Öko­lo­gi­schen Fuß­ab­druck von Lachs­far­men ermitteln

Um den Bedarf an Lachs zu decken, gibt es unter ande­rem an den Küs­ten Skan­di­na­vi­ens und Schott­lands vie­le Lachs­far­men. Für sie gel­ten stren­ge Umwelt­auf­la­gen. Die Far­mer müs­sen über­prü­fen, wie die Fisch­zucht das Öko­sys­tem beein­flusst. Dazu ana­ly­sie­ren sie, wel­che Tie­re wie Kreb­se und Wür­mer auf dem Mee­res­bo­den vor­kom­men. Doch dies ist zeit­auf­wen­dig und teu­er. An einem schnel­len und effi­zi­en­te­ren Ver­fah­ren arbei­ten For­scher der Tech­ni­schen Uni­ver­si­tät Kai­sers­lau­tern (TUK). Sie nut­zen die DNA von Kleinst­le­be­we­sen. Damit las­sen sich Ver­än­de­run­gen genau­er cha­rak­te­ri­sie­ren, als dies bis­lang der Fall war. Die Stu­die wur­de in „Eco­lo­gi­cal Indi­ca­tors“ veröffentlicht.

Rund 14 Kilo­gramm Fisch isst jeder Deut­sche im Schnitt pro Jahr – beson­ders häu­fig kommt dabei Lachs auf den Tisch. Mit mehr als 1,2 Mil­lio­nen Ton­nen jähr­lich zählt Nor­we­gen zu den größ­ten Lachs-Pro­du­zen­ten welt­weit. In gro­ßen Käfi­gen vor der Küs­te wer­den die Fische cir­ca zwei Jah­re lang auf­ge­zo­gen. Dabei beein­flus­sen Fut­ter­res­te und Aus­schei­dun­gen der Fische das Öko­sys­tem im Was­ser und auf dem Mee­res­bo­den: Bak­te­ri­en bau­en die­se Stof­fe ab und ver­brau­chen dabei Sauer­stoff. In der Fol­ge kann der Sauer­stoff­ge­halt der­art sin­ken, dass vie­le Tie­re wie Wür­mer, Kreb­se oder See­igel absterben.

Des­halb haben die Umwelt­be­hör­den den Lachs­far­men stren­ge Auf­la­gen auf­er­legt. „Der Was­ser­aus­tausch durch Mee­res­strö­mung muss groß genug sein, um die Fische mit Sauer­stoff zu ver­sor­gen und mög­lichst vie­le Abfall­stof­fe abzu­trans­por­tie­ren“, sagt Pro­fes­sor Dr. Thors­ten Sto­eck, der an der TUK zur Öko­lo­gie forscht. „Auch darf es nur unmit­tel­bar unter­halb der Far­men zu einer mas­si­ven Ver­än­de­rung des Öko­sys­tems kommen.“

Um zu über­prü­fen, wie sich Flo­ra und Fau­na auf dem Mee­res­bo­den ver­än­dern, müs­sen die Far­mer Pro­ben vom Mee­res­bo­den ent­neh­men. „Anhand der vor­han­de­nen Lebe­we­sen kann man sehen, wie es zum Bei­spiel um die Gesund­heit des Mee­res­bo­dens bestellt ist. Die Tie­re die­nen als Indi­ka­to­ren“, fährt der Pro­fes­sor fort. Aller­dings ist die­ser Pro­zess teu­er und sehr auf­wen­dig; es dau­ert nicht sel­ten bis zu einem hal­bes Jahr, bis Ergeb­nis­se vor­lie­gen. Zu lan­ge, um Maß­nah­men zu ergrei­fen, wenn das Öko­sys­tem zu stark belas­tet ist.

Ein ein­fa­ches, schnel­le­res und kos­ten­güns­ti­ge­res Ver­fah­ren ent­wi­ckelt der­zeit das Team um Sto­eck in sei­nem Labor auf dem Kai­sers­lau­te­rer Cam­pus. Die For­scher erhal­ten die Pro­ben von den Far­men und iso­lie­ren Kleinst­le­be­we­sen, zum Bei­spiel Wim­pern­tier­chen, auch Cilia­ten genannt. Für ihre Metho­de nut­zen die Wis­sen­schaft­ler deren DNA. „Ihr gene­ti­sches Mate­ri­al ist wie ein Fin­ger­ab­druck, der nur einer Per­son zuge­ord­net wer­den kann“, sagt der Öko­lo­ge. „Ergeb­nis­se lie­gen hier­bei bereits nach rund einer Woche vor.“ Mit­hil­fe der Tier­chen ist es zudem mög­lich, eine genaue­re Aus­sa­ge zum Grad der Ver­schmut­zung zu tref­fen, als dies ist mit der her­kömm­li­chen Metho­de der Fall ist. „Vie­le Kreb­se und Wür­mer ster­ben ab, wenn die Sauer­stoff­kon­zen­tra­ti­on im Was­ser sinkt“, sagt Sto­eck. „Mikro­ben sind hier wesent­lich resis­ten­ter. Sie kom­men bes­ser mit Ver­schmut­zun­gen und Schad­stoff-Belas­tun­gen zurecht und pas­sen sich schnel­ler an sich ver­än­dern­de Bedin­gun­gen an.“

Ziel des Pro­jekts ist es, eine Daten­bank auf­zu­bau­en, bei der DNA-Fin­ger­ab­drü­cke der ver­schie­de­nen Kleinst­le­be­we­sen hin­ter­legt sind. „Damit wer­den wir soge­nann­te DNA-Bar­codes erstel­len ähn­lich wie bei den Bar­codes für Lebens­mit­tel im Super­markt“, sagt Sto­eck wei­ter, der mit sei­nem Team welt­weit Sedi­ment­pro­ben von ver­schie­de­nen Fisch­far­men ent­neh­men wird. „Anhand derer kön­nen die Far­mer schnell erken­nen, wie es um die Gesund­heit des Öko­sys­tems bestellt ist.“

Lang­fris­tig könn­ten Far­mer zum Bei­spiel einen DNA-Chip nut­zen, mit des­sen Hil­fe sich die Sedi­ment­pro­ben direkt vor Ort ana­ly­sie­ren lie­ßen. Der ange­zeig­te Bar­code gibt ihnen dann zeit­nah Auf­schluss über den Zustand des Mee­res. So könn­ten die Far­mer auch schnel­ler auf Pro­ble­me reagie­ren. Der­zeit unter­su­chen sie die vor­herr­schen­den Umwelt­be­din­gun­gen nur, bevor die Fische in die Käfi­ge gesetzt wer­den und nach­dem sie „abge­ern­tet“ wor­den sind.

Das Pro­jekt wird von der Deut­schen For­schungs­ge­mein­schaft finan­zi­ell geför­dert. Die Kai­sers­lau­te­rer For­scher arbei­ten hier­bei eng mit Kol­le­gen der Uni­ver­si­tät Genf sowie nor­we­gi­schen und schot­ti­schen Lachs­far­men zusam­men. Die Ergeb­nis­se ihrer Arbeit sind jetzt in der Stu­die „Meta­bar­cord­ing of ben­thic cilia­te com­mu­nities shows high poten­ti­al for envi­ron­men­tal moni­to­ring in sal­mon aquacul­tu­re“ in der Fach­zeit­schrift „Eco­lo­gi­cal Indi­ca­tors“ erschienen.