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LimCo International - Innovative Methoden gegen die Verschmutzung von Gewässern

„Water is everything, nothing is without water“ – dieser auf der Website der LimCo International GmbH zu findende Spruch macht deutlich, welch essenzielle Bedeutung Wasser hat. Im Kontext der zunehmenden Gewässerverschmutzung und den zum Teil unbekannten Auswirkungen zahlreicher Toxine auf die Umwelt engagiert sich das Neu-Konstanzer Unternehmen durch Forschung, Lehre und Beratungsleistungen für den Schutz dieser kostbaren Ressource. Mit dem Multispecies Freshwater Biomonitor hat LimCo International ein einzigartiges kontinuierliches Frühwarnsystem entwickelt, mit dem Verunreinigungen in Gewässern vollautomatisiert nachgewiesen werden können. Mit Hilfe des Toxizitätstests