Waterbeheerders monitoren hun oppervlaktewateren om inzicht te krijgen in de (lokale) waterkwaliteit en om het effect van getroffen maatregelen te meten. De huidige monitoring van soortgroepen als vissen of algen is arbeidsintensief. Daarnaast kan met de huidige methoden maar een deel van het onderwaterleven in beeld worden gebracht. Bacteriën en schimmels blijven bijvoorbeeld onbelicht. De eDNA voedselwebanalyse levert in één keer een integraal beeld van het onderwaterleven op.

Met de eDNA-voedselwebanalyse wordt inzicht verkregen in de processen die zich in het water afspelen en waarover nu nog weinig bekend is. Dit geldt met name voor de rol van bacteriën. Verder heeft de eDNA-voedselwebanalyse als doel grip te krijgen op de relaties tussen soorten en soortgroepen, maar ook op de relaties tussen het al dan niet voorkomen van waterleven en bepaalde milieucondities of de zogenoemde Ecologische Sleutelfactoren (ESF’s). 

eDNA-voedselwebanalyse: een uniek project

Environmental DNA – kortweg eDNA - is een methode om de aanwezigheid van soorten in een water aan te tonen, op basis van het DNA dat ze achter laten in hun omgeving. Bijvoorbeeld via faeces, huidcellen, urine of, in het geval van micro-organismen, het gehele organisme. Het grote voordeel van eDNA is dat de methode veelal een (veel) hogere trefkans heeft dan traditionele inventarisatie technieken.

Het toepassen van eDNA in waterkwaliteitsmonitoring is niet nieuw. Maar het toepassen van eDNA zoals dat in de eDNA-voedselwebanalyse gebeurt, is dat wel. Wat het project uniek maakt is het doel om met slechts één watermonster een zo integraal mogelijk beeld van het gehele onderwaterleven te verkrijgen, zowel kwalitatief als kwantitatief. Van alle in het watermonster aanwezige soorten of soortgroepen wordt een zo compleet mogelijk eDNA-profiel opgesteld. Een eDNA-profiel is het geheel van (concentraties van) alle soorten en soortgroepen die voorkomen in een watermonster. In een eDNA-profiel kan op elk taxonomisch niveau - van domein en fylum tot genus en soort - de samenstelling van het watermonster worden ingezien. Het eDNA-profiel dient de waterkwaliteit te beoordelen en te analyseren. De techniek dient dus niet alleen een oordeel te geven van de waterkwaliteit, maar ook duidelijk te maken welke factoren de waterkwaliteit bepalen en hoe de waterkwaliteit zich naar verwachting zal ontwikkelen.

Belang van de eDNA-voedselwebanalyse

Waterbeheerders voeren systeemanalyses uit om de waterkwaliteit en de processen en factoren die de waterkwaliteit sturen, in beeld te brengen. Hierbij maakt men gebruik van zogenoemde ecologische sleutelfactoren. Ecologische Sleutelfactoren (ESF’s) geven inzicht in de ecologische staat van een watersysteem, aan de hand van de belangrijkste factoren. Denk aan interne en externe nutriëntenbelasting, het lichtklimaat en de toxiciteit. Deze factoren fungeren ook als belangrijke ‘stuurknoppen’ voor het bereiken van de ecologische doelen van dat watersysteem. Kijk voor meer informatie op www.ecologischesleutelfactoren.nl.

De eDNA-voedselwebanalyse sluit perfect aan op de systeemanalyses en haar benadering via de ESF’s: we krijgen meer inzicht in het leven onderwater, waardoor we de waterkwaliteit beter kunnen beoordelen en analyseren.

Daarnaast is monitoring via eDNA goedkoper dan de conventionele monitoring. Momenteel zijn de kosten nog relatief hoog doordat de techniek nog in ontwikkeling is. Met name de kosten voor de verwerking van  labgegevens en data-visualisatie en -interpretatie zijn momenteel nog hoog. Op termijn zullen de kosten hiervoor fors dalen, omdat de analyses geautomatiseerd kunnen worden uitgevoerd en daardoor weinig tijd kosten. De kosten voor de analyse van een watermonster in het lab zijn zelfs nu al lager dan de kosten voor een conventionele bemonstering. Met eDNA wordt dan een beeld verkregen van alle bacteriën en eukaryoten, terwijl met de conventionele methoden slechts één soortgroep, bijvoorbeeld algen, worden bemonsterd.

