Das Wasser erinnert sich – wie Umwelt-DNA die verborgene Fischwelt sichtbar macht

Umwelt-DNA, international meist als environmental DNA oder eDNA bezeichnet, umfasst genetisches Material, das Organismen in ihrer Umgebung zurücklassen. In einem Gewässer verteilen sich diese winzigen Spuren im Wasser, lagern sich an Partikel an oder sinken in das Sediment.

Forschende müssen den gesuchten Fisch deshalb weder sehen noch berühren. Stattdessen entnehmen sie Wasser, filtern die darin enthaltenen Partikel und untersuchen das gesammelte Material im Labor.

Die DNA-Spuren sind allerdings vergänglich. Sonnenlicht, Mikroorganismen, Temperatur und chemische Bedingungen bauen sie nach und nach ab. Strömungen können das Material zudem von seinem ursprünglichen Entstehungsort forttransportieren.

Genau darin liegt eine der großen Stärken, aber auch eine zentrale Schwierigkeit der Methode: Eine Wasserprobe zeigt, welche genetischen Spuren vorhanden sind. Sie verrät nicht automatisch, wie weit entfernt oder wie lange zuvor das Tier im Gewässer war.

Der sichtbare Teil der Arbeit wirkt zunächst erstaunlich unspektakulär: Eine Probe wird entnommen, beschriftet und durch einen sehr feinen Filter geleitet. Auf diesem Filter sammeln sich Zellen und DNA-Fragmente.

Die eigentliche Spurensuche beginnt anschließend im Labor. Dort wird das genetische Material aus dem Filter gelöst, vervielfältigt, sequenziert und mit bekannten Referenzsequenzen verglichen.

Die Qualität des Ergebnisses hängt dabei nicht nur von der Laborarbeit ab. Auch die Position der Probe, die Wassermenge, die Jahreszeit, die Strömung und die gewählten genetischen Marker beeinflussen, welche Arten erkannt werden.

Klassische Fischbestandserhebungen bleiben unverzichtbar. Sie können Tiere vermessen, ihren Gesundheitszustand erfassen und Aussagen über Altersstruktur oder Fortpflanzungserfolg ermöglichen.

Doch sie sind aufwendig. Je nach Gewässer kommen Netze, Reusen, Elektrobefischung, Taucher, Kameras, Sonar oder wissenschaftliche Fangschiffe zum Einsatz. Manche Arten entgehen diesen Methoden regelmäßig, weil sie selten, nachtaktiv, scheu oder schwer zugänglich sind.

Die eigentliche Stärke entsteht deshalb nicht durch das Ersetzen aller bisherigen Methoden. Sie entsteht durch die Kombination. Umwelt-DNA kann zeigen, wo genauer gesucht werden sollte. Klassische Untersuchungen können anschließend klären, wie groß, gesund oder fortpflanzungsfähig der Bestand tatsächlich ist.

Solche Untersuchungen gehen über die reine Frage „Welche Art lebt hier?“ hinaus. Wiederholte Proben können zeigen, wie sich Artengemeinschaften räumlich und zeitlich verändern – etwa nach einer Renaturierung, während einer Dürre oder nach dem Bau einer Wanderhilfe.

Ein genetischer Fund ist nur so gut wie die Datenbank, mit der er verglichen wird. Fehlt die Referenzsequenz einer Art oder ist ein Datensatz falsch bezeichnet, kann selbst eine technisch perfekte Probe nicht zuverlässig zugeordnet werden.

Genau hier setzt das europäische Projekt eDNAqua-Plan an. Das von Horizon Europe geförderte Vorhaben läuft von September 2023 bis August 2026 und soll einen Fahrplan für ein harmonisiertes aquatisches Umwelt-DNA-Monitoring entwickeln.

Die Herausforderung ist größer, als sie zunächst wirkt. Unterschiedliche Labore verwenden nicht zwangsläufig dieselben Filter, Marker, Grenzwerte oder Auswertungsverfahren. Werden die Methoden nicht dokumentiert und angeglichen, lassen sich Ergebnisse aus verschiedenen Ländern oder Jahren nur eingeschränkt vergleichen.

Die Faszination der Methode birgt die Gefahr, ihre Ergebnisse zu stark zu vereinfachen. Ein positiver DNA-Nachweis ist zunächst ein molekularer Befund – noch keine vollständige Bestandsaufnahme.

Ein besonders anschauliches Problem entsteht bei Fischtransporten oder Abwässern. Theoretisch kann DNA an einen Ort gelangen, obwohl dort kein lebender Bestand existiert. Auch Nahrung, Köderreste oder verarbeitete Fischprodukte können genetisches Material enthalten.

Umwelt-DNA beantwortet die Frage nach einer genetischen Spur sehr gut. Die ökologische Bedeutung dieser Spur muss anschließend fachlich eingeordnet werden.

Besonders wertvoll ist Umwelt-DNA dort, wo jede Woche zählt: bei der Suche nach invasiven Arten. Wird eine neue Art früh erkannt, besteht eher die Chance, ihre weitere Ausbreitung einzudämmen.

Gleichzeitig kann die Methode bei bedrohten oder extrem seltenen Arten helfen. Statt einen kleinen Restbestand durch intensive Fangversuche zusätzlich zu belasten, können zunächst Wasserproben Hinweise auf mögliche Vorkommen liefern.

Denkbar sind künftig auch automatisierte Stationen, die selbstständig Wasser filtern, Proben konservieren oder genetische Zielsequenzen bereits vor Ort erkennen. Schwimmende Plattformen, Unterwasserroboter und Forschungsschiffe könnten dadurch engmaschigere Daten liefern.

Künstliche Intelligenz kann bei der Auswertung großer Sequenzmengen, bei der Erkennung ungewöhnlicher Muster und bei der Verknüpfung mit Temperatur-, Strömungs- oder Kameradaten unterstützen. Die ökologische Interpretation bleibt dennoch eine wissenschaftliche Aufgabe.