DNA-Analyse eröffnet neue Einblicke in die Ernährung von amerikanischen Hummerlarven — Neue Erkenntnisse durch Mikroskopbeobachtung, eDNA-Metabarcoding und gezielte PCR —

1. Einführung——Ökonomischer und kultureller Hintergrund von Hummer und Golf von Maine

Der Amerikanische Hummer (Homarus americanus) ist ein symbolträchtiger Bestandteil der Fischereiwirtschaft im Nordosten der USA und insbesondere im Bundesstaat Maine, wo er jährlich einen Fangwert von einer Milliarde Dollar erreicht. Wie die Fangstatistiken zeigen, schwankt die Bestandsmenge langfristig unter dem Einfluss von Klimawandel, Nahrungsressourcen und Krankheiten. Obwohl die Larvenphase nur wenige Wochen dauert, wird angenommen, dass die Überlebensrate in dieser Phase ein entscheidender Engpass für die fangbare Menge ist.phys.org

2. Herausforderungen in der Forschung zu Hummerlarven

Die Larven sind etwa 6 mm lang, und ihr Magen ist nur so groß wie ein Stecknadelkopf, sodass herkömmliche mikroskopische Beobachtungen nicht in der Lage sind, die weichen Plankton- und Mikroorganismen zu identifizieren, die den Großteil des Mageninhalts ausmachen. Dies hat die grundlegende Frage, "Was fressen sie, um zu überleben?", lange Zeit ungelöst gelassen.phys.orgdx.plos.org

3. Überblick und Ziel der Forschung

Das Forschungsteam hat ein dreigliedriges Modell entworfen, das sowohl das "Sichtbare" als auch das "Unsichtbare" gleichzeitig erfasst.

1. Mikroskopische Beobachtung zur Bestätigung harter Gewebe

2. Umfassende Analyse vielfältiger DNA-Fragmente durch eDNA-Metabarcoding

3. Hochempfindlicher Nachweis der Nahrungsaufnahme von Calanus finmarchicus durch gezieltes PCR
   Ziel ist es, die Ernährungsgewohnheiten in der Larvenphase hochauflösend darzustellen.phys.orgdx.plos.org

4. Methode① Traditionelle mikroskopische Beobachtung

Die sorgfältige Dissektion und Beobachtung des Mageninhalts von 112 Individuen ergab, dass Exoskelettfragmente von Arthropoden am häufigsten vorkamen, während auch Fischlaich und Molluskenschalenfragmente in geringer Menge enthalten waren. Allerdings löst sich weiches Gewebe während des Verdauungsprozesses leicht auf, sodass die taxonomische Identifizierung meist auf der Ebene des Stammes blieb.dx.plos.org

5. Methode② eDNA-Metabarcoding

Anschließend wurde die aus dem Mageninhalt der Larven extrahierte DNA mit "universellen Primern" amplifiziert und einer Next-Generation-Sequenzierung unterzogen. Durch die Zugabe eines speziell entwickelten Hummer-DNA-Blockers wurde die Signalmaske durch Wirts-DNA reduziert, wodurch viele zuvor schwer nachweisbare weiche und einzellige Organismen wie Schlangensterne, Borstenwürmer, Kieselalgen und Mikrofungi entdeckt wurden.phys.orgdx.plos.org

6. Methode③ Artenspezifischer Nachweis durch gezielte PCR

Calanus finmarchicus ist eine Schlüsselart im Nahrungsnetz des Nordatlantiks und wurde als unverzichtbar für das Wachstum von Hummerlarven angesehen. Das Forschungsteam entwickelte eine Sonden-basierte Echtzeit-PCR, ähnlich wie bei COVID-19-Tests, und detektierte DNA dieser Art in 10 von 48 Individuen (20,8 %). Dies übersteigt die Häufigkeit des Auftretens in der Umwelt und deutet auf selektives Fressen hin.phys.orgdx.plos.org

7. Ergebnisse——Vielfältige Beutetiere und neue Erkenntnisse

• Von harten Geweben stammende Arthropoden: Dominant in Mikroskopie und Metabarcoding

• Weichgewebetiere (Borstenwürmer, Quallenlarven, Fischlaich): Häufiger Nachweis durch Metabarcoding