Fasering van het project

De eDNA-voedselwebanalyse is opgedeeld in vier projectfasen (Afbeelding 1). De eerste fase betrof een in 2016 uitgevoerde pilot waarbij de eDNA-voedselwebanalyse in acht meren en plassen is getest. Dit gebeurde op eigen initiatief van Witteveen+Bos en Datura. In fase 2 is aan de hand van praktijkcases kennis opgedaan met de techniek. Momenteel bevinden we ons op de overgang naar fase 3. In fase 3 vindt opschaling van de praktijkcases plaats en wordt breed wetenschappelijk onderzoek uitgevoerd door drie promovendi en één post-doc. Omdat het wetenschappelijke en het toegepaste spoor parallel lopen, kunnen wetenschappelijke onderzoeksresultaten direct getoetst worden in de praktijk en vormen de resultaten uit het toegepaste onderzoek weer nieuwe input voor het wetenschappelijke traject. De laatste fase betreft de (beleids)implementatie van de techniek, waaronder het identificeren van de benodigde beleidsstappen voor het gebruiken van de eDNA-methode voor de reguliere KRW-toetsing. Met de voorbereidingen voor fase 4 is reeds gestart. Na voltooiing van fase 4 dient de techniek grootschalig toepasbaar te zijn.

Afbeelding 1 Fasering van het project eDNA voedselwebanalyse.

Uitgevoerde cases (fase 2)

In de periode 2017 - 2020 zijn in totaal 248 watermonsters genomen op 52 locaties binnen de beheergebieden van elf waterschappen en twee RWS-regio’s. Een deel van de locaties is in twee of meer jaren bemonsterd. Sinds 2018 is het bemonsteringsprotocol gestandaardiseerd: op elke locatie worden vier maal per jaar, in het groeiseizoen, watermonsters genomen. In enkele gevallen is in verband met de wensen van de betreffende waterbeheerder van deze standaard afgeweken.

Bemonsterings- en analyseresultaten

De eDNA watermonsters bevatten een schat aan informatie. De afgelopen jaren is het aantal en de kwaliteit van op de dataset toegepaste analyse- en visualisatietechnieken, steeds verder toegenomen. De belangrijkste technieken die momenteel worden toegepast, zijn:

• Dataviewer: De eDNA-profielen van de individuele cases zijn ontsloten in een webplatform. De aanwezige soort(groep)en kunnen op elk gewenst taxonomisch niveau worden ingezien;
• Clusteranalyse: Met behulp van clusteranalyses onderzoeken we in hoeverre eDNA-profielen variatie vertonen en of er in tijd en/of ruimte patronen te herkennen zijn. Uit de clusteranalyses is onder andere gebleken dat sommige systemen (zoals de Waterleidingplas) een grote ‘eigenheid’ hebben en vrij stabiel zijn over tijd, terwijl de soort(groep)samenstelling in andere systemen (zoals het Delftse Hout) sterk varieert gedurende het seizoen;
• Ordinatie: Ordinaties geven aanvullende informatie over de eDNA-profielen als vingerafdruk van de waterkwaliteit. De ordening van soort(groep)en langs de verschillende assen blijkt verre van willekeurig: watermonsters uit hetzelfde systeem, maar genomen in verschillende maanden correleren vaak met dezelfde as(sen). De assen worden verklaard door een of enkele soort(groep)en, die soms een duidelijke indicatie geven van de waterkwaliteit. De Langeraarsche plassen - eutroof met een blauwalgenprobleem - vormen een mooi voorbeeld: alle watermonsters correleren met een as die wordt verklaard door verschillende soortgroepen die allen behoren tot de cyanobacteriën.
• Kwantitatieve visanalyse: In 2020 was het dankzij een door Datura ontwikkelde techniek voor het eerst mogelijk de visgegevens kwantitatief te analyseren. Doordat nu ook de eDNA-concentratie van vis kan worden bepaald, kan worden ingeschat hoe de abundantie en/of biomassa van een bepaalde soort verandert gedurende het seizoen. Verder onderzoek in de komende jaren moet uitwijzen of er een relatie bestaat tussen eDNA-concentratie en trofiegraad en of de visbiomassa kan worden ingeschat aan de hand van eDNA-concentraties. De vissamenstelling lijkt wel een goede indicatie te geven van de trofiegraad.

Verwacht wordt dat als resultaat van voortschrijdende inzichten de analyses ook in de komende jaren nog zullen evolueren.

2021: prioriteiten voor het vervolg van de eDNA-voedselwebanalyse

De bij de eDNA-voedselwebanalyse betrokken partijen hebben nog verscheidene plannen en wensen voor het vervolg van het onderzoekstraject. Hierbij heeft het identificeren van functionele groepen en indicatorsoort(groep)en prioriteit. Met behulp van een functionele groepsindeling en indicatorsoorten kan meer inzicht worden verkregen in de waterkwaliteit en de processen die hierop van invloed zijn. Een student zal zich in de eerste helft van 2021 richten op het maken van een (concept) functionele groepindeling. Verder zetten we gedurende fase 3 van de eDNA-voedselwebanalyse in op het correleren van soort(groep)en met fysisch-chemische gegevens.