate ist wichtig für die genaue Interpretation der eDNA-Ergebnisse.

#Sammlung von Feldproben

Um die Effektivität der eDNA-Überwachung weiter zu testen, sammelten die Forscher Wasserproben an zehn verschiedenen Standorten rund um Göteborg. Sie verwendeten verschiedene Methoden, einschliesslich mit Köder versehenen unterwasser Videokameras (BRUVs) und traditionelle Fischfangtechniken, um die Anwesenheit des Rundgobius in jedem Bereich zu bewerten.

Die Wasserproben wurden kurz nach der Sammlung gefiltert, um die eDNA zu erhalten und eine Zersetzung zu verhindern. Jeder Standort wurde sorgfältig ausgewählt, um zu verstehen, wie gut die eDNA-Erkennung mit der tatsächlichen Anwesenheit von Rundgobien korrelierte, wie sie durch das Fangen oder die Videoüberwachung angezeigt wurde.

#Ergebnisse und Korrelationen

Nach der Analyse der Wasserproben fanden die Forscher eine signifikante Korrelation zwischen der Menge der nachgewiesenen Rundgobius-DNA und der Anzahl der an den Probenahmestellen beobachteten oder gefangenen Fische. Das deutet darauf hin, dass eDNA eine zuverlässige Methode zur Überwachung der Anwesenheit dieser invasiven Art sein kann.

Allerdings zeigten einige Standorte Rundgobius-eDNA, ohne dass Fische gefangen oder gesehen wurden. Diese Diskrepanz hebt das Potenzial hervor, dass Umweltfaktoren die eDNA-Erkennung beeinflussen können. Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass eDNA zwar ein vielversprechendes Werkzeug zur Überwachung invasiver Arten ist, es jedoch wichtig ist, mehrere Methoden für genaue Bewertungen zu berücksichtigen.

#Fazit

Diese Studie hat gezeigt, dass eDNA eine effektive Methode zur Überwachung des invasiven Rundgobius in marinen Umgebungen sein kann. Die Forscher konnten einen spezifischen Test für die Art entwickeln und dessen Genauigkeit im Vergleich zu traditionellen Überwachungsmethoden validieren. Obwohl eDNA Einschränkungen hat und von verschiedenen Umweltfaktoren beeinflusst werden kann, bietet sie wertvolle Einblicke in die Anwesenheit und Häufigkeit invasiver Arten wie den Rundgobius.

Fortgesetzte Bemühungen zur Verbesserung der eDNA-Techniken und zur Vertiefung unseres Verständnisses ihrer Dynamik in marinen Ökosystemen werden Naturschützern und Managern helfen, im Kampf gegen invasive Arten und deren Auswirkungen auf die lokale Biodiversität erfolgreich zu sein.