Unbekannte Welt unter den Füssen – neue Wege zur Erfassung der Bodenorganismen

Im Rahmen unserer Forschung untersuchen wir die Diversität und Zusammensetzung verschiedener Gruppen der Bodenfauna – von winzigen Fadenwürmern (Nematoden) über Mikroarthropoden wie Springschwänze und Milben bis hin zu Enchyträen und Regenwürmer. Dabei vergleichen wir drei methodische Ansätze:

1. Klassische morphologische Bestimmung
   Diese bewährte Methode basiert auf dem direkten Nachweis der Organismen: Regenwürmer werden von Hand aus dem Boden gelesen und bestimmt, Nematoden und Mikroarthropoden vorgängig durch die Oostenbrink oder Macfadyen Methode aus dem Boden isoliert und mikroskopisch identifiziert.

2. DNA-Metabarcoding direkt aus Bodenproben (Boden-DNA)
   Hier wird die im Boden enthaltene DNS extrahiert und analysiert. Diese Methode ist schnell, effizient und erlaubt, viele Arten gleichzeitig nachzuweisen – auch solche, die tot oder nur als Fragmente vorliegen.

3. DNA-Metabarcoding von der isolierten Bodenfauna (z. B. Nematoden-DNA)
   Bei diesem Ansatz werden die Tiere zunächst aus dem Boden isoliert und danach molekulargenetisch identifiziert. Diese Kombination der klassischen Extraktion mit Molekulargenetik bietet eine hohe Spezifität und Sensitivität, und erlaubt eine direkte Zuordnung der genetischen Daten zu bestimmten Tiergruppen.

Die traditionelle morphologische Bestimmung hat den Vorteil, dass sie direkt beobachtbare Merkmale berücksichtigt und oft eine genaue Zuordnung lebender Tiere ermöglicht – vor allem bei bekannten Arten mit gut dokumentierten Merkmalen. Gleichzeitig ist sie jedoch zeitintensiv, erfordert viel taxonomisches Fachwissen und ist besonders bei kleinen, kryptischen oder juvenilen Formen (z. B. Larvenstadien) nur eingeschränkt möglich. Zudem sind viele Gruppen – insbesondere Mikroarthropoden – in ihrer Artenzahl so gross, dass eine vollständige Erfassung praktisch unmöglich ist.

DNA-Metabarcoding dagegen ermöglicht eine schnelle und standardisierbare Erfassung der Boden-Biodiversität über einen genetischen Fingerabdruck. Dabei werden bestimmte Marker-Gene aus einer Bodenprobe extrahiert und mittels Hochdurchsatz-Sequenzierung analysiert. So können zahlreiche Arten – auch solche, die mit dem Mikroskop nicht identifizierbar sind – gleichzeitig erkannt werden. Ein grosser Vorteil ist, dass auch Fragmente, Eier oder tote Organismen erfasst werden. Allerdings ist die Methode stark abhängig von der Qualität und Vollständigkeit der Referenzdatenbanken, was insbesondere bei wenig untersuchten Tiergruppen wie bestimmten Milben oder Enchyträen derzeit noch eine Herausforderung darstellt. Ausserdem erlaubt das DNA-Metabarcoding noch keine Aussagen über die Individuenzahl oder die Lebensstadien der Organismen.

Regenwürmer und Nematoden wurden in einer aktuellen EU-Strategie als Schlüsselindikatoren für die Bodenqualität identifiziert. Sie sind nicht nur weit verbreitet, sondern reagieren empfindlich auf Belastungen wie Verdichtung, Überdüngung oder Pestizide. Trotz ihrer zentralen Funktion wurden diese Gruppen im nationalen Bodenmonitoring der Schweiz (NABO) bisher nur punktuell berücksichtigt. Ihre Einbindung ist daher ein wichtiger Schritt hin zu einem umfassenderen Bild der Bodenökologie.

Unser Ziel ist es, die Boden-Biodiversität umfassender, schneller und standardisierter erfassen zu können. Der direkte Vergleich beider Methoden liefert wichtige Hinweise zur Weiterentwicklung von Monitoringprogrammen und kann langfristig helfen, die Boden-Biodiversität als zentrales Element der ökosystemaren Dienstleistungen besser zu bewerten und zu schützen. Gleichzeitig tragen wir mit unseren Arbeiten zur Erweiterung genetischer Referenzdatenbanken bei, die für die zuverlässige Anwendung molekularer Methoden unverzichtbar sind.

Die Erfassung der Boden-Biodiversität ist nicht nur eine wissenschaftliche Herausforderung, sondern auch eine gesellschaftlich relevante Aufgabe – denn nur, was wir kennen, können wir auch erhalten.