eDNA for Citizen Science – Molekulare Ökologie im Lehr-Lern-Labor: Bestimmung von Knochenfischarten mittels eDNA-Metabarcoding

Für die interdisziplinäre Bearbeitung von Biodiversitätsfragen spielen experimentelle Verfahren der molekularen Ökologie eine zentrale Rolle. Die Einbindung von Citizen Scientists kann dabei nicht nur einen Beitrag zur Datenerhebung leisten, sondern zugleich aus- und fortbildungsbezogene Einblicke in die theoretischen und praktischen Aspekte entsprechender Verfahren eröffnen. Ein solches Verfahren ist das eDNA-Metabarcoding, mit dem auf Grundlage der in einer Umweltprobe enthaltenen Umwelt-DNA (eDNA, environmental DNA) – also genetischen Materials, das Organismen an ihre Umwelt abgeben – zahlreiche Arten gleichzeitig und nicht-invasiv identifiziert werden können. Da Konzepte für die Citizen-Science-taugliche Umsetzung des eDNA-Metabarcodings bislang fehlen, wurde an der Universität Trier ein Low-Cost-, Low-Time- und Low-Risk-Workflow für das eDNA-Metabarcoding von Knochenfischen entwickelt. Die Knochenfischbiodiversität kann zur ökologischen Bewertung von Gewässern herangezogen werden.

Mit dem eDNA-Metabarcoding-Workflow werden Citizen Scientists vollumfänglich – sowohl feld- als auch laborpraktisch – in die molekularbiologische Untersuchung der Knochenfischbiodiversität eines Gewässers einbezogen: von der Probennahme über DNA-Isolierung, Polymerase-Kettenreaktion, Agarose-Gelelektrophorese, DNA-Quantifizierung und DNA-Sequenzierung bis hin zur bioinformatischen Datenanalyse und der daraus hervorgehenden Artenliste. Der Workshop umfasst ein kompaktes, maximal dreitägiges Praktikum: Die Citizen Scientists arbeiten mit einem Skript und werden durch Fachpersonal sowohl hinsichtlich theoretischer Grundlagen zu den angewandten Fachmethoden als auch bei der praktischen Arbeit unterstützt. Was das erforderliche Vorwissen betrifft, so sind molekulargenetische Grundlagen (z. B. auf Oberstufenniveau) von Vorteil, jedoch nicht zwingend erforderlich. Das Angebot richtet sich an alle interessierten Personen ab 16 Jahren, z. B. Schüler*innen, Angler*innen und Bachpat*innen.

Im Verlauf des eDNA-Metabarcoding-Workshops besteht das Ziel darin, ausgehend von einer selbst entnommenen Wasserprobe die Artenvielfalt der im betreffenden Gewässer vorkommenden Knochenfische molekularbiologisch zu erfassen und ökologisch zu bewerten. Im Anschluss an den Workshop erhalten die Teilnehmenden eine ausführliche Dokumentation der Analyseergebnisse sowie ein detailliertes Teilnahmezertifikat, aus dem sämtliche behandelten Inhalte und durchlaufenen Arbeitsschritte hervorgehen. Darüber hinaus erfolgt unter Anleitung von Fachpersonal eine gemeinsame Interpretation der Ergebnisse, wobei der Fokus auf Fragen des Biodiversitäts- und Umweltschutzes gerichtet ist. Die im Workshop erzielten Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag zur Forschung (siehe unten), zumal auf diese Weise auch für kleinere Gewässer, die im Rahmen des behördlichen Umweltmonitorings vielfach unberücksichtigt bleiben, wertvolle Umweltdaten erhoben werden können.

Beim Durchlaufen des eDNA-Metabarcoding-Workshops erheben Citizen Scientists zahlreiche Umweltdaten, die zur Bewertung des ökologischen Zustands aquatischer Ökosysteme beitragen und den jeweils zuständigen Umweltbehörden zur Verfügung gestellt werden können. Zukünftig soll der entwickelte eDNA-Metabarcoding-Workflow – über die Knochenfischfauna hinaus – auch auf das Makrozoobenthos (wirbellose Tiere des Gewässergrundes) erweitert werden, um die Aussagekraft bei der Bewertung aquatischer Ökosysteme weiter zu steigern. Darüber hinaus ist darauf hinzuweisen, dass die von Lehramtsstudierenden begleiteten Workshops für Schüler*innen und Lehrkräfte einen wertvollen Brückenschlag zwischen Universität und Schule darstellen und sowohl aus ausbildungslinienbezogener als auch aus lehrplanbezogener Perspektive eine Win-win-Situation repräsentieren (vgl. Scientific Literacy, Species Literacy, Digital Literacy, Propädeutik sowie iterative Evaluationen im Sinne des Design-Based-Research-Ansatzes).

Über die unterrichtsfreien Fastnachtstage 2026 hinweg haben sich Schüler*innen aus Biologie-Leistungskursen des Bischöflichen Angela-Merici-Gymnasiums Trier (AMG, Jahrgangsstufe 12), des Max-Planck-Gymnasiums Trier (MPG, Jahrgangsstufe 12) sowie des Gymnasiums Konz (Jahrgangsstufe 13) in Kooperation mit der Universität Trier das Ziel gesetzt, die Ruwer, einen Nebenfluss der Mosel, im Nahbereich ihrer Mündung auf das Vorkommen verschiedener Knochenfischarten zu untersuchen. Im Rahmen des betreffenden eDNA-Metabarcoding-Workshops wurde eine detaillierte Übersicht über die am Probenentnahmestandort nachweisbare Artenvielfalt der Knochenfische erstellt. Ein detaillierter Ergebnisbericht ist den Downloads und der folgenden (verlinkten) Pressemeldung zu entnehmen: https://gymnasium-konz.de/aktuelles/fischdetektive-im-einsatz/ (Beitragstitel: Fischdetektive im Einsatz! Umwelt-DNA (eDNA) enthüllt unter anderem gefährdete und invasive Knochenfischarten in der Ruwer).