Two humpback whales appear during a whale-watching tour in Iceland.
Two humpback whales surface during a whale-watching tour in Iceland. Researchers and citizen scientists use boats like these (schooner sailboats) to collect eDNA samples. © North Sailing

“This is the coolest project ever!” Bettina Thalinger’s eyes light up whenever she talks about her research on whales. This biologist recently began heading a working group for biodiversity research at the WasserCluster Lunz in Lower Austria. But she also coordinates the FWF-funded eWHALE project at the Applied Animal Ecology Unit at the University of Innsbruck.

With eWHALE, Thalinger and her team aim to learn more about the whales in the seas and oceans around Europe – specifically, where they are, what they eat, and how the whale populations are developing. Their work provides a set of data designed to contribute to the protection of these animals. The neat twist in their approach: the researchers enlist the help of animal-loving tourists who are out on boat tours in the Mediterranean and the Atlantic to observe whales.

eWHALE 

The biodiversity in the Earth’s oceans is under acute pressure from anthropogenic threats. The sheer vastness of most marine habitats challenge monitoring efforts and the creation of biodiversity datasets necessary to guide policymakers.

The eWHALE project will optimize the eDNA sampling workflow aboard whale watching platforms and research cruises. This is a first step towards unlocking the enormous potential of participatory marine biodiversity monitoring.

A bucket full of knowledge

“In theory, it’s really simple,” explains Thalinger. “People on a whale-watching boat scoop up a bucket of seawater and then strain the water through a fine filter that traps all the environmental DNA or eDNA.” This eDNA is the treasure trove that Thalinger and her colleagues process further at the molecular lab.

The genetic code of each living organism is contained in their every cell in the form of DNA. When an animal sheds cells through its skin, by exhaling, or in other ways, that DNA ends up in the environment. A bucket of seawater therefore contains the environmental DNA of a wide variety of organisms, including that of whales – provided you can get close enough to them.

“Of course, we must not get too close to the animals during the tours, and we certainly can’t touch them,” Thalinger emphasizes. When a whale dives, its tail fin leaves a print on the water’s surface, where the water is calmer than in the surrounding area. The imprint can remain clearly visible in the water for more than half a minute. Researchers and their assistants can then navigate their boats to that spot and collect samples without disturbing the ocean inhabitants.

“Unfortunately, it’s not always as simple in practice as it sounds in theory,” Thalinger adds. She recounts some practical obstacles with a laugh: “Have you ever been utterly seasick on a whale-watching tour in Iceland while having to teach people on an unsteady boat how to sample eDNA without contaminating it?”

Young woman in a boat at sea extracts DNA from whales
Ph.D. student Lauren Rodriguez from the University of Innsbruck performing eDNA filtration in the Azores © L. Rodriguez

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Populationsgenetik-Studien durch eDNA

Trotz kleiner Herausforderungen ist das Projekt bisher ein Erfolg. Das internationale Forschungsteam aus Österreich, Island, Italien, Portugal, Frankreich, Irland und Norwegen konnte zeigen, dass geschulte Lai:innen effektiv Umwelt-DNA aus dem Meer sammeln können. Begleitend fĂŒllen die Citizen-Scientists vor und nach der Tour Fragebögen aus. Darin wird erhoben, wie sich ihr VerstĂ€ndnis vom Schutz der Meere und deren BiodiversitĂ€t verĂ€ndert hat. „Mit ĂŒber hundert Teilnehmenden in Italien, Island und auf den Azoren konnten wir in diesem Projekt zeigen, dass unser Ansatz funktioniert“, freut sich Thalinger.

ZurĂŒck im Labor untersuchen die Forschenden die Umwelt-DNA aus den gesammelten Proben mit verschiedenen molekularbiologischen Methoden: Mit dem sogenannten Metabarcoding kann man feststellen, welche Spezies in den DNA-Spuren in der Probe vertreten sind. Mit populationsgenetischen AnsĂ€tzen können die Wissenschaftler:innen auch VerwandtschaftsverhĂ€ltnisse und die genetische Vielfalt innerhalb einzelner Populationen untersuchen. Letztere ist besonders wichtig fĂŒr die Resilienz der Population, denn genetische Vielfalt ist Teil der BiodiversitĂ€t, die Arten dabei hilft, sich an verĂ€nderte Umweltbedingungen wie den Klimawandel anzupassen. „Das ist das methodisch Spannendste an dem Projekt, da diese AnsĂ€tze mit Umwelt-DNA und Walen noch nie durchgefĂŒhrt wurden“, erklĂ€rt Thalinger.

Großer Roll-out geplant

„Wir konnten Pottwale, Buckelwale, Finnwale, aber auch Delfine und sogar Haie, die mit herkömmlichen Methoden kaum zu erfassen sind, in den Proben nachweisen“, sagt Thalinger. „Derzeit arbeiten wir an der weiteren Auswertung der erhobenen Daten, aber ich kann jetzt schon sagen, dass das Projekt ein voller Erfolg ist. Und ich bekomme laufend Anfragen von Leuten, die bei möglichen Folgeprojekten mithelfen möchten.“

In der Tat plant Thalinger mit ihren Kolleg:innen bereits das nĂ€chste Projekt zu Umwelt-DNA im Meer: „Mein Traum wĂ€re es, dieses Programm grĂ¶ĂŸer auszurollen. Das eWHALE-Projekt war eine Art große Pilotstudie dafĂŒr.“ ZukĂŒnftig soll die Zusammenarbeit mit begeisterten Citizen-Scientists europaweit ausgebaut werden. So kann das internationale eWHALE-Team noch großrĂ€umiger Daten ĂŒber Wale und andere Meeresbewohner erfassen und dazu beitragen, die zu den Ă€ltesten Tieren zĂ€hlenden MeeressĂ€uger und ihren Lebensraum zu schĂŒtzen.

Zur Person

Bettina Thalinger ist Leiterin der Arbeitsgruppe „TRIDENT – Applied Biodiversity Research and Molecular Ecology“ am WasserCluster Lunz – einem in Österreich ansĂ€ssigen interuniversitĂ€ren Zentrum fĂŒr die Erforschung aquatischer Ökosysteme. Nach dem Studium der Ökologie, Volkswirtschaftslehre und der internationalen Wirtschaftswissenschaften sowie einem PhD in Biologie an der UniversitĂ€t Innsbruck arbeitete Thalinger ebendort als Postdoc zu Umwelt-DNA. Von 2019 bis 2022 fĂŒhrte Thalingers Arbeit sie an die University of Guelph in Kanada. Das lĂ€nderĂŒbergreifende Projekt eWHALE (2023–2026) wird vom Wissenschaftsfonds FWF mit 255.000 Euro gefördert.

From the field to the lab

Besides her research on eDNA and whales, Bettina Thalinger works on implementing new methods in applied biodiversity research for aquatic ecosystems. She develops, optimizes, and applies DNA metabarcoding, methods from population genetics, and species-specific assays to support conservation and management measures. Her research projects often combine adventurous sampling in the field with laboratory work under cleanroom conditions. The involvement of local stakeholders and the dissemination of results to the public are cornerstones of many of her projects.