IsoMark

Standort- und artspezifische mikrochemische Informationen in Hartteilen von Fischen können als natürliche chemische Markierungen verwendet werden, um wichtige ökologische Fragestellungen wie die Herkunft eines Fisches oder seine Populationszugehörigkeit zu beantworten. Weiters können Ausbreitungsprozesse und Wandermuster wie die mehrmalige Laichwanderung zum Ort der eigenen Geburt ("Homing") und die jahreszeitliche Habitatnutzung retrospektiv untersucht werden. Obwohl bisher vor allem Otolithen für diese Art von Fragestellung verwendet wurden, stellt die Analyse von Schuppen und Flossenstrahlen eine wichtige nicht-letale Alternative dar. Augenlinsen wiederum können relativ einfach entnommen werden, was vor allem bei der Untersuchung großer Fischmengen eine Rolle spielt. Im Rahmen des "IsoMark" Projektes werden daher erstmals umfassende Untersuchungen der sog. "elemental fingerprints" (vor allem basierend auf Ca, Sr, Na, Ba, Mg) und "isotopic fingerprints" (basierend auf Isotopen von Sr and Ca) unterschiedlicher Hartteile typischer europäischer Fischarten wie Bachforelle (Salmo trutta f.f., L.), Äsche (Thymallus thymallus, L.), Nase (Chondrostoma nasus, L.) und Huchen (Hucho hucho, L.) durchgeführt. Zur präzisen und simultanen in-situ-Analyse multipler Elemente und Isotope wird die "Laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry" (LA-ICP-MS) verwendet. Dabei können mit hoher lateraler Auflösung Element- und Isotopenmuster direkt auf den Hartteilen gemessen werden. Fische von zehn Fischzuchten werden auf ihre spezifischen mikrochemischen Muster in Hartteilen untersucht. Zur Erfassung des Zusammenhanges zwischen Umweltparametern und Hartteil-Mikrochemie werden kontrollierte Feldexperimente durchgeführt. Juvenile und adulte Individuen von zwei Arten (Bachforelle, Nase) werden in schwimmenden Käfigen spezifischen Umweltsituationen ausgesetzt, und die inkorporierten Muster in Bezug auf Altersstadium, Temperatur und Umweltchemie interpretiert. Zusätzlich werden juvenile und adulte Bachforellen und Nasen aus unterschiedlichen natürlichen Habitaten und die Stabilität der Wasserchemie als Grundvoraussetzung einer eindeutigen Interpretation der Umweltinformation untersucht. Weiters getestet wird das sog. "Trans- generationale Markieren", das eine Massenmarkierung von Fischlarven durch die Injektion der Mutterfische mit einem angereicherten Isotop erlaubt. Dieses wird dann an die früh gebildeten Hartteile der Larven (Augenlinse, Kern des Otoliths) weitergegeben, und erlaubt so die eindeutige Identifizierung von Fischen über einen längeren Zeitraum ihrer Entwicklung. Das Projekt wird als Kooperation der Abteilung für analytische Chemie (Department für Chemie) und dem Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (Department für Wasser, Atmosphäre und Umwelt) an der Universität für Bodenkultur Wien (BOKU), sowie dem Institut für Gewässerökologie, Fischereibiologie und Seenkunde in Mondsee/Scharfling (Bundesamt für Wasserwirtschaft) durchgeführt, und steht direkt mit dem START-Projekt "VIRIS" (Vienna Isotope Research Investigation and Survey, FWF 267-N11) in Verbindung.

Die umfassende Untersuchung der Elemente und Isotope in Hartteilen von Süßwasserfischen durch Laser-Ablations-(Multikollektor) induktiv gekoppelte Plasma-Massenspektrometrie (LA-(MC)-ICP-MS) im IsoMARK Projekt führte zu verbessertem Verständnis, welche chemischen Informationen zeitaufgelöst in allen inkrementell (schrittweise mit der Zeit) wachsenden Hartteilen von Süßwasserfischen gespeichert sind. Untersucht wurden dabei Gehörsteine (Otolithen), Rückgrat, Flossenstrahlen, Schuppen und Augenlinsen. Das gewonnene Wissen ist vor allem für Anwendungen in Ökologie, Aquakultur und Gewässermanagement von Bedeutung, in denen es um die Rekonstruktion der Herkunft und Wanderung von Fischen geht. Insbesondere konnten Fische unterschiedlicher Herkunft eindeutig voneinander unterschieden werden, wenn deren Lebensräume durch eine unterschiedliche Wasserchemie charakterisiert waren. Anhand der zeitaufgelösten Analyse der in den Hartteilen gespeicherten chemischen Informationen konnten die Möglichkeiten der Rekonstruktion der Habitatnutzung über den Verlauf des Lebens eines Fisches bewertet werden. Vor allem das Wachstum und die Dimension des Hartteils sowie die räumlichen Auflösung, die mittels des Lasers erreicht werden kann, beeinflussen diese Möglichkeit. Flossenstrahlen sowie Schuppen stellen nicht-tödliche Alternativen für Gehörsteine dar, da diese ähnliche chemische Informationen beinhalten.Die Analyse der chemischen Signaturen des Wassers in verschiedenen Fischzuchten und in Flüssen entlang der österreichischen Donau zeigte, dass verschiedene Isozonen mit signifikant unterschiedlicher Isotopen- und Elementzusammensetzungen existieren. Fischwanderungen können vor allem zwischen diesen unterschiedlichen Isozonen nachvollzogen werden. Die transgenerationale Markierung der Nachkommen einzelner Fische mittels ungiftiger und natürlich vorkommender Sr Isotopen wurde erfolgreich anhand Bachforelle Salmo trutta ff und Karpfen Cyprinus carpio getestet. Durch transgenerationales Markieren können alle Nachkommen eines Weibchens durch nur eine Injektion eines angereicherten Isotopenspikes markiert werden. Die den Weibchen injizierte chemische Information wird dabei an den zentralen Bereich des Gehörsteins der Nachkommen weitergegeben. Der Karpfen diente als Modellart für andere karpfenartige Fischarten (Cypriniden) mit kleinen Eiern, die Tiefland-Flusssysteme wie die Donau bewohnen, die Bachforelle als Repräsentant forellenartiger Fische (Salmoniden) mit großen Eiern, die vor allem höher gelegene Flussregionen besiedeln.Das in diesem Projekt gewonnene Wissen wurde bereits während der Projektlaufzeit in Bezug zur Herkunftskontrolle von Fisch aus österreichischer Aquakultur angewendet, wobei es möglich war, die untersuchten Fische mit 100%iger Genauigkeit zu den Herkunftsfischfarmen zuzuweisen. Besonders diese Ergebnisse konnten das öffentliche Interesse gewinnen.