The role of eDNA in the marine biodiversity monitoring of the future
Sustainable fisheries management is of global interest due to rapid changes of aquatic ecosystems on a global scale. The essential element of any fisheries management is a proper assessment of target and non-target stocks. However, standard monitoring methods have shown limitations in accurately reflecting the diversity and abundance of certain species. The rapid development of environmental genomics tools provides an exciting alternative for overcoming these limitations. One of these new promising tools is the analysis of environmental DNA (eDNA). This thesis evaluates the potential of eDNA to improve fish stock assessment and fisheries management, particularly in terms of quality. In addition, this thesis addresses the issue of the ability of eDNA analyses to provide quantitative information comparable to data from reference methods, namely trawling, using mathematical models.
The results of this thesis support the idea that eDNA-based methods have the potential to substantially add to or even replace catch-based fish biodiversity and fish stock assessments in the near future. However, they also point at the limitations of eDNA applications and the current need for a standardisation of tools, including a recommendation to move towards long-read sequencing methods for better discrimination between species. The thesis emphasises the importance of developing and adopting appropriate computational methods capable of gathering quantitative information from genomic data and discusses possible implementation scenarios and future directions.
Nachhaltiges Fischereimanagement ist aufgrund der schnellen Veränderungen aquatischer Ökosysteme auf globaler Ebene von globalem Interesse. Das wesentliche Element jedes Fischereimanagements ist eine ordnungsgemäße Bewertung der Ziel- und Nichtzielbestände. Standardüberwachungsmethoden haben jedoch gezeigt, dass sie die Vielfalt und Häufigkeit bestimmter Arten nur begrenzt genau widerspiegeln können. Die rasche Entwicklung von Instrumenten der Umweltgenomik bietet eine spannende Alternative, um diese Einschränkungen
zu überwinden. Eines dieser neuen vielversprechenden Instrumente ist die Analyse von Umwelt-DNA (eDNA).
In dieser Arbeit wird das Potenzial von eDNA zur Verbesserung der Bewertung von Fischbeständen und des Fischereimanagements, insbesondere in Bezug auf die Qualität, untersucht. Darüber hinaus befasst sich diese Arbeit mit der Frage, ob eDNA-Analysen mithilfe mathematischer Modelle quantitative Informationen liefern können, die mit Daten aus Referenzmethoden, insbesondere dem Schleppnetzfang, vergleichbar sind.
Die Ergebnisse dieser Arbeit stützen die Idee, dass eDNA-basierte Methoden das Potenzial haben, in naher Zukunft die fangbasierte Bewertung der Fischbiodiversität und der Fischbestände erheblich zu ergänzen oder sogar zu ersetzen. Sie weisen jedoch auch auf die Grenzen von eDNAAnwendungen und die derzeitige Notwendigkeit einer Standardisierung der Instrumente hin, einschließlich der Empfehlung, auf Long-Read-Sequenzierungsmethoden umzusteigen, um eine bessere Unterscheidung zwischen den Arten zu ermöglichen. Die Dissertation betont die Bedeutung der Entwicklung und Einführung geeigneter Berechnungsmethoden, die in der Lage sind, quantitative Informationen aus Genomdaten zu gewinnen, und diskutiert mögliche Umsetzungsszenarien und zukünftige Richtungen.
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