Erbgut aus WasserprobenFlüsse verraten Artenvielfalt und menschliche Vorlieben
Bei einem Regenguss werden genetische Materialien in Flüsse gespült. Die Analyse dieser lässt Aussagen über viele Faktoren zu. Ein Forschungsteam nimmt die Umwelt-DNA des East Rivers in New York City unter die Lupe und findet Spuren von allem, was die Stadt am Laufen hält.
Gibt es gerade eine Rattenplage? Essen die Menschen aktuell besonders viel Lamm? Zu solchen Aspekten des Stadtlebens liefern durch den jeweiligen Ort fließende Gewässer leicht zugängliche Daten, wie Umweltwissenschaftler im Fachjournal "PLOS One" berichten. Erbgut aus Wasserproben biete Einblicke in saisonale Ernährungsvorlieben und Gesundheitstrends der Menschen ebenso wie Hinweise auf den Bestand einzelner Wildtierarten.
Genutzt wird sogenannte eDNA (environmental DNA, also Umwelt-DNA): Genmaterial von Tieren, Pflanzen oder Mikroorganismen, das durch natürliche Prozesse etwa in Form von Hautschuppen, Kot, Pollen oder abgestoßenen Zellen in die Umwelt gelangt. Aus der Analyse solcher DNA-Spuren können Fachleute ableiten, welche Arten es gibt - und auch, wie häufig sie sind.
Geht's den Ratten zu gut?
Mithilfe von eDNA aus dem Flusswasser einer Stadt könnten Behörden beispielsweise beurteilen, wie sich die Rattenpopulation dort entwickelt und so entscheiden, ob Bekämpfungsprogramme nötig sind, erklärte Hauptautor Mark Stoeckle von der Rockefeller University. Getestet hatten die Umweltwissenschaftler die eDNA-Nutzung am East River in New York City, einer langgezogenen Meerenge mit starken Strömungen.
"Nach einem starken Regen landet die DNA von fast allem, was die Stadt am Laufen hält - und quaken und quietschen lässt -, im East River", sagte Mitautor Jesse Ausubel von der Rockefeller University. "Genetisch gesehen verwandelt ein Regenguss den Fluss in etwas, das dem Times Square an Silvester ähnelt: überfüllt, laut und voller Signale."
Nachweise von Lamm auf dem Teller
Die Forscher entnahmen von Mai 2024 bis Mai 2025 wöchentlich einen Liter Wasser aus dem East River und analysierten die Erbgut-Spuren darin. Die Tests lieferten demnach einen unerwartet detaillierten Einblick in das Leben in und um die Stadt - von saisonalen Veränderungen bei Fischbeständen über die Aktivitäten der städtischen Tierwelt bis hin zur Ernährung der New Yorker.
Neben Meeresarten wiesen die Umweltwissenschaftler in dem Gewässer, das unter der Brooklyn Bridge und am UN-Hauptquartier entlangfließt, DNA-Spuren von mehr als 60 Landtieren wie Ratten, Waschbären und Eichhörnchen sowie typischen Stadtvögeln nach.
Zudem ließen sich Rückschlüsse auf saisonale oder New-York-spezifische menschliche Ernährungsvorlieben ziehen. "Die Anteile an Ziegen- und Schafs-DNA im East River waren höher als in den nationalen Daten, was auf einen erhöhten Konsum durch ethnische Minderheiten in New York City hindeuten könnte", heißt es in der Studie zum Beispiel.
Günstiges Mittel zur Umwelt-Überwachung
Umwelt-DNA verrate nicht nur, was im Wasser lebt, sondern gebe Einblicke in das gesamte Ökosystem, das es umgibt, erklärte Stoeckle. "Wir können nun das Leben in und um Flüsse herum untersuchen, indem wir moderne genomische Techniken auf eine kleine Wasserprobe anwenden", sagte er. "Dieser Ansatz verspricht, die Umwelt-Überwachung so einfach und routinemäßig wie einen Bluttest zu machen."
Mit eDNA-Proben könnten ökologische Veränderungen früher erkannt werden als mit herkömmlichen Überwachungsprogrammen, sie böten einen nahezu Echtzeit-Einblick in Reaktionen des Ökosystems. Städtische Gewässer könnten überall dazu genutzt werden, Artenvielfalt, Ergebnisse von Renaturierungsmaßnahmen und menschliche Einflüsse kontinuierlich zu erfassen, sind die Wissenschaftler überzeugt.
"Städtische Gewässer weltweit könnten zu dezentralen Beobachtungsstationen für ökologische Veränderungen werden, die nahezu in Echtzeit Aufschluss darüber geben, welche Lebewesen in und in der Nähe dieser Gewässer leben - nicht nur Fische, sondern auch Fledermäuse, Biber und Füchse", so Stoeckle. Aufwand und Kosten seien gering.
Nicht nur mit Wasser, auch mit Luft möglich
Einen ähnlichen Vorschlag machte ein anderes Forschungsteam bereits für Messstationen, die rund um den Globus die Luftqualität überwachen: Sie könnten entscheidend dazu beitragen, den Zustand der globalen Artenvielfalt zu dokumentieren, schloss das Forschungsteam im Fachblatt "Current Biology". An nur zwei Standorten fanden die Wissenschaftler eDNA-Nachweise für mehr als 180 verschiedene Pflanzen und Tiere.
Fast jedes Land verfüge über ein Netz zur Überwachung der Luftverschmutzung, hieß es. Auch in Deutschland kontrollieren hunderte Messstationen die Luftqualität. "Damit könnte ein globales Problem gelöst werden, nämlich die Frage, wie man die biologische Vielfalt in großem Maßstab messen kann", hatte Erstautorin Joanne Littlefair von der Queen Mary University of London erklärt.