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Steinfliegenlarve (Foto: Silvana Käser, Eawag)

Bypass für die Artenvielfalt

11. Oktober 2018 | Irene Bättig

Wenn es in den Bergen stark regnet, tragen Flüsse viel Geschiebe in die Stauseen. Um zu verhindern, dass sich das Volumen des Sees so immer weiter reduziert, verfügen einige Stauseen über Bypass-Tunnel, die das Geschiebe in den Unterlauf des Bachs umleiten. Dass solche Stollen nicht nur ökonomisch sinnvoll sind, sondern auch einen ökologischen Nutzen haben, zeigte unter anderem eine Untersuchung am Solis-Staudamm im Kanton Graubünden.

Eawag-Forschende haben nun zusammen mit japanischen Kollegen den Einfluss von solchen Umleitstollen auf Makroinvertebraten analysiert, zu denen unter anderem Insektenlarven oder Flohkrebse zählen. Dabei nutzten sie Genanalysen (DNA-Metabarcoding), um die Arten zu bestimmen. Diese Methode ist weniger zeitintensiv und spezifischer als die morphologische Untersuchung und Bestimmung von Arten anhand äusserer Merkmale.

Artenvielfalt positiv beeinflusst

Die Forschenden bestimmten Insektenlarven in drei gestauten Flüssen mit Umleitstollen (Reuss/Pfaffensprung, Rabiusa/Egschi und Albula/Solis) und verglichen diese mit natürlichen Flüssen sowie solchen, die durch einen Damm ohne Umleitstollen unterbrochen sind. Insgesamt sammelten sie knapp 7000 Insektenlarven an 16 Standorten und analysierten 2,3 Millionen Gensequenzen. Diese liessen sich 131 Arten zuordnen.

Die Forschenden verglichen, welche Arten vor und nach der Staumauer vorkommen. Dabei zeigte sich, dass die Bypass-Tunnel die Artenvielfalt der Invertebraten positiv beeinflussen: Die Artzusammensetzung am Unterlauf gleicht sich derjenigen am Oberlauf immer mehr an, je länger ein Umleitstollen besteht und je häufiger er in Betrieb ist. Werden hingegen keine Sedimente in die Restwasserstrecke geleitet, unterscheidet sich die Artgemeinschaft am Ober- und Unterlauf markant.

Methode geeignet

Die Ergebnisse der Genanalysen stimmten gut mit morphologischen Untersuchungen überein, die parallel durchgeführt wurden. Damit demonstrierten die Forschenden, dass sich die Methode des DNA-Barcoding eignet, um die Artenvielfalt quantitativ abzuschätzen.

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Ecological influence of sediment bypass tunnels on macroinvertebrates in dam-fragmented rivers by DNA metabarcoding

Sediment bypass tunnels (SBTs) are guiding structures used to reduce sediment accumulation in reservoirs during high flows by transporting sediments to downstream reaches during operation. Previous studies monitoring the ecological effects of SBT operations on downstream reaches suggest a positive influence of SBTs on riverbed sediment conditions and macroinvertebrate communities based on traditional morphology-based surveys. Morphology-based macroinvertebrate assessments are costly and time-consuming, and the large number of morphologically cryptic, small-sized and undescribed species usually results in coarse taxonomic identification. Here, we used DNA metabarcoding analysis to assess the influence of SBT operations on macroinvertebrates downstream of SBT outlets by estimating species diversity and pairwise community dissimilarity between upstream and downstream locations in dam-fragmented rivers with operational SBTs in comparison to dam-fragmented (i.e., no SBTs) and free-flowing rivers (i.e., no dam). We found that macroinvertebrate community dissimilarity decreases with increasing operation time and frequency of SBTs. These factors of SBT operation influence changes in riverbed features, e.g. sediment relations, that subsequently effect the recovery of downstream macroinvertebrate communities to their respective upstream communities. Macroinvertebrate abundance using morphologically-identified specimens was positively correlated to read abundance using metabarcoding. This supports and reinforces the use of quantitative estimates for diversity analysis with metabarcoding data.
Serrana, J. M.; Yaegashi, S.; Kondoh, S.; Li, B.; Robinson, C. T.; Watanabe, K. (2018) Ecological influence of sediment bypass tunnels on macroinvertebrates in dam-fragmented rivers by DNA metabarcoding, Scientific Reports, 8, 10185 (10 pp.), doi:10.1038/s41598-018-28624-2, Institutional Repository
Die Larve einer Steinfliege aus der Familie Perlidae. Typisch für diese Familie sind die Kiemen auf der Thoraxunterseite. Foto: Silvana Käser, Eawag

Die Larve einer Steinfliege aus der Familie Perlidae. Typisch für diese Familie sind die Kiemen auf der Thoraxunterseite.
(Foto: Silvana Käser, Eawag)

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