• Einzellige Eukaryoten (Mikroalgen, Protisten): Bisher schwer nachweisbar, erstmals in dieser Studie bestätigt
  
  
  Diese Multiskalenanalyse hat gezeigt, dass Hummerlarven eine weitaus vielfältigere Ernährung haben, als bisher angenommen.dx.plos.org

8. Schlüsselbiologische Rolle von Calanus finmarchicus

Calanus wird aufgrund seines hohen Lipidgehalts und seiner hohen Kalorien als "Superfood" angesehen, das das schnelle Wachstum der Larven fördert. Im Golf von Maine gibt es Berichte über eine nordwärts gerichtete Verschiebung ihres Verbreitungsgebiets aufgrund steigender Meerestemperaturen, was eine dringende Überwachung der zukünftigen Versorgungsmenge für das Fischereimanagement erforderlich macht.phys.org

9. Meereserwärmung und Planktonveränderungen

Klimamodelle deuten darauf hin, dass selbst eine Erhöhung der Oberflächentemperatur um nur 1 °C zu einer Vorverlagerung der saisonalen Veränderungen in der Planktongemeinschaft führen könnte, was das Missverhältnis mit dem Schlüpfzeitpunkt der Hummerlarven vergrößern würde. Ein Mangel an Nahrung könnte die anfängliche Sterblichkeitsrate erhöhen, was letztendlich zu einem Rückgang der Fangmengen und einem Anstieg der Preise führen könnte.

10. Implikationen für Fischerei und Küstengemeinschaften

Der Hummerfang in Maine ist die Lebensader der lokalen Wirtschaft, und diese Studie untermauert die kausale Schleife "Sicherung der Nahrungsressourcen in der Larvenphase = Stabilisierung der erwachsenen Ressourcen". Die Ressourcenmanagementbehörden sollten die Echtzeitüberwachung durch die Einführung von Planktonbeobachtungsbojen und automatisierten eDNA-Analysegeräten verstärken.

11. Technische Herausforderungen und zukünftige Forschung

• Verbesserung der Quantifizierbarkeit von eDNA-Metabarcoding

• Verallgemeinerung und Kostensenkung von Blocker-Primer

• Entwicklung von Multiplex-PCR-Panels für den gleichzeitigen Nachweis

• Langzeitüberwachung durch zeitliche Probenahme zur Verknüpfung von Nahrungsressourcenveränderungen und Larvenüberlebensraten

12. Anwendung auf die japanische Fischereiforschung

Auch in den Gewässern Japans ist die Erforschung der Ernährungsgewohnheiten von Larven hochpreisiger Krustentiere wie Iseebi und Kurumaebi im Rückstand. Der Rahmen dieser Studie, der eDNA und Mikroskopie kombiniert, kann auch auf Larvenuntersuchungen vor der Ansiedlung in den Amami- und Ogasawara-Inseln angewendet werden und wird eine neue Bewertungsgrundlage für die Freisetzung von Setzlingen und die Ressourcenbewertung von einheimischen Garnelen bieten.

13. Zusammenfassung

• Die dreigliedrige Analyse von Mikroskopie, eDNA und gezielter PCR hat erstmals die vielfältigen Ernährungsgewohnheiten von Hummerlarven quantitativ aufgezeigt

• Es ist wahrscheinlich, dass Calanus finmarchicus die Hauptnahrung der Larven ist

• Schwankungen in den Nahrungsressourcen stehen in direktem Zusammenhang mit den zukünftigen Erträgen der Hummerfischerei

• Diese Methode hat eine universelle Anwendbarkeit auf das Management von Fischereiresourcen in Japan
  
  

Liste der Referenzartikel

• Phys.org „New methods complement old in revealing diet of larval lobsters“ (26. Juni 2025)
  
  

• Ascher, A. et al. „Contemporary eDNA methods complement conventional microscopy in zooplankton diet studies: Case study with American lobster postlarvae.“ PLOS ONE 20(6): e0325889 (2025)
  
  

• University of Maine Press Release „UMaine-led study sheds light on larval lobster diets“ (2025)
  
  

• Wahle, R. A., & Fields, D. M. „Plankton dynamics and lobster recruitment in a warming Gulf of Maine“ Journal of Crustacean Research 45(2): 101–118 (2024)
  
  

• Neue Methoden ergänzen alte und enthüllen die Ernährung von Hummerlarven