Environmental-DNA

38/3 „Environmental-DNA" eine neue Methode

für Monitoring und Artenschutz

von Jeroen van Delft
RAVON, Nijmegen, Niederlande

Mit der „environmental DNA-Technik“ (eDNA) wird das Vorhandensein oder Fehlen von Arten durch Wasserproben geprüft. Dazu arbeitet RAVON seit 2011 eng zusammen mit den französischen Entwicklern dieser Methodik, SPYGEN (Ficetola et al. 2008; Herder et al. 2012c, 2014; www.environmentaldna.nl). RAVON hat seitdem viele kleine und große Projekte zusammen mit SPYGEN mit guten Ergebnissen durchgeführt.

Die Methode ist sehr empfindlich und daher sehr geeignet, die Anwesenheit von Arten zu zeigen, auch dann, wenn nur noch wenige Individuen vorhanden sind. Mit klassischen Feldarbeit ist das auch möglich, aber die Chance ist weitaus geringer. Dejean et al. (2012) untersuchten in 49 Gewässer die Anwesenheit des Amerikanischen Ochsenfrosches, sowohl mit eDNA als mit traditionellen Methoden wie Sehen, Hören, Keschern und Suchen von Laich, Larven und erwachsenen Tieren. Mit traditionellen Methoden wurde die Präsenz des Ochsenfrosches in 7 der 49 Gewässer festgestellt. Die Ergebnisse der eDNA Studie, zeigte jedoch, dass Ochsenfrösche in 38 Wasser anwesend waren! Für den Kammmolch in den Niederlanden waren die Ergebnisse mit eDNA besser, im Vergleich zu der traditionellen Methode des Kescherns (Herder et al. 2013a und www.environmental-dna.com). Für die Knoblauchkröte sind die Ergebnisse sogar noch beeindruckender. Diese Art ist in den Niederlanden sehr selten. Es waren nur etwa 35 Lebensräume im ganzen Land bekannt. Mit eDNA gelang es nach einer Probenahme in 23 Gewässern sechs vermeintlich ausgestorbene Populationen dieser Art wieder zu entdecken. Das bedeutet eine Erhöhung der Anzahl der niederländischen Populationen um 17%punkte (Herder 2013).

Das Protokoll von Ficetola et al. (2008) ist von SPYGEN und RAVON verbessert worden. Zuvor war es gebräuchlich drei Proben aus einem Gewässer zu mischen und dies zur Analyse zu benutzen. Die Praxis hat gezeigt, dass es besser ist 20 Proben aus einem Gewässer zu nehmen und zu mischen. Seitdem machen wir es mit viel Erfolg auf diese Weise. Zusätzlich fügen wir, im Vergleich zu Ficetola et al. (2008), positive und negative Kontrollen für die Extraktion und Analyse (PCR) hinzu, um die Gültigkeit der Ergebnisse zu garantieren. Auch ist die Anzahl von PCR-Reaktionen auf die Probe von 9 bis 12 erhöht. Die Erfahrung zeigt, dass es oft nur wenig DNA in der Probe gibt (z. B. ist oft nur 1 von 12 PCR-Reaktionen positiv). Eine höhere Anzahl von PCR-Reaktionen, erhöht deshalb die Zuverlässigkeit der Analyse. SPYGEN hat speziell für die Arbeit mit eDNA ein Labor gebaut, um das Risiko einer Kontamination der Proben zu minimieren (separate Bereiche für die Extraktion/PCR, Zugangssystem mit Magnetkarten, Flächen unter Druck, UV-Lampen usw.).

Die Forschung hat gezeigt, dass eDNA nicht homogen, sondern heterogen über das Wasser verteilt ist. Die meiste eDNA ist in unmittelbarer Nähe der Zielspezies zu finden. Deswegen ist das ökologische Wissen über die Art und die Erfahrung der Feldarbeiter von entscheidender Bedeutung, um auf die vielversprechendsten Standorten Proben zu nehmen und die Trefferquote zu erhöhen. Eine Studie am Schlammpeitzger (Misgurnus fossilis) zeigte, dass an Stellen die von unsere Feldarbeitern als optimal eingeschätzt wurden, 2,5mal öfter Schlammpeitzger mit eDNA nachgewiesen wurden als an Stellen, die als mäßig geeignet beurteilt wurden (Abb. 1; Herder et al. 2013e). Es ist sehr wahrscheinlich, dass dasselbe für z. B. Knoblauchkröte und Kammmolch gilt. RAVON verfügt über gute Kenntnisse der Amphibien und Fische und gewährleistet somit eine korrekte Probenahme. Wir haben zusammen mit SPYGEN Erfahrungen für viele Arten mit eDNA machen können. Abbildung 2 zeigt ca. 1000 Stellen in den Niederlanden, wo eDNA-Proben gesammelt worden sind.

Abb. 1

Erhöhung der Trefferquote von Nachweisen des Schlammpeitzgers (Misgurnus fossilis) durch die Anwendung spezifischer ökologischer Kenntnisse der Kartierer. "Geschikt": Habitat wird von spezialisierten Katierern als optimal eingeschätzt, "Matig geschikt": Habitat wird als mäßig geeignet eingeschätzt. Blau: Schlammpeitzger wurde mit eDNA gefunden, Rot: Schlammpeitzger wurde mit eDNA nicht gefunden (Herder et al. 2013e).

Abb. 2

Alle Stellen in den Niederlanden wo RAVON in den letzten Jahren eDNA-Proben gesammelt hat, die von SPYGEN analysiert worden sind.

