Erbinformation verrät Bewohner: 1.072 Arten in einem Eimer Wasser

Die zeitlich und räumlich hochaufgelöste Erfassung der biologischen Vielfalt in aquatischen Ökosystemen stellt eine zentrale Herausforderung für das Monitoring dar. Eine Studie der Universität Duisburg-Essen an der renaturierten Lippemündung bei Wesel demonstriert das Potenzial der Umwelt-DNA-Analyse (eDNA) zur umfassenden und kosteneffizienten Biodiversitätsbestimmung aus geringen Probenvolumina.

Hohe taxonomische Abdeckung durch eDNA-Metabarcoding

Im Rahmen einer einjährigen Phänologie-Studie entnahmen Till-Hendrik Macher und Robin Schütz zweiwöchentlich jeweils zwei Wasserproben à zwei Liter. Über das Gesamtkollektiv von 52 Proben hinweg wurden mittels eDNA-Metabarcoding 1.072 Taxa identifiziert. Man fand 40 Fisch- und Neunaugenarten, 41 Vogel- und 26 Säugetierarten, 425 aquatische sowie 350 terrestrische Invertebraten und 190 Bacillariophyceen (Kieselalgen). Dieser Befund übertrifft den historischen Bestand der Global Biodiversity Information Facility (GBIF) für diesen Abschnitt. In dieser wurden über mehr als 130 Jahre hinweg 1.029 Arten dokumentiert.

Im Gegensatz zur konventionellen Taxonomie – basierend auf morphologischer Detektion mittels Benthosproben, Netzkeschern und Lichtmikroskopie – nutzt das Metabarcoding frei zirkulierende Erbinformationen zur Sequenzierung und bioinformatischen Artzuordnung.

Phänologische Korrelation und Methodenspezifität

Die detektierten Sequenzen korrelieren mit den biologischen Aktivitätszyklen der Spezies. „Wir haben mit zwei Litern Wasser pro Termin 1.072 Arten quer durch den Stammbaum des Lebens nachgewiesen – von Kieselalgen über Eintagsfliegen bis zum Biber“, sagt Till-Hendrik Macher. „Und wir konnten nachweisen, dass unsere Daten tatsächlich die Biologie der Lippe abbilden und nicht nur zufällig in den Fluss gespülte DNA ist“, ergänzt Robin Schütz. „Denn Winterlaicher wie Quappe und Hecht zum Beispiel zeigten ihre DNA-Maxima im Winter, die Blässgans genau in ihrer Überwinterungszeit.“

Ökonomische Effizienz und regulatorische Anwendbarkeit

Angesichts steigender Berichtspflichten – etwa durch das Kunming-Montreal Global Biodiversity Framework (GBF) – gewinnt die Skalierbarkeit molekularbiologischer Assays an Bedeutung. Die Gesamtanalyse der 52 Proben belief sich auf ca. 12.000 Euro. Eine vergleichbare morphologische Vollerfassung aller Organismengruppen über den gleichen Zeitraum wird auf rund 70.000 Euro geschätzt.
Unter der EU-Wasserrahmenrichtlinie (WRRL) werden derzeit pro Wasserkörper durchschnittlich 1,71 von 4 biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Makrozoobenthos, Phytobenthos/Makrophyten, Phytoplankton) erfasst. Ein hybrider Ansatz aus einer klassischen Bestandserhebung und drei eDNA-Messungen könnte die Abdeckung aller vier Komponenten bei etwa 115 Prozent des bisherigen Budgets realisieren.

Synergie von Molekularbiologie und klassischer Limnologie

Trotz der hohen Sensitivität des Metabarcodings bleibt die Ergänzung durch klassische Verfahren notwendig, um quantitative Abundanzen zu ermitteln. „Die Rechnung zeigt, welches Potenzial in der Kombination der Methoden steckt“, sagt Florian Leese. „Denn Biomasse und Individuenzahlen liefert die Umwelt-DNA nicht, sodass wir weiterhin auch andere Methoden brauchen, um ein vollständiges Bild zu bekommen.“

Quelle

Universität Duisburg-Essen (08/2026)