Quantifizierung von Effekten multipler landwirtschaftlicher Stressoren auf Fließgewässer-Wirbellose und Ökosystemfunktionen über genomische Methoden

• Antragsteller: Professor Dr. Peter Martin Haase; Professor Dr. Florian Leese; Dr. Christoph Mayer; Professor Dr. Ralf B. Schäfer
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418091530

Der Verlust an Biodiversität nimmt rasant zu und hat nachteilige Folgen für Ökosystemfunktionen und -dienstleistungen. Hiervon sind in besonderer Weise Fließgewässer betroffen. Zu den wichtigsten Ursachen des Biodiversitätsverlustes in Fließgewässern gehören landwirtschaftliche Stressoren, wie z.B. Pestizide. Pestizide sind allerdings selten alleiniger Stressor, sondern wirken oft zusammen mit anderen Stressoren wie z.B. einem gesteigerten Feinsedimenteintrag aus Ackerflächen. Interaktionen solch multipler Stressoren können zu komplexen nichtlinearen Stressantworten führen. Um ein verlässliches Ökosystemmanagement zu gewährleisten, ist es daher notwendig, die Effekte multipler Stressoren verstehen und vorhersagen zu können. In Feldstudien können die Stressoren kaum unabhängig voneinander untersucht werden. Zudem ist eine hohe taxonomische Auflösung notwendig, um die Auswirkungen von Stressoren zu identifizieren, was aufgrund von Schwierigkeiten bei der klassischen taxonomischen Identifikation selten gewährleistet werden kann. Entsprechend ist es notwendig, zur Untersuchung der Effekte multipler Stressoren, neue experimentelle und analytische Herangehensweisen zu entwickeln. In unserem Projekt werden wir innovative Labor- und Feldexperimente durchführen, um individuelle und kombinierte Effekte eines Modellpestizids (Chlorantraniliprol) sowie des Eintrags von Feinsediment auf Fließgewässerinvertebraten und assoziierte Ökosystemfunktionen zu untersuchen. Im ersten Arbeitspaket werden zwei quantitative DNA-basierte Methoden zur Bestimmung der Fließgewässerinvertebraten-Gemeinschaften im Vordergrund stehen: DNA Metabarcoding und "Hybrid Enrichment". Während beide Methoden bereits dafür genutzt werden, Arten in gepoolten Proben zu identifizieren, stellt die Bestimmung von Biomasse oder Abundanzen ein Problem dar. Daher beabsichtigen wir, durch ein neuartiges Labeling mittels einzigartiger Kennsequenzen die Anzahl ursprünglicher Fragmente quantitativ zu bestimmen, um daraus die Biomasse der Arten berechnen zu können. Mit den verbesserten quantitativen Methoden können dann die Stressantworten der Fließgewässerinvertebraten auf Pestizide und Feinsedimente bewertet werden. Im zweiten Arbeitspaket werden wir den individuellen und kombinierten Effekt von Pestiziden und Feinsediment auf Veränderungen in der Genexpression (Transkriptomik) von vier Zerkleinerern bestimmen, die Schlüsselarten bei der Zersetzung organischen Materials sind. Hier werden wir testen, ob physiologische Stressantworten auf Veränderungen in Lebensgemeinschaften und Ökosystemfunktionen übertragbar sind. Außerdem werden wir in weiteren Experimenten den relativen Einfluss biotischer Interaktionen auf Stressantworten quantifizieren. Unser Ziel ist es, durch die Integration von Umweltgenomik, Ökotoxikologie, Ökologie und Bioinformatik die Effekte multipler Stressoren nicht mehr nur zu beschreiben, sondern sie auch zu verstehen, um letztlich verbesserte Vorhersagen zu ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen