AIM Insektenmonitoring
Monitoringprojekt in München und Leipzig
Die Bedrohung der natürlichen Vielfalt unseres Planeten ist allgegenwärtig - auch vor unserer Haustür. Arten schwinden, und wertvolle Lebensräume werden zerstört. Der Verlust der Biodiversität ist sowohl ein globales als auch ein regionales Thema. Deshalb wollten direkt vor unserer Haustür nachsehen.
Ergebnisse Insektenmonitoring 2018 - München
Auf dem Gelände der Zoologischen Staatssammlung in München haben wir eine Saison lang Daten zu Fluginsekten gesammelt. Ziel des Projekts war es, die Öffentlichkeit zu sensibilisieren und einen kleinen Beitrag zum Monitoring der heimischen Insekten zu leisten. Denn wir können nur schützen, was wir kennen! Angesichts der alarmierenden Ergebnisse der Studie von Hallmann et al. im Jahr 2018, in der festgestellt wurde, dass in Naturschutzgebieten innerhalb von 27 Jahren über 75% der Biomasse von Fluginsekten zurückgegangen ist, haben wir auf einer Wiese vor der Zoologischen Staatssammlung in München im Mai 2018 unsere Malaisefalle für ein erstes Monitoring aufgestellt.
Bei insgesamt 1.619 detektierten BINs konnten 1.094 Arten zugewiesen werden. Die Ergebnisse unseres Monitorings von Mai bis Oktober in München zeigen, dass bestimmte Arten das ganze Jahr über präsent sind, während andere erst ab Juni auftreten. In unserer Artenliste sind viele nicht-heimische Arten (Neozoen) und invasive Arten zu erkennen, die einheimische Arten teilweise verdrängen oder schädigen können. Mit Metabarcoding können wir zum Beispiel ein effizientes Schädlingsmonitoring über das gesamte Jahr durchführen. Aufgrund dieser Daten können wir das Zusammenspiel der Arten und ihr Vorkommen schnell erfassen und aussagekräftige Informationen zur Populationsentwicklung nach Renaturierungsmaßnahmen oder Veränderungen in der Umwelt liefern.
2018 – Mai
Im Mai 2018 wurden in München 376 verschiedene Arten mit 486 einzigartigen Barcode Index Numbers (BINs) identifiziert. Erfasst wurden hauptsächlich Insekten, darunter auch Spinnentiere, Doppelfüßer, Springschwänze und Asseln. Die Vielfalt war beeindruckend: Fliegen, Wespen, Bienen, Schmetterlinge, Käfer und Schnabelkerfen waren im Überfluss vorhanden. Wir konnten sogar zwei Staublaus-Arten und zwei Schaben-Arten nachweisen.
2018 – Juni
Im Vergleich zu Mai wurden im Juni knapp 100 Arten weniger gefunden. Die Grafiken zeigen deutlich, dass nur wenige Arten in beiden Monaten vorkamen. Insektenarten haben spezifische Flug- und Aktivitätszeiträume. Dies kann auf die Blütezeit ihrer Hauptnahrungspflanzen oder das Vorhandensein bestimmter Wirtstiere zurückzuführen sein. Das zeigt: Mit DNA Metabarcoding kann das Zusammenspiel der Arten und ihre Verbreitung schnell und präzise erfasst werden.
2018 – Juli
Die Ergebnisse für Juli offenbaren, dass viele Familien und deren zugehörigen Arten bereits im Juni vorkamen. Ebeso gibt es solche Arten, die nur in einem der beiden Monate identifiziert wurden. Im direkten Vergleich ist der Juli der artenreichere Monat. Alluvial-Diagramme sind Flussdiagramme, die ursprünglich entwickelt wurden, um Änderungen in Netzwerkstrukturen im Zeitverlauf darzustellen. In einem Alluvial-Diagramm repräsentieren Blöcke Cluster und die Flüsse zwischen den Blöcken repräsentieren Änderungen in der Zusammensetzung dieser Cluster über die Zeit. Die Höhe eines Blocks repräsentiert die Größe des Clusters und die Höhe eines Flusses repräsentiert die Größe der Komponenten, die in beiden Blöcken enthalten sind, die durch den Fluss verbunden sind. Null (0) Blöcke im jeweiligen Monat bedeuten, dass diese Ordnung/Familie/Art in diesem Monat nicht vorgekommen ist. Der Fluss zum anderen Monat zeigt, dass diese Ordnung/Familie/Art dort vorkam.
Ergebnisse Insektenmonitoring 2019 - Leipzig
Der Vorteil des DNA Metabarcodings ist die effiziente und kostengünstige ökologische Bewertung diverser Fragestellungen. Dank dieser Methode können Tiere, Pflanzen, Pilze und Mikroorganismen in großen Probenmengen analysiert und mit Referenzbibliotheken abgeglichen werden. Im Jahr 2019 hatten wir eine Malaisefalle am Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung (UFZ) in Bad Lauchstädt bei Leipzig aufgestellt. Über einen Zeitraum von April bis September wurden wöchentlich Proben aus der Falle genommen und mit unserer DNA Metabarcoding Pipeline analysiert.
Die Auswertung erfolgte durch Zusammenfassen von Sequenzen in BINs und dem Vergleich mit Datenbanken, um Übereinstimmungen zu ermitteln. Dabei konnten Arten mit einer Übereinstimmung von über 97% identifiziert werden, während Übereinstimmungen über 95% auf Gattungsniveau bestimmt wurden. So konnten wir eine Datenreihe mit über tausend Arten über den gesamten Zeitraum erstellen. Diese Informationen können den Schutz von Lebensräumen vorantreiben, Schädlingsbefall identifizieren und die Einwanderung potenziell schädlicher Arten in landwirtschaftlichen und Waldflächen frühzeitig entdecken. Unsere Daten zeigen, dass ökologische Fragestellungen mithilfe des DNA Metabarcoding effizient, automatisiert und kostengünstig bewertet werden können.
Ergebnisse des Biodiversitätsmonitorings 2018/2019
Unsere netzwerkbasierte Analyse zeigt die Verteilung von Taxa an verschiedenen Standorten und Zeitpunkten. Durch die Analyse lassen sich Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen den Proben visualisieren.
(Die farbigen Knoten repräsentieren Proben aus München (blau) und Leipzig (violett), während die grauen Punkte verschiedene Arten/Taxa darstellen)
Das generierte Netzwerk basiert auf einem Likelihood-Quotienten-Test und zeigt Verbindungen zwischen Proben und Arten. Die Größe der Knoten spiegelt die Anzahl der Sequenzen in jeder Probe wider, während die Dicke der Kanten die Anzahl der Verbindungen zu jeder Probe darstellt. Farbige Verbindungen zeigen Arten, die in beiden Städten vorkommen, während graue Verbindungen darauf hinweisen, dass die Arten nur an einem der Orte gefunden wurden.
Die Analyse ergab 6503 Verbindungen und 2103 Knoten, darunter 20 Leipzig, 21 München und 2062 Taxa. Deutliche Unterschiede in der Artenzusammensetzung zwischen den Städten sind erkennbar, und der Abstand zwischen den Orten ist oft größer als der zwischen gleichfarbigen Probenahme-Zeitpunkten. Zudem lassen sich saisonale Trends und Veränderungen in der Artenzusammensetzung ablesen.
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