Die Teen Detektive mit DNA, um invasive Fische zu stalken

Wenn nordische Schlangenköpfe einmal in Gewässer eindringen, sind sie schwer zu erschüttern. Die invasiven Fische legen ihre nadelspitzen Zähne an andere Fische, einheimische Vögel und kleine Säugetiere an und vermehren sich wie verrückt. Innerhalb von zwei Jahren kann eine einzige Frau 150.000 Eier ablegen. Solange sie nass bleiben, können sie tagelang an Land überleben und sich mit ihren Flossen und Schwänzen von einem Gewässer zum nächsten treiben lassen.

Bisher hat der Staat New York zwei Ausbrüche der ungebetenen Gäste, die in Asien heimisch sind - einer, der unter Kontrolle gerungen wurde, und einer mit einer viel problematischeren Prognose. Ohne Kontrolle, hat die Bevölkerung in einem See in Orange County "das Potenzial, die gesamte Hudson River-Drainage und darüber hinaus bis zu den Great Lakes und den kontinentalen USA zu befallen", so die Abteilung für Umweltschutz.

Wenn eine invasive Art einen neuen Lebensraum vollständig besiedelt, ist es fast unmöglich, sie vollständig auszurotten. "Um ganz ehrlich zu sein, das funktioniert fast nie", sagt Donna Cassidy-Hanley, wissenschaftliche Mitarbeiterin am Cornell College of Veterinary Medicine. Eine fremde Bevölkerung kann verwaltet werden, bevor sie eine kritische Masse erreicht. Dies ist jedoch auch der Zeitpunkt, zu dem sie am schwersten zu erkennen und zu verfolgen ist. Der Staat New York ist mit Tausenden von Teichen und Seen durchzogen. Es ist nicht machbar, in alle hineinzuwattern, die Augen für ein Aufblitzen der Sattelschuppen des Schlangenkopfs abgezogen. An einem nebligen Herbstmorgen machte sich eine Gruppe von Studenten auf den Weg, um anders auszusehen.

Der Schlangenkopf ist hochinvasiv und schwer zu erkennen. Wikimedia Commons / CC-BY-SA-2.0

Über das FishTracker-Programm von Cornell, das vom Nationalen Institut für Ernährung und Landwirtschaft des USDA finanziert wurde, beugten sich Teams von in Rettungswesten gekleideten Jugendlichen über den Docks, um Wasserproben aus dem Hudson River zu schöpfen. Sie tauchten Plastiksäcke in die Wassersäule und versuchten zu vermeiden, dass sich Schmutz und Schlamm vom Boden aufrührten. Dann erstickten sie jeden Beutel mit einem Zahnstocher und ließen das Rinnsal durch einen Filter tropfen, der zum Labor zurückkehrte.

Was jeder Filter erfasst, ist ein Wirrwarr von genetischem Material, das im Wasser herumschwebt, von den Kreaturen abgeschwemmt wird, die den Fluss als Heimat bezeichnen, oder auch nur durchgegangen ist. Im Labor verwenden Forscher eine Technik namens quantitative PCR (qPCR), mit der sie auf spezifische DNA-Signaturen in der Probe zielen können. "Die Technologie ist von der Stange", sagt James Casey, ein Virologe am College of Veterinary Medicine, der die in der Studie verwendeten Gentests entwickelte. „Jeder Fisch in den Great Lakes und New York City wurde wie die universelle Produktkennung, die Sie im Supermarkt scannen, mit einem Barcode versehen.“ Casey verwendet diese eindeutigen genetischen Identifikatoren: „Wir können Primer und Sonden herstellen, die nur das genau identifizieren. „Derzeit sucht das FishTracker-Projekt nach einer Reihe von Alien-Besatzern amerikanischer Gewässer: Meerraubeneen, Karpfen, Karaffen, Nördliche Schlangenköpfe, Weiße Barsche und Asiatischer Sumpfaal. Unter idealen Bedingungen kann die Technologie einen einzelnen Fisch in einem 50 Hektar großen Teich ausfindig machen, der 10 Fuß tief ist. Und weil DNA bis zu sechs Stunden im Wasser hängt, kann der Test sogar Besucher markieren, die sich bewegt haben.

Seit dem Start des Pilotprogramms vor drei Jahren haben mehr als 3.000 Schüler aus 78 Schulen 320 Standorte in New York vermessen. Sie überwachen derzeit sechs invasive und zwei gefährdete Arten, den amerikanischen Aal und den Tiefwasser-Cisco. Für Studenten ist das Programm eine leicht zugängliche Einführung in ansonsten undurchsichtige Vorstellungen von Ökologie, Genomik und Naturschutz. "Es bringt sie in einem echten Sinn in die Wissenschaft", sagt Casey. „Es beginnt eine Konversation, von der die Schüler nicht wegkommen können.“ Da die Schüler ihre Proben mit GPS-Koordinaten koppeln, können die Daten, die auf einer frei zugänglichen Website verfügbar sind, den Forschern und Partnern die Entscheidung erleichtern, wo sie sich konzentrieren sollen maßgeschneiderte Ausrottungsbemühungen.

Die von den Schülern gesammelte DNA kann für die Suche nach invasiven Arten verwendet werden und dient als Grundlage für zukünftige Arbeiten. Cornell Universität

Jeder dieser DNA-beladenen Filter ist eine Momentaufnahme eines bestimmten Ökosystems zu einem bestimmten Zeitpunkt. Daher sind die darin enthaltenen Daten auch nach dem Scannen nach invasiver DNA noch wertvoll. Die Forscher erstellen einen Vorrat von ihnen, der bei -80 Grad Celsius aufbewahrt wird, damit sie später erneut auf andere Arten untersucht werden können oder um zu sehen, wie Veränderungen wie Klima und Entwicklung Ökosysteme verändern und einige Arten aus ihren derzeitigen Lebensräumen treiben oder anderen Raum geben, um zu gedeihen.

Um diese Invasive tatsächlich zu stoppen, ist die Arbeit "ein Tropfen auf den heißen Stein", sagt Cassidy-Hanley, aber "es geht darum, einen Mechanismus zu schaffen, der erweiterbar, zuverlässig und relativ wirtschaftlich ist" der aquatischen forensischen Wissenschaft dabei.