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1. Poster auf der DGL-Tagung (Münster, 2019)

Wie valide und plausibel ist DNA-Metabarcoding für die ökologische Zustandsbewertung der Fließgewässer?

Biodiversität ist ein wichtiger Faktor bei der ökologischen Zustandsbewertung von Fließgewässern. Makroinvertebraten, Fische, Makrophyten und das Phytobenthos (inbes. Diatomeen) sind die wichtigsten biologischen Qualitätselemente (BQEs) und werden für die klassischen Zustandsbewertung durch morphologische Bestimmung erfasst. In den letzten Jahren wurden DNA-basierte Methoden als Alternativen und Ergänzungen zum klassischen, Morphologie-basierten Monitoring entwickelt. Mit Hilfe dieses „DNA-Barcodings“ können bewertungsrelevante BQEs in den Fließgewässern bereits erfasst und in Datenbanken hinterlegt werden. Mit der Weiterentwicklung von Hochdurchsatzmethoden (sog. „DNA-Metabarcoding“) können anschließend – mit Rückgriff auf die Datenbank – ganze Artengemeinschaften auf einmal erfasst werden. Hierfür ist im Optimalfall nur noch eine Wasserprobe, auch eDNA (‘environmental DNA’; Umwelt-DNA) genannt, notwendig. Die in der Probe vorhandenen DNA-Moleküle der dort vorkommenden Organismen werden extrahiert, Markergene amplifiziert und sequenziert und ergeben nach der Daten-Prozessierung eine Identitätenliste der dort vorkommenden Organismen. Vorherige Studien haben das Potenzial des DNA-Metabarcodings bereits für die drei typischen biologischen Qualitätselemente (BQEs) “Fische”, “Phytobenthos” und “Makrozoobenthos” getestet. In vielen Fällen scheint die Verwendung DNA basierter Methoden sinnvoll und bereits möglich. Zur Nutzung von DNA-Metabarcoding als Erhebungsinstrument für behördliches Monitoring ist jedoch eine Standardisierung der Probennahme und eine Validierung der Robustheit der Methode, in Übereinstimmung mit den rechtlich verbindlichen Indikatoren, zwingend erforderlich. Dementsprechend besteht in Deutschland, wie auch international, Bedarf an großflächigen Pionierstudien zur Plausibilisierung, Interkalibrierung und Standardisierung von DNA-Metabarcoding im behördlichen Monitoring. Hierzu wurde das Projekt “GeDNA” (Gewässer eDNA im behördlichen Kontext) als Forschungs- und Entwicklungsvorhaben zwischen der Universität Duisburg-Essen und dem Umweltbundesamt (UBA) initiiert. Das Projekt wird am Beispiel von drei Bundesländern (Nordrhein-Westfalen, Bayern und Sachsen) und vier Gewässertypen (5/9 und 14/15) die Anwendung der neuen Methoden prüfen und auf der Grundlage eines direkten Vergleichs DNA-basierter und klassischer Bewertungsmethoden für die BQEs Makrozoobenthos, Fische und Phytobenthos konkrete Empfehlungen für die behördliche Gewässerbeobachtung erarbeiten.