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Mit den richtigen Tricks verraten genetische Analysen mehr über die Vorkommen des bedrohten Fischotters

22.06.2015

Wie man Kot zum Sprechen bringt

Kot ist eine interessante Informationsquelle, wenn man etwas über die Bestände des scheuen Fischotters herausfinden will. Schließlich lässt sich daraus das Erbmaterial DNA isolieren, mit dessen Hilfe man nicht nur einzelne Tiere identifizieren, sondern auch die Größe der Population abschätzen kann.


Eurasische Fischotter (Lutra lutra L.) lassen sich nur selten bei Tageslicht blicken. Deshalb ist das Wissen über die gefährdeten Tiere immer noch sehr begrenzt.

Foto: André Künzelmann, UFZ

Man muss diese Informationen allerdings richtig zu lesen verstehen. Über die Chancen und Schwächen der Methode berichtet ein Team um Simone Lampa vom Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig im Fachjournal PloS ONE.

Fischotter lassen sich nicht so leicht in die Karten schauen. Nur selten gelingt es Wissenschaftlern, die scheuen Tiere in freier Wildbahn direkt zu beobachten. Niedergetrampelte Pflanzen am Gewässerufer, ins Wasser führende Rutschbahnen und Kothaufen sind oft die einzigen Indizien, die ihre Anwesenheit verraten.

Wie viele Otter sich in einem bestimmten Gebiet aufhalten, ist daher nur schwer herauszufinden. „Gerade bei bedrohten Arten ist das aber eine sehr wichtige Information“, sagt Simone Lampa vom Department Naturschutzforschung des UFZ. Denn nur anhand belastbarer Zahlen lässt sich feststellen, ob Schutzmaßnahmen wirklich greifen oder ob sich neue Probleme anbahnen.

Im Fall des Fischotters scheint derzeit alles für eine positive Entwicklung zu sprechen. Im 19. und 20. Jahrhundert hatten Jäger die Bestände dieses Marders massiv dezimiert, aus vielen Regionen Mitteleuropas war er komplett verschwunden. Doch seit den 1990er Jahren breitet sich die Art allmählich wieder aus. Festgestellt haben Wissenschaftler das vor allem anhand von Kot-Analysen.

Die Tiere hinterlassen ihre Losung an bestimmten Plätzen, um mit ihren Artgenossen zu kommunizieren. Die Standardmethode der Fischotter-Forschung besteht daher darin, gezielt nach diesen Markierungen zu suchen und so festzustellen, ob ein Gebiet von den Mardern besetzt ist oder nicht.

Über die Zahl der anwesenden Tiere sagt das allerdings noch nichts. Denn es kann durchaus vorkommen, dass sich mehrere Otter im gleichen Gebiet aufhalten und ihre Losung an denselben Plätzen hinterlassen. Zudem sieht der Kot von Ottern ganz ähnlich aus wie der des aus Nordamerika eingeschleppten Minks, so dass es leicht zu Verwechslungen kommen kann.

Seit einigen Jahren setzen Biologen daher auf genetische Analysen, mit denen sie jeden einzelnen Markierer individuell identifizieren können. Schließlich enthält die Losung Darmzellen, aus denen sich das Erbmaterial DNA isolieren lässt. Darin gibt es bestimmte Abschnitte, die für Fischotter typisch sind. Die Länge dieser sogenannten Mikrosatelliten aber unterscheidet sich von Tier zu Tier.

Solche genetischen Otter-Personalausweise haben Simone Lampa und ihre Kollegen in der Oberlausitzer Heide- und Teichlandschaft im Osten Sachsens untersucht. „In dieser Region war der Fischotter nie ausgestorben“, erklärt die Biologin. „Und er breitet sich von hier aus nach Westen aus“. Umso interessanter ist es, mehr über die Entwicklung dieser Bestände herauszufinden.

Sechs Jahre lang haben die UFZ-Forscher dazu Losungen gesammelt und genetisch analysiert. Auf diese Weise haben sie herausgefunden, dass in dem etwa 35 Quadratkilometer großen Untersuchungsgebiet um die 20 Fischotter leben. Die Zahl schwankt dabei von Jahr zu Jahr – je nachdem, wie viele Teiche gerade bewirtschaftet werden und damit reiche Fischbeute bieten.

Um auf solche Zahlen zu kommen, müssen die Forscher nicht von jedem einzelnen Tier Losung gefunden haben. Vielmehr bestimmen sie bei jedem Sammlungsdurchgang, wie viele Hinterlassenschaften von bekannten und wie viele von unbekannten Ottern stammen. Aus diesem Verhältnis lässt sich mithilfe mathematischer Formeln die wahrscheinliche Größe des Bestandes schätzen. „Nicht-invasive genetische Fang-Wiederfang-Methode“ nennen Biologen dieses Verfahren, das in der Naturschutzforschung seit einigen Jahren immer beliebter wird.

Bei ihren Untersuchungen haben die UFZ-Forscher allerdings auch einige Tücken der Methode aufgedeckt. So geht das Verfahren davon aus, dass jeder Otter das gleiche Markierverhalten an den Tag legt. „Was die Menge der Losung angeht, stimmt das auch“, resümiert Simone Lampa die Ergebnisse ihrer Studie. Doch es gibt Unterschiede in der Qualität.

Generell hinterlassen Fischotter verschiedene Formen von Losung: Neben trockenem und mit einer Schleimschicht überzogenem Kot produzieren sie auch noch Schleimklumpen aus Analsekreten. Diese liegen häufig auf Steinen und an anderen exponierten Stellen, so dass man sie besonders leicht findet. Da sich aus diesem Material zudem die DNA besser isolieren lässt als aus Kot, stützen sich viele Studien vor allem auf die Analyse solcher Proben.

