Genetische Methoden für das Monitoring von Fischbeständen

Hintergrund und Zielsetzung

Für eine schonende und nachhaltige Bewirtschaftung ist es erforderlich, Fischbestände regelmäßig zu beobachten, um deren aktuelle Größe und weitere Entwicklung abschätzen zu können. Für die vorausschauende Berechnung von Fangquotenempfehlungen werden dabei komplexe, demographische Modelle erstellt und zu Prognosen zukünftiger Bestandsentwicklungen unter verschiedenen Nutzungsszenarien weiterverarbeitet. Grundlage für diese Arbeiten sind neben der Auswertung von Informationen aus Logbuchaufzeichnungen der kommerziellen Fischerei auch regelmäßige Forschungsfänge. Die Methoden zur Gewinnung dieser Fischereiforschungsdaten sind nicht nur arbeitsaufwendig, sondern darüber hinaus invasiv, zumal bei Erhebung mit den klassischen Fischereifanggeräten neben den Zielarten auch unnötiger Beifang in den Netzen landet. Zudem sind die darauf basierenden Berechnungen trotz sorgfältigstem Arbeiten oft mit großen Unsicherheiten behaftet; ökologisch und ökonomisch relevante Fehleinschätzungen können die Folge sein.

Neuere Ansätze versuchen daher, molekulargenetische Techniken zu nutzen, um über die Analyse von genetischen Verwandtschaftsverhältnissen in einer Stichprobe Rückschlüsse auf die Größe einer Population zu ziehen. Mittels Next-Generation-Sequencing (NGS) - Verfahren können genomweit sogenannte SNPs (engl. Single Nucleotide Polymorphisms = Einzel-Nukleotid-Polymorphismen) als genetische Marker identifiziert werden, über die Unterschiede zwischen Populationen charakterisiert sowie Verwandtschaftsverhältnisse zwischen einzelnen Individuen aufgelöst werden können. Im GenMeMo Projekt sollen diese Verfahren in der sogenannten CKMR – Methode (engl. Close-Kin Mark-Recapture) zum Einsatz kommen, einem völlig neuen, von Fischereidaten weitestgehend unabhängigen, Ansatz zur Abschätzung von Populationsgrößen. Zusätzlich liefert CKMR einige weitere, für eine Einschätzung der Populationsdynamik wichtige, Parameter, wie Fruchtbarkeit und Mortalität. CKMR konnte in der Vergangenheit bereits erfolgreich an einigen marinen Arten angewendet werden. Als Methode bietet CKMR das Potential, traditionelle Verfahren zur Erfassung der Struktur und Dynamik einer Population zu ergänzen, zu erweitern und zumindest viele der sehr arbeitsaufwendig zu erfassenden biologischen Eingangsdaten zu ersetzen. Im GenMeMo Projekt soll die genetische Methode erstmalig auf ihre Anwendbarkeit auf eine anadrome und in Elbe und Weser auch wirtschaftlich relevante Wanderfischart, den Europäischen Stint (Osmerus eperlanus), getestet werden. Dabei soll die Methode entsprechend angepasst und zu seiner Validierung mit verschiedenen, klassisch erhobenen, populationsbiologischen Parametern verglichen werden.

Vorgehensweise

Das zentrale Vorhaben des Projektes befasst sich, am Beispiel des Europäische Stintes (Osmerus eperlanus), mit der Frage, ob auch die Bestandsgröße einer anadromen Wanderfischart mit Hilfe der molekulargenetischen CKMR Methode realistisch abgeschätzt werden kann. Hierzu soll eine geeignete Strategie der genetischen Beprobung des Bestandes entwickelt werden. Begleitend zur molekulargenetischen Beprobung für die CKMR Analysen sollen populationsbiologische Parameter mit traditionellen Methoden erhoben werden, was sowohl eine Validierung der Ergebnisse ermöglicht, darüber hinaus aber auch wichtige Parameter für eine artspezifische Modellierung der Bestandentwicklung liefern wird. Stinte gehören zur typischen Fischfauna im Küstenmeer und in den Ästuaren der großen Flüsse.

Insbesondere im Wattenmeer spielen sie ökologisch eine wichtige Rolle als Räuber, aber insbesondere auch als Beute für größere Fische, Seevögel und Meeressäuger. Der in der Nordsee beheimatete Europäische Stint zieht im Frühjahr in großen Schwärmen die Mündungsgebiete der Deutsche Bucht hinauf, um in den Flüssen zu laichen, wobei noch unbekannt ist, ob Stinte zum Laichen bevorzugt in ihre Heimatflüsse zurückkehren. Da dieses eine wichtige Information für ein nachhaltiges Management der Bestände darstellt, soll anhand der erhobenen genetischen Marker auch untersucht werden, ob sich die in der Nordsee heimische Bestand in verschiedene, flussspezifische Populationen aufteilt. Hier soll der Fokus insbesondere auf die Elbe und die Weser gelegt werden. Ein weiterer wichtiger Bestandteil des Vorhabens befasst sich mit der Entwicklung von Techniken zur künstlichen Nachzucht des Stintes. Im Rahmen dieses Arbeitspakets soll die künstliche Reproduktion und Aufzucht des Stints etabliert werden, um später den Einfluss von unterschiedlichen Umweltbedingungen auf das Wachstum der Larven untersuchen zu können. Diese Untersuchungen können wertvolle Hinweise auf mögliche Ursachen für den seit kurzem beobachteten deutlichen Rückgang der Stint-Populationen in einigen deutschen Flüssen liefern.

Unsere Forschungsfragen

• Sind die Unterläufe von Weser und Elbe von getrennten Stint-Populationen besiedelt, die sich unabhängig voneinander entwickeln?
• Falls ja, wie unterscheiden sich die Stint-Bestände in den Ästuaren von Elbe und Weser hinsichtlich:
  • ihrer Populationsgrößen?
  • ihres Wachstums und anderer Populationsparameter (z. B. Fruchtbarkeit, Kondition)?
  • ihrer ökologischen Nischen (Phänotypische Plastizität, d.h. nicht-genetische Anpassungsfähigkeit; Lebensphasen in Süß- vs. Meerwasser)?
  • der von ihnen genutzten Lebensräume bzw. ihres Wanderverhaltens?
• Lässt sich zeigen, dass ein genetischer Austausch zwischen Populationen stattfindet?
• Können Stinte experimentell vermehrt und aufgezogen werden?