Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Revolutioniert DNA-Barcoding die Gewässergüteanalyse?

09.12.2014

Ein deutsches Forschungsteam verglich die Kieselalgen in den Flüssen Oder und Lausitzer Neiße systematisch mit klassischen und modernen Bestimmungsmethoden.

Die moderne Bestimmung von Kieselalgenarten anhand ihrer Erbinformation, das DNA-Barcoding, ist demzufolge fast dreimal so genau wie die sehr detaillierte morphologische Untersuchung: Während molekulargenetisch 270 Taxa (d.h. Arten und Unterarten) entdeckt wurden, konnten morphologisch nur 103 Taxa identifiziert werden. Kieselalgen werden routinemäßig als Bioindikatoren innerhalb der EU-Wasserrahmenrichtlinie zur Bestimmung der Gewässergüte untersucht.


Eine Gewässerprobe der Lausitzer Neiße unter dem Lichtmikroskop: Die Artenfülle von Kieselalgen wird deutlich. Forschungsgruppe Diatomeen, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem


Bei der Entnahme einer Probe aus der Oder in Slubice/Frankfurt an der Oder.

Forschungsgruppe Diatomeen, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem

Die Untersuchung wird entscheidende Auswirkung für die Gewässergüteanalyse in Europa haben. Die verblüffenden Ergebnisse wurden gerade online in der renommierten Zeitschrift Molecular Ecology Resources veröffentlicht und wird in einer der nächsten gedruckten Ausgaben erscheinen. Beteiligt waren Forscherinnen und Forscher des Botanischen Gartens und Botanischen Museums Berlin-Dahlem der Freien Universität Berlin, des Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, der Universität Köln und der Justus-Liebig-Universität Gießen.

Kieselalgen: Wichtige Bioindikatoren für die Gewässergüte

Kieselalgen (Diatomeen) sind in nahezu allen Gewässertypen zu finden. Die verschiedenen Kieselalgenarten reagieren empfindlich und spezifisch auf Änderungen der Umwelt wie Verschmutzung, Nährstoffversorgung, Säure und Salzgehalt und sind daher wichtige Bioindikatoren. Kieselalgen werden routinemäßig als Bioindikatoren innerhalb der EU-Wasserrahmenrichtlinie und global zur Bestimmung der Gewässergüte untersucht.

Dabei werden vorrangig substratbewohnende Kieselalgen untersucht, da sie im Gegensatz zu freischwimmenden Kieselalgen nicht durch Strömung oder andere Einwirkungen verdriftet werden was zur Verfälschung der Ergebnisse führen kann. Um die Kieselalgen eines Gewässers für eine Gewässergüteanalyse zu untersuchen, werden sie von Steinen oder anderen Untergründen abgekratzt und anschließend im Labor untersucht. Diese bodenlebenden Kieselalgen kennt fast jeder als rutschigen Schleimfilm auf Steinen.

Schwächen der bisherigen Gewässergüteanalyse

Bei aktuellen Gewässergüteanalysen werden die darin lebenden Kieselalgen nur lichtmikroskopisch untersucht, um Aussagen über die Wasserqualität zu treffen. Tatsächlich sind jedoch viele für die Bestimmung wichtige Merkmale lichtmikroskopisch nicht oder nur schwer zu erfassen. Zudem hängt die routinemäßige Bestimmung der im Wasser lebenden Kieselalgen von den taxonomischen Fähigkeiten und Augen derjenigen ab, die die Proben auswerten.

DNA-Barcoding: Die konkurrenzfähige neue Methode

Die Bestimmung von Kieselalgenarten anhand ihrer Erbinformation, das DNA-Barcoding, ist sehr viel objektiver und feiner als die herkömmliche lichtmikroskopische Untersuchung. Langfristig wird im DNA-Barcoding die neue Methode zur Gewässergüteanalyse gesehen. Aktuell ist das DNA-Barcoding noch teurer und zeitaufwändiger als die klassische Untersuchungsmethode. Wird das Verfahren jedoch automatisiert, lassen sich Zeit und Kosten deutlich reduzieren.

Langfristig könnte DNA-Barcoding die Gewässergüteanalyse somit revolutionieren. Wichtige Vorbedingung für erfolgreiches DNA-Barcoding ist die Erarbeitung einer Referenz-Datenbank der DNA -Sequenzen aller Kieselalgen eines Gewässersystems, da nur mit diesem die analysierten DNA -Sequenzen im Vergleich zugeordnet werden können.

