DNA-basierte Gewässerbewertung - bereits Realität! (Vasco Elbrecht, DGL 2016, Wien)

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Für ein nachhaltiges Gewässermanagement, aber auch viele wissenschaftliche Fragestellungen, ist das möglichst genaue Erfassen der Artendiversität eine zentrale Grundlage. Basierend auf morphologischen Merkmalen ist dies für viele Organismen, insbesondere bei Invertebraten, oft nur ungenau und für wenige Experten möglich. Entsprechend sind klassisch-morphologische Bestimmungen häufig zeitaufwändig und anfällig für Fehlbestimmungen. Dies kann im schlimmsten Fall zu einem suboptimalen Gewässermanagement führen.

Eine Alternative zu den morphologischen Bestimmungen ist das DNA-Barcoding. Hierbei werden Organismen – vergleichbar mit Produkten im Supermarkt, die über einen Strichcode identifiziert werden können – über einen standardisierten Genbereich im Erbgut der Organismen sehr präzise bestimmt. Mit modernsten Hochdurchsatzs-Sequenzierern können so Taxalisten von kompletten Umweltproben mit Tausenden von Organismen sicher, hochstandardisiert und kostengünstig erstellt werden.

In den letzten zwei Jahren erste Ergebnisse zu dieser „DNA-Metabarcoding“-Methode anhand von künstlich zusammengestellten Artgemeinschaften präsentiert und konnten noch bis zu 20% der Arten nicht detektieren. Seitdem haben wir unsere Methoden weiter verbessert. Die neuen Daten belegen, dass wir in denselben künstlichen Gemeinschaften nun alle vorhandenen Insekten detektieren. Weitere Analysen von kompletten WRRL-konformen Kick-Samples aus Finnland und Deutschland zeigen, dass wir mit DNA-Metabarcoding mehr als doppelt so viele Taxa erfassen wie mit morphologischen Methoden, hierbei viele davon auf Artlevel. In dem Vortrag zeigen wir das Konzept der Arbeitsschritte, speziell wie viele dieser roboter-gestützt weitgehend automatisiert und standardisiert werden können. Zudem zeigen wir eine Kostenaufstellung zwischen unserer DNA-basierten Methode im Vergleich zu klassisch-morphologischen Bewertungen.

Unsere Daten, wie auch mittlerweile die zahlreicher internationaler Arbeitsgruppen, belegen das Potenzial der neuen Methode. Sie zeigen, dass DNA-basierte Bewertungsmethoden bereits Einzug in die routinemäßige Bewertung erhalten haben und klassisch-morphologische Diversitätserhebungen ergänzen und langfristig in weiten Teilen ablösen werden. Zeitgleich ist es zentral als zuvor taxonomische und ökologische Informationen zu den Gewässerorganismen aufzuarbeiten und in zentrale Datenbanken einzuspeisen. Nur so kann das Potenzial DNA-basierter Methoden substanziell ausgebaut werden. Hierzu ist die Kooperation von Wissenschaftler der verschiedenen biologischen Disziplinen wichtiger denn je.