Nun haben die Leipziger Wissenschaftler aber festgestellt, dass Ottermännchen häufiger Analsekrete absondern als Weibchen. Also werden männliche Hinterlassenschaften häufiger untersucht als weibliche, was die Ergebnisse verfälscht. So bescheinigen etliche Fischotter-Studien den untersuchten Populationen einen Männchen-Überschuss, den es in der Realität wahrscheinlich nicht gibt. „Man sollte sich also nicht zu stark auf die Analsekrete konzentrieren“, sagt Simone Lampa. Wer auch andere Losungsproben einbezieht, hat zwar mehr Mühe beim Sammeln und Analysieren. Dafür bekommt er dann aber auch repräsentativere Ergebnisse.

Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Analyse der DNA-Sequenzen nicht immer hundertprozentig genaue Ergebnisse liefert. Gerade bei Fischotter-DNA, die schon eine Passage durch das extrem aggressive Milieu im Verdauungstrakt dieser Tiere hinter sich hat, wird leicht der eine oder andere Baustein falsch bestimmt. Und schon eine solche Verwechslung kann dazu führen, dass man ein schon bekanntes Individuum für ein unbekanntes hält.

Dann tauchen in den Daten „Geistertiere“ auf, die es in Wirklichkeit gar nicht gibt. Auch wenn Simone Lampa jede Probe zwischen drei- und 26mal untersucht hat, um solche Fehler zu minimieren, bleiben drei bis vier solcher virtuellen Fischotter übrig. Es gibt allerdings Computermodelle, mit denen man solche Fehler aus den Daten herausrechnen kann. „Die muss man bei solchen genetischen Fang-Wiederfang-Studien unbedingt anwenden“, betont die Forscherin. Sonst überschätzt man die Größe der Population, was gerade bei bedrohten Arten wie dem Fischotter fatal sein kann.

Auch die Tiere selbst machen es den Wissenschaftlern nicht gerade leichter. Obwohl die untersuchten Losungen vor Ort bleiben, scheint so ein Otter sehr genau zu merken, wenn sich jemand daran zu schaffen gemacht hat. Tiere, deren Kot untersucht wurde, legten anschließend jedenfalls besonderen Eifer beim Markieren an den Tag. Und wieder kommt damit ein Fehler in die Statistik, den man herausrechnen muss.

„Wenn man das alles berücksichtigt, sind diese genetischen Fang-Wiederfang-Untersuchungen aber eine sehr gute Methode, um mehr über Fischotterpopulationen herauszufinden“, sagt Simone Lampa. Für den scheuen Marder wird es schwieriger, seine Geheimnisse für sich zu behalten.

Publikation:
Simone Lampa, Jean-Baptiste Mihoub, Bernd Gruber, Reinhard Klenke, Klaus Henle (2015): Non-Invasive Genetic Mark-Recapture as a Means to Study Population Sizes and Marking Behaviour of the Elusive Eurasian Otter (Lutra lutra). PLoS ONE 10(5): e0125684.
http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0125684
Die Studie wurde gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und unterstützt von der Helmholtz-Graduiertenschule HIGRADE.

Weiterführende Informationen:
Simone Lampa
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ)
Department Naturschutzforschung
Telefon: +49 (0)341-235-1652
http://www.ufz.de/index.php?de=19705
oder über
Tilo Arnhold, Susanne Hufe (UFZ-Pressestelle)
Tel.: +49 (0)341-235-1635, -1630
http://www.ufz.de/index.php?de=640

Weiterführende Links:
DFG-Projekt „Auswirkung von Landnutzungsänderungen auf die Populationsdynamik und Ausbreitung des Fischotters (Lutra lutra) in Sachsen und Deutschland“
http://www.ufz.de/index.php?de=14012

Im Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) erforschen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler die Ursachen und Folgen der weit reichenden Veränderungen der Umwelt. Sie befassen sich mit Wasserressourcen, biologischer Vielfalt, den Folgen des Klimawandels und Anpassungsmöglichkeiten, Umwelt- und Biotechnologien, Bioenergie, dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt, ihrer Wirkung auf die Gesundheit, Modellierung und sozialwissenschaftlichen Fragestellungen. Ihr Leitmotiv: Unsere Forschung dient der nachhaltigen Nutzung natürlicher Ressourcen und hilft, diese Lebensgrundlagen unter dem Einfluss des globalen Wandels langfristig zu sichern. Das UFZ beschäftigt an den Standorten Leipzig, Halle und Magdeburg über 1.100 Mitarbeiter. Es wird vom Bund sowie von Sachsen und Sachsen-Anhalt finanziert. http://www.ufz.de/

Die Helmholtz-Gemeinschaft leistet Beiträge zur Lösung großer und drängender Fragen von Gesellschaft, Wissenschaft und Wirtschaft durch wissenschaftliche Spitzenleistungen in sechs Forschungsbereichen: Energie, Erde und Umwelt, Gesundheit, Schlüsseltechnologien, Struktur der Materie, Verkehr und Weltraum. Die Helmholtz-Gemeinschaft ist mit fast 36.000 Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern in 18 Forschungszentren und einem Jahresbudget von rund 3,8 Milliarden Euro die größte Wissenschaftsorganisation Deutschlands. Ihre Arbeit steht in der Tradition des Naturforschers Hermann von Helmholtz (1821-1894). http://www.helmholtz.de/

Weitere Informationen:

http://www.ufz.de/index.php?de=33936

Tilo Arnhold | Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung - UFZ

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