Die Untersuchung an der Oder und Lausitzer Neiße ist ein Modellfall und auf andere Gewässer in Mitteleuropa übertragbar. Die Kieselalgen von sieben Standorten der beiden Flüsse wurden untersucht. Die molekulargenetische Untersuchung zeigte insgesamt 28.000 DNA -Sequenzen von Kieselalgen, die 270 Taxa (Arten und Unterarten) zugeordnet werden konnten. Der Vergleich erfolgte mithilfe einer Referenz-Datenbank mit Daten aus eigener Forschung und Daten anderer WissenschaftlerInnen.

Interessant ist, dass etwa 70 Prozent der DNA -Sequenzen bis auf die Art genau bestimmt werden konnten, etwa 30 Prozent jedoch nur bis zur Gattung, entweder weil die Art noch unbekannt und neu ist oder weil sie bisher in der Referenzdatenbank nicht vorhanden ist. Das ist umso erstaunlicher, da die Norddeutsche Tiefebene eines der am besten untersuchten Gebiete der Erde ist in Bezug auf Kieselalgen. Die WissenschaftlerInnen konnten zeigen, dass selbst hier noch vieles unerforscht ist und von der angewendeten Methodik abhängt.

Kieselalgen sind die Lunge und Nahrung der Erde

Kieselalgen sind einzellige Algen von meist nur einem Zwanzigstel Millimeter Durchmesser, für deren Beobachtung ein leistungsstarkes Mikroskop erforderlich ist. Sie leben in großer Zahl in Seen, Flüssen und Meeren und besiedeln selbst kleinste feuchte Lebensräume wie Baumrinden und Erde. Die Zahl der Diatomeenarten wird auf mehrere 100.000 geschätzt, wobei gegenwärtig erst 30.000 Kieselalgenarten beschrieben sind. Trotz ihrer geringen Größe kommt Kieselalgen eine herausragende ökologische Bedeutung zu. Der dank ihrer Photosyntheseaktivität freigesetzte Sauerstoff macht etwa 25 % der weltweiten Sauerstoffproduktion aus. Sie leisten 25 % der Kohlendioxid-Fixierung der Erde, stehen am Anfang der Nahrungskette und tragen bis zu 25-45 % zur globalen Primärproduktion bei.

Charakteristische Kieselschale

Charakteristisch für den Aufbau der Diatomeen sind ihre gläsernen Schalen aus Kieselsäure, weswegen sie auch Kieselalgen genannt werden. Die Schalen umgeben die Zelle schützend, sind sehr vielfältig gestaltet und symmetrisch durchbrochen. Die Form der strukturierten Schalen ist artspezifisch und wurde schon früh in der Naturwissenschaft systematisch erfasst.

Publikation des Artikels:
Zimmermann, J., Glöckner, G., Jahn, R., Enke, N. und Gemeinholzer, B. (2014), Metabarcoding vs. morphological identification to assess diatom diversity in environmental studies. Molecular Ecology Resources.
doi: 10.1111/1755-0998.12336
Online http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.12336/abstract

Weitere Informationen geben Ihnen gern:

Dr. Regine Jahn, Leiterin der Forschungsgruppe Diatomeen,
Freie Universität Berlin, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem,
Telefon: 030 / 838-50142, E-Mail: r.jahn@bgbm.org

Jonas Zimmermann, Forschungsgruppe Diatomeen,
Freie Universität Berlin, Botanischer Garten und Botanisches Museum Berlin-Dahlem
und Systematische Botanik, Justus-Liebig-Universität Gießen,
Telefon: 030 / 838-50144, E-Mail: j.zimmermann@bgbm.org


Weitere Informationen:

http://www.bgbm.org/de/presse/pressefotos#Kieselalgen_Oder  – Pressefotos
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/1755-0998.12336/abstract  – Artikel

Gesche Hohlstein | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Ökologie Umwelt- Naturschutz:

nachricht Frühwarnsignale für Seen halten nicht, was sie versprechen
05.12.2016 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

nachricht Besserer Schutz vor invasiven Arten
15.11.2016 | Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Ökologie Umwelt- Naturschutz >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Das Universum enthält weniger Materie als gedacht

07.12.2016 | Physik Astronomie

Partnerschaft auf Abstand: tiefgekühlte Helium-Moleküle

07.12.2016 | Physik Astronomie

Bakterien aus dem Blut «ziehen»

07.12.2016 | Biowissenschaften Chemie