Es konnte gezeigt werden, dass eDNA für seltene und schwierig aufzufindende Arten und auch für bestimmte invasive exotische Arten eine geeignete Metode ist. Für einfach zu findende Arten, wie Fadenmolch oder Bitterling, ist die klassische Feldarbeit aber einfacher und billiger.

Der nächste Schritt, den RAVON bereits anwendet, ist der Nachweis aller anwesenden Fisch- oder Amphibienarten aus nur eine Wasserprobe! Die Erfahrungen zeigen, dass es damit genau so gute oder bessere Ergebnisse gibt als mit den oft viel intensiveren traditionellen Feldarbeiten.

Um ein Eindruck zu geben von die große Artenvielfalt womit Erfahrungen gemacht sind, gibt es hier eine Liste von Arten wofür es eDNA-primers gibt:
Fische
Misgurnus fossilis
Acipenser baerii
(Exot)
Zingel asper (Exot)
Quappe (Lota lota)
Universäle Primers für Fischen (alle Fischarten zusammen aus eine Wasserprobe)
Amphibien
Pelobates fuscus
Triturus cristatus
Triturus carnifex
(Exot)
Lithobates catesbeianus (Exot)
Universäle Primers für Amphibien (alle Amphibienarten zusammen aus eine Wasserprobe)
Wirbellose
Leucorrhinia pectoralis
Aeshna viridis
Procambarus clarkii
(Exot)
Trichobilharzia
Säugetiere
Mustela putorius
Mustela lutreola
Neovison neovison
(Exot)
Neomys fodiens
Microtus oeconomus


Weiter lesen
Die Website www.environmental-dna.com (auch English) präsentiert eine gute Übersicht.
Auf die Seite mit nationalen und internationalen Publikationen gibt vor allem Herder et al. (2013a) eine kompakte Übersicht und Herder et al. (2014) ein sehr umfassendes Übersicht (auch English).

Die Niederlande:
Herder, J. E. (2011): Pilot environmental DNA grote modderkruiper. – Stichting RAVON. Rapport 2011-102.
Herder, J. E. (2013): Environmental DNA zet de knoflookpad terug op de kaart. – Schubben & Slijm15: 15.
Herder, J. E.; Valentini, A. & Kranenbarg, J. (2012a): Detectie van grote modderkruipers met behulp van environmental DNA. – H2O 3: 25-27.
Herder, J. E.; Valentini, A. & Kranenbarg, J. (2012b): Zoeken naar DNA-sporen. Environmental DNA als nieuwe bemonsteringsmethode voor vissen. – Visionair 23: 4-7.
Herder, J. E.; Van Delft, J. & Dejean, T., (2012c): Environmental-DNA – een nieuwe inventarisatiemethode. – RAVON 44: 32-38.
Herder, J. E.; Van Delft, J.; Bellemain, E. & Valentini, A., (2013a): Environmental DNA krachtig gereedschap voor het monitoren van fauna. – De Levende Natuur 114 (3): 108-113.
Herder, J. E.; Bekker, D.; Koelman, R. & Bellemain, E. (2013b.): Noordse woelmuis en waterspitsmuis beter in beeld - net eDNA op het goede spoor. – Zoogdier 24(2): 8-10.
Herder, J. E.; Kranenbarg, J.; A. de Bruin & Valentini, A. (2013c): Op jacht naar DNA – Effectief zoeken naar grote modderkruipers.
Herder, J. E.; Termaat, T. & Valentini, A. (2013d): Environmental DNA als inventarisatiemethode voor libellen, 2013 – Vlinders 2: 22-25.
Herder, J. E.; Kranenbarg, J.; de Bruin, A. & Valentini, A. (2013e): Op jacht naar DNA – Effectief zoeken naar grote modderkruipers. Visionair 28: 8-11.
Herder, J. E.; Valentini, A.; Bellemain, E.; Dejean, T.; Van Delft, J. J. C. W.; Thomsen, P. F. & Taberlet, P. (2014): Environmental DNA – toepassingsmogelijkheden voor het opsporen van (invasieve) soorten. – Stichting RAVON, Nijmegen. Rapport 2013-104.

International:
Ficetola, G.; Miaud, C.; Pompanon, F. & Taberlet, P. (2008): Species detection using environmental DNA from water samples. – Biol. Letters 4: 423-425.
Valentini, A.; Pompanon, F. & Taberlet, P. (2009): DNA barcoding for ecologists. – Trends in Ecology and Evolution 24: 110-117.
Valentini, A.; Miquel, C. & Taberlet, P. (2010): DNA Barcoding for Honey Biodiversity. – Diversity 2: 610-617.
Dejean, T.; Valentini, A.; Duparc, A.; Pellier-Cuit, S.; Pompanon, F.; Taberlet, P. & Miaud, C. (2011): Persistence of environmental DNA in freshwater ecosystems. – PLoS ONE 6(8): e23398. doi:10.1371/journal.pone.0023398.
Dejean, T.; Valentini, A.; Miquel, C.; Taberlet, P.; Bellemain, E. & Miaud, C. (2012): Improved detection of an alien invasive species through environmental DNA barcoding: the example of the American bullfrog Lithobates catesbeianus. – Journal of Applied Ecology 49(4): 953-959.
Thomsen, P. F., Kielgast, J.; Iversen, L. L.; Wiuf, C.; Rasmussen, M.; Gilbert, M. T. P.; Orlando, L. & Willerslev, E. (2012): Monitoring endangered freshwater biodiversity using environmental DNA. – Molecular Ecology 21: 2565–2573.

Letzte Änderung am Sonntag, 25. Juni 2017 um 12:41:06 Uhr.

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