Wenn Tierarten und deren Population für ein Gebiet bestimmt werden sollen, ist das aufwendig. Die Tiere müssen gefangen oder beobachtet werden. Mithilfe von Umwelt-DNA soll das nun viel einfacher gehen.
Schuppen, Schleim, Haare oder Kot – alle Lebewesen geben ständig geringe Mengen ihres Erbgutes an die Umwelt ab. Sie hinterlassen also genetische Spuren in Form von DNA. Die Gesamtheit dieser verschiedenen Spuren nennen Forschende Umwelt-DNA.
"Letztendlich kann man mit Hilfe von nur ein paar kleinen Wasserproben den Artenbestand eines ganzen Lebensraums untersuchen."
Wenn zum Beispiel in einem Flussabschnitt die vorkommenden Organismen, also die Biodiversität, bestimmt werden sollen, kann die Umwelt-DNA Rückschlüsse geben. Dazu braucht es nur eine Wasserprobe.
Arbeiten mit Umwelt-DNA im Vergleich zu klassischen Methoden
Mit Umwelt-DNA lassen sich also verschiedene Organismen, aber auch deren Häufigkeit bestimmen. Für eine Studie in den USA wurde zum Beispiel ein Monitoring der Fischarten durchgeführt, die vor der Küste von New York leben. Dazu hat man parallel zwei Methoden angewendet: Zum einen wurden die Fische mit standardisierten Schleppzügen gefangen und gezählt – die klassische Methode. Zum anderen wurden Wasserproben gezogen, die man im Labor auf ihre Umwelt-DNA untersuchte.
Das Ergebnis: Insgesamt ließen sich zwischen 70 und 87 Prozent der mit der klassischen Methode ermittelten Fischarten auch mithilfe der Umwelt-DNA nachweisen. Außerdem gaben die Daten die Häufigkeiten bestimmter Fischarten wieder: Fische, die vermehrt im Netz landeten, hatten auch einen höheren Anteil an der Umwelt-DNA in den Wasserproben.
Aufspüren invasiver Arten mithilfe von Umwelt-DNA
Eine weitere Möglichkeit für den Einsatz der Methode ist das Aufspüren invasiver Arten. 2009 hatten sich ebenfalls in den USA zwei aus Asien stammende Karpfenarten im Mississippi und seinen Nebenflüssen ausgebreitet. Diese Silber- und Marmorkarpfen waren aus Zuchtanlagen entkommen und verdrängten nun die heimische Fischfauna in den Flüssen.
"Silberkarpfen und Marmorkarpfen sind Planktonfresser. Deshalb kann man sie, mangels geeigneten Köders, nicht Angeln. Und Netzen weichen sie meistens geschickt aus."
Außerdem bestand der Verdacht, dass die Karpfen kurz davor waren, in die Great Lakes einzudringen, was potenziell katastrophale Folgen für das Ökosystem gehabt hätte. Die Forschenden mussten also nachweisen, dass eine Gefahr bestand. Aber die Karpfen ließen sich auf konventionelle Art schwer nachweisen.
Der Forschungsansatz der Umwelt-DNA stand damals noch am Anfang, aber bot eine Alternative, um die invasiven Arten nachzuweisen. Und die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wurden fündig: Die invasiven Arten konnten nachgewiesen und entsprechende Schritte eingeleitet werden.
Umwelt-DNA lässt sich zu Wasser und zu Land finden
Das Arbeiten mit Umwelt-DNA funktioniert mit Wasserproben, aber auch auf dem Land: Für eine schwedische Studie haben Forschende einen sogenannten Aerosol-Sammler auf eine Wiese gestellt. In den Luftproben, die das Gerät sammelte, fanden sich in den Schwebepartikeln auch Zellen, Hautschuppen oder Kot von Insekten. Insgesamt konnten über 84 verschiedene Insektenarten identifiziert werden, sowie weitere Pilze, Pflanzen und Wirbeltiere.