Der East River, eine langgezogene Meerenge in New York City, ist traditionell stark verschmutzt. Bis heute werden städtische Abwässer in den Ästuar geleitet. Zugleich sorgen Umweltschutzbemühungen dafür, dass sich die Fischpopulationen in dem städtischen Gewässer erholen. Um die Fortschritte zu verfolgen, ist eine regelmäßige Erfassung der Fischbestände wichtig, doch durch die starke Strömung und den felsigen Untergrund lassen sich klassische Methoden wie Fallen und Schleppnetze nur schwer einsetzen.
Spurensuche in Wasserproben
Auf der Suche nach einer einfachen und verlässlichen Methode, um Informationen über die Fische im East River zu gewinnen, kamen die Umweltwissenschaftler Mark Stoeckle und Jesse Ausubel von der Rockefeller University in New York auf die Idee, die Tierwelt im Wasser anhand ihrer Hinterlassenschaften zu untersuchen: Kot, Schleim, Hautzellen und Kadaver geben DNA-Stränge ins Wasser ab, die sich im Labor nachweisen lassen. Von Mai 2024 bis Mai 2025 entnahmen sie jede Woche einen Liter Wasser am Ufer des East Rivers, leiteten es durch einen Filter und untersuchten die DNA in dem, was im Filter hängen blieb.
Und tatsächlich: Die sogenannte Umwelt-DNA (englisch: environmental DNA, eDNA) gab nicht nur Aufschluss darüber, welche Fischarten im East River vertreten waren, sondern die Anteile der jeweiligen DNA-Spuren passten auch gut zu den Populationsgrößen, die anhand von Schleppnetzuntersuchungen geschätzt worden waren. „Wir können rohe DNA-Sequenzdaten in zuverlässige Schätzungen der Bestandsgröße umwandeln“, berichtet Stoeckle. Dabei zeigte sich eine positive Entwicklung: Insgesamt 71 lokale Meeresfische wiesen die Forschenden nach, darunter zwei Arten, die im Vergleich zu früheren Untersuchungen offenbar neu in großer Zahl vertreten waren.
Auch saisonale Schwankungen waren erkennbar. Da einige Arten nur im Sommer im East River leben, stieg die Konzentration an Fisch-DNA in diesen Monaten um das Zehnfache an. Die eDNA spiegelt biologische Dynamiken demnach zuverlässig und genau wider und kann eine einfach durchzuführende Ergänzung zu Schleppnetzuntersuchungen bieten.
Informationen über die ganze Stadt
Doch die Erkenntnisse, die sich aus den Wasserproben gewinnen lassen, gehen weit über die Erfassung der Fischbestände hinaus. So fanden Stoeckler und Ausubel auch DNA-Spuren von 60 Landwirbeltieren, darunter Wildtiere wie Ratten, Tauben, Biber und Waschbären, aber auch Haustiere wie Hunde und Katzen sowie Nutztiere wie Hühner, Rinder und Schweine. Die jeweiligen DNA-Konzentrationen korrelierten stark mit der Konzentration von menschlicher DNA in den Wasserproben. Aus Sicht der Forschenden lässt dieses Muster auf eine gemeinsame Quelle schließen: die städtischen Abwässer, die bei einer Überlastung der Abwassersysteme ungefiltert in den East River geleitet werden.
„Nach einem starken Regenguss landet die DNA von fast allem, was die Stadt am Laufen hält – und quaken und quieken lässt –, im East River“, sagt Ausubel. „Genetisch gesehen verwandelt ein Regenguss den Fluss in etwas, das dem Times Square an Silvester ähnelt: überfüllt, laut und voller Signale.“ Diese Signale offenbarten erstaunliche Einblicke: „Wir haben festgestellt, dass die Menge an tierischer DNA im East River eng mit den landesweiten Verkaufsdaten korreliert“, berichtet Ausubel. „Wir glauben deshalb, dass die DNA in städtischen Flüssen einen recht guten Einblick in die Ernährungsgewohnheiten der lokalen Stadtbewohner geben kann.“ Beispielsweise stammte die häufigste Nutztier-DNA in den Wasserproben von Hühnern, die auch die Liste der in New York am meisten verzehrten Tiere anführen.
Kostengünstiges Monitoring
„Umwelt-DNA verrät uns nicht nur, was im Wasser lebt, sondern gibt auch Einblicke in das gesamte Ökosystem, das es umgibt, einschließlich der Stadt selbst“, sagt Stoeckle. Aus Sicht der Forschenden könnte sie damit ein einfaches und kostengünstiges Instrument darstellen, um wichtige Einblicke in den Zustand der städtischen Ökosysteme zu gewinnen. „Wir hoffen, dass unsere Arbeit Behörden oder zivilgesellschaftliche Organisationen dazu inspiriert, eDNA in den Gewässern in ihrer Umgebung zu untersuchen. Man lernt dabei viel, und es ist gar nicht so teuer.“ Die wöchentlichen Untersuchungen der Wasserproben für die Studie haben in zwölf Monaten insgesamt nur 15.000 US-Dollar gekostet – deutlich weniger als viele andere Monitoring-Maßnahmen. „Dieser Ansatz verspricht, die Umweltüberwachung so einfach und routinemäßig wie einen Bluttest zu machen“, sagt Stoeckle.
Quelle: Mark Stoeckle und Jesse Ausubel (Rockefeller University, New York, USA) et al., PLoS One, doi: 10.1371/journal.pone.0332676
