Analyse der Artenvielfalt in Fließgewässern mittels Umwelt-DNA
Eine Untersuchung der Universität Duisburg-Essen demonstriert, wie sich die Biodiversität eines Flusses über ein Jahr hinweg anhand von DNA-Spuren in Wasserproben erfassen lässt. Die Studie, die an der renaturierten Mündung der Lippe bei Wesel durchgeführt wurde, ist in der Fachzeitschrift Ecological Indicators veröffentlicht worden.
Methodik und Ergebnisse
Die Biologen Till-Hendrik Macher und Robin Schütz entnahmen über einen Zeitraum von zwölf Monaten alle zwei Wochen jeweils zwei Liter Wasser. Insgesamt wurden 52 Proben analysiert. Mithilfe von DNA-Metabarcoding konnten sie 1.072 verschiedene Arten identifizieren, darunter:
- 40 Fisch- und Neunaugenarten
- 41 Vogelarten
- 26 Säugetierarten
- 425 aquatische Wirbellose
- 350 terrestrische Wirbellose
- 190 Kieselalgenarten
Zum Vergleich: Die globale Biodiversitätsdatenbank GBIF verzeichnet für denselben Standort 1.029 Arten, die über einen Zeitraum von mehr als 130 Jahren dokumentiert wurden.
Vergleich zu traditionellen Erfassungsmethoden
Im Gegensatz zur klassischen Artenbestimmung, die auf manueller Identifikation mittels Kescher, Pinzette und Mikroskop basiert, ermöglicht das DNA-Metabarcoding die Identifikation von Arten anhand ihrer genetischen Spuren im Wasser. Diese Methode erfasst Organismen über den gesamten Stammbaum des Lebens hinweg, von Kieselalgen bis hin zu Säugetieren wie dem Biber.
Die Studie belegte zudem, dass die erfassten DNA-Daten die tatsächliche biologische Aktivität im Fluss widerspiegeln. Beispielsweise zeigten winterlaichende Fischarten wie Quappe und Hecht ihre höchste DNA-Konzentration in den Wintermonaten, während die Blässgans ihre DNA-Spitzen während der Überwinterungszeit offenbarte.
Wirtschaftlichkeit und Anwendungspotential
Die Gesamtkosten für die Analyse aller 52 Proben beliefen sich auf etwa 12.000 Euro. Im Vergleich dazu würde eine klassische Erfassung der gleichen Organismengruppen über ein Jahr circa 70.000 Euro kosten, also etwa das Sechsfache.
Aktuell werden im Rahmen der EU-Wasserrahmenrichtlinie durchschnittlich 1,71 der vier biologischen Qualitätskomponenten (Fische, Wirbellose, Mikroalgen, Wasserpflanzen) pro Fluss untersucht, wobei nur wenige Gewässer alle vier Komponenten erfassen. Eine Kombination aus herkömmlicher Erfassung und drei zusätzlichen Umwelt-DNA-Erhebungen könnte alle vier Komponenten abdecken und läge bei etwa 115 % des bisherigen Budgets.
Florian Leese, Leiter der Arbeitsgruppe Aquatische Ökosystemforschung an der Universität Duisburg-Essen, betont, dass Umwelt-DNA zwar keine Angaben zu Biomasse oder Individuenzahlen liefert, aber in Kombination mit traditionellen Methoden ein umfassenderes Bild der Biodiversität ermöglicht.
Förderung und Kooperation
Die Studie wurde im Rahmen der Projekte GeDNA und TrendDNA durchgeführt und vom Umweltbundesamt gefördert (FKZ 3719242040, Projektnummer 156318). Kooperationspartner waren die Emschergenossenschaft und der Lippeverband (EGLV).
Kontakt für wissenschaftliche Rückfragen
Prof. Dr. Florian Leese
Arbeitsgruppe Aquatische Ökosystemforschung
Telefon: 0201/18 3-4053
E-Mail: florian.leese@uni-due.de
Originalpublikation
Macher T-H, Schütz R, Arle J, Beermann AJ, Haase P, Koschorreck J, Krehenwinkel H, Mora D, Sinclair JS, Zimmermann J, Leese F (2026): eDNA metabarcoding provides scalable and continuous biodiversity monitoring across the tree of life. Ecological Indicators 190, 115316. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2026.115316
