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Gewässer-Überwachung dank DNA und Bilderkennung

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DNA-Fingerabdruck und automatische Bilderkennung
Veränderungen im ökologischen Zustand von Fließgewässern lassen sich durch die darin lebenden Arten erfassen. Diese sollen zukünftig per DNA-Fingerabdruck und automatischer Bilderkennung bestimmt werden. Symbolbild: Redaktion

Neue Methoden für das Biodiversitätsmonitoring wie DNA-Untersuchungen und automatische Bilderkennung sind die Voraussetzung, um Veränderungen in Gewässern frühzeitig zu erkennen und dadurch die Natur effektiver zu schützen. Dies betrifft insbesondere Flussökosysteme.

Das Forschungsprojekt „DNAquaIMG: Innovatives transnationales aquatisches Biodiversitätsmonitoring“ ermöglicht mit genetischen Analysen und automatischer Bilderkennung eine bessere Überwachung der biologischen Vielfalt in Flüssen. Das Projekt der Arbeitsgruppe um Prof. Florian Leese der Universität Duisburg-Essen trägt zum besseren Verständnis des Biodiversitätswandels in Europa bei.

Selbst winzige Arten hinterlassen DNA-Fingerabdruck im Gewässer

Der Biodiversitätswandel in Europa wird zunehmend spürbarer, vor diesem Hintergrund eröffnet das Forschungsprojekt „DNAquaIMG: Innovatives transnationales aquatisches Biodiversitätsmonitoring“ eine neue Perspektive: das Projekt hat das Ziel, den tiefgreifenden Biodiversitätswandel in Europa in seiner Komplexität besser zu verstehen und systematischer zu überwachen. Projektleiter Prof. Dr. Florian Leese von der Universität Duisburg-Essen (UDE) wird in dem internationalen Konsortium mit 14 Partnern aus elf europäischen Ländern die international führende Expertise für die Entwicklung und Einführung von molekularen Hochdurchsatz- und automatisierten Bilderkennungsmethoden zur Überwachung der biologischen Vielfalt in Europas Flüssen bündeln. Die Kombination der beiden sich ergänzenden Ansätze bietet Vorteile für die Bewertung der biologischen Vielfalt im Kontext der Verschlechterung und Wiederherstellung von Ökosystemen: Wie beim DNA-Fingerabdruck in der Forensik ermöglichen die genetischen Methoden eine genauere Erkennung und Beschreibung der Artenvielfalt, selbst bei mikroskopisch kleinen Lebewesen. Diese Genauigkeit ist mit einer automatischen Bilderkennung oft nicht möglich, aber sie kann sehr zuverlässig Daten über die Häufigkeit, Größe und Biomasse von Arten liefern. In Kombination bieten diese komplementären Ansätze von DNA-Fingerabdruck und automatischer Bilderkennung die Möglichkeit, die Daten zur biologischen Vielfalt aus Umweltproben erheblich zu erweitern. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des internationalen Forschungsprojekts planen, beide Ansätze weitgehend zu automatisieren.

Artbestimmung von Kleinstlebewesen durch automatische Bilderkennung

Um die Möglichkeiten der neuen Methoden für ein europäisches Biodiversitätsmonitoring zu nutzen, werden die Fachleute die Implementierung im Kontext des bestehenden und bewährten Monitorings von Gewässern im Rahmen der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie (2000/60/EG) anstreben. Die Wasserrahmenrichtline sieht ein routinemäßiges Biomonitoring zur Bewertung der Flüsse vor. DNAquaIMG hat das Ziel mit den neuen Methoden umfassend zu untersuchen, wie Veränderung in den Artengemeinschaften mit der funktionalen Vielfalt und der ökologischen Zustandsklasse zusammenhängen. Dazu ist eine Bestimmung der Organismen bis auf das Artniveau erforderlich, um konkrete Hinweise für Biodiversitätsveränderungen zu erhalten. Allerdings erfolgt dieses Vorgehen bislang in nur wenigen Ländern. Das ermöglicht zwar ein Biomonitoring, das Einblick in den ökologischen Zustand einer Region gibt, aber für ein echtes Biodiversitätsmonitoring auf Artebene sind umfassende Daten wie aus diesem Projekt erforderlich.

Prof. Dr. Florian Leese erläutert: „Wirbellose Tiere und Kieselalgen sind die am häufigsten untersuchten Indikatorgruppen der Wasserrahmenrichtlinie. Davon werden wir gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus Behörden und Wasserverbänden in acht Ländern Proben nehmen und prüfen, wie sich die neuen Methoden in den Routinebetrieb integrieren lassen und den wissenschaftlichen Mehrwert der neuen Daten für ein europäisches Biodiversitätsmonitoring aufzeigen.“

Das Forschungsprojekt fokussiert darauf, auf diese Weise neue Ziele für Indikatoren der biologischen Vielfalt zu identifizieren. Auf der Grundlage der Projektergebnisse planen die Fachleute, eine Strategie für eine verbesserte länderübergreifende Überwachung der biologischen Vielfalt und des Wandels von Ökosystemen zu entwickeln und damit die Umsetzung des Europäischen Green Deals, insbesondere der Europäischen Biodiversitätstrategie, sowie des Globalen Biodiversitätsrahmens von Kunming-Montreal zu unterstützen. Das Projekt hat insgesamt ein Volumen von rund 2,0 Millionen Euro und umfasst Partnerinstitutionen aus 11 Ländern.

-Pressemitteilung Universität Duisburg-Essen-

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