Wissenschaft

Neues DNA-Tool revolutioniert die Meereswissenschaft

Mit Hilfe von eDNA können Wissenschaftler Fische und andere Meerestiere identifizieren, ohne sie zu fangen. Dienstag, 4 Dezember

Von Stephen Leahy

Ein einziges Glas Wasser aus einem beliebigen Fluss, See oder Küstenabschnitt kann nun binnen weniger Tage offenbaren, welche Fischarten dort vor Kurzem entlanggeschwommen sind. Früher wäre ein Labor etwa einen Monat damit beschäftigt gewesen, die Daten auszuwerten und ein Ergebnis vorzulegen. Ein neues Tool kann hingegen in drei oder weniger Tagen auf spezifische Arten schließen. Für die Meereswissenschaften könnte das eine kleine Revolution bedeuten.

„Wenn man am Dienstagmorgen eine Wasserprobe aus dem New Yorker Hafen nimmt, weiß man schon Donnerstag, ob die Winterflundern zurück sind“, sagte Jesse Ausubel, der Direktor des Program for the Human Environment an der Rockefeller University in New York City.

Der New Yorker Hafen schränkt die Aktivitäten der Schwimmbagger ein, wenn Winterflundern vorhanden sind.

Das neue Tool namens „Go Fish eDNA“ ist nicht nur schnell, sondern auch preiswert: Die Untersuchung kostet für eine spezifische Art nur 15 Dollar und 8 Dollar für jede zusätzliche Art. In ein paar Jahren könnten Wasserproben, die am frühen Morgen an Stränden genommen wurden, den Rettungsschwimmern wenige Stunden später schon verraten, ob sich kürzlich Tigerhaie oder Weiße Haie im Wasser aufgehalten haben, so Ausubel. „Das wäre dann so eine Art DNA-Messstäbchen.“

Die Rockefeller University veranstaltete vom 29. bis 30. November die erste National Conference on Marine Environmental DNA, auf der Wissenschaftler darüber sprachen, wie die Technologie genutzt und verbessert werden kann.

„Mehr als 1.600 Kilometer von der Küste entfernt konnten wir über eine Nanonpore-DNA-Sequenzierung binnen 48 Stunden die Präsenz von Weißen Haien in der Wassersäule unter unserem Schiff ausmachen“, sagte Barbara Block, eine Meereswissenschaftlerin der Stanford University.

Go Fish eDNA wurde von Mark Stockle entwickelt, einem Forscher der Rockefeller University.

Die Möglichkeit, Tiere anhand ihrer genetischen Spuren zu identifizieren, ohne sie fangen zu müssen, ist „ein Durchbruch mit großer Tragweite für die Umwelt und Wirtschaft“, sagte Stockle.

Die Genspur der Fische

Menschen verlieren pro Stunde zwischen 30.000 und 40.000 Hautzellen. Der Staub, der sich auf Tischen, Regalen und in den Ecken unserer Zimmer ansammelt, besteht größtenteils aus toten Hautzellen. Fische und andere Meerestiere verlieren ebenfalls Hautzellen und andere Zellen. Sie sinken irgendwann zu Boden und zersetzen sich, aber Forschungen zeigten, dass die genetische Spur der Fische im Schnitt bis zu 24 Stunden lang in der Wassersäule verbleibt.

Eine Wasserprobe wandert zunächst durch einen besonders feinen Filter. Darin wird die DNA von den restlichen Fremdstoffen getrennt, erklärt Ausubel. DNA (oder DNS, für Desoxyribonukleinsäure) befindet sich in jeder einzelnen Zelle eines Organismus, egal, ob diese aus dem Blut, der Haut oder den Knochen stammt.

Die extrahierte DNA-Menge aus einer Probe kann sich auf mehrere Millionen DNA-Bruchstücke belaufen. Zum Glück verfügt jede Art über einzigartige DNA-Kombinationen, sogenannte Marker. Diese sind ähnlich hilfreich wie beispielsweise Ortsvorwahlen, an denen man erkennen kann, aus welcher Stadt ein Festnetzanruf getätigt wird. Die DNA-Marker werden isoliert und dann mit einer Datenbank abgeglichen, um herauszufinden, von welcher Art die Probe stammt.

Die Methode ist enorm zuverlässig und liefert Hinweise auf die Häufigkeit bestimmter Arten, sagte Ausubel. Außerdem kann sie den Wissenschaftlern viel über die Artenvielfalt in den Meeren verraten. Forscher, die ein traditionelles Schleppnetz benutzen, um herauszufinden, welche Tiere im Meer leben, fangen damit vielleicht 20 Arten, während das eDNA-Tool im selben Wasserbereich 100 Arten identifizieren könnte.

„Wenn wir eDNA schon für den 650 Millionen Dollar teuren Census of Marine Life gehabt hätten, der elf Jahre gedauert hat und 2010 beendet wurde, hätten wir das besser, preiswerter und viel schneller machen können“, sagte Ausubel, einer der Leiter des Projekts.

„Das verändert die Meereswissenschaft von Grund auf. Man sammelt einfach nur noch ein paar Gläser Wasser.“

Kinderleichte Forschung

Genau das haben Schüler einer New Yorker High School im Frühling und Sommer 2017 jede Woche an einem Angelpier auf Coney Island getan. Sie entdeckten insgesamt 34 Arten von Meereslebewesen, die am Pier vorbeigekommen waren, darunter auch Haie und Rochen.

Zusammen mit der Cornell University nahmen Schüler der Boynton Middle School Wasserproben und nutzen das eDNA-Tool, um invasive Arten in ihrem Teil des Bundesstaates New York ausfindig zu machen.

In Wisconsin dokumentierten Forscher fünf invasive Arten von Zooplankton im Ballastwasser von Schiffen, die den Oberen See befuhren. Darunter befand sich auch die eDNA einer Schwebegarnelenart namens Hemimysis anomala, die eigentlich im Schwarzen Meer heimisch ist.

„Die eDNA öffnet Tür und Tor für eine preiswerte, regelmäßige, umfassende und potenziell automatisierte Beobachtung der Vielfalt, Verteilung und Häufigkeit von Meereslebewesen“, sagte Paul Gaffney, ein pensionierter Vizeadmiral der Navy und ehemaliger Präsident und Fellow des Urban Coast Institute der Monmouth University.

„Die staatlichen Behörden müssen sich damit mal befassen.“

 

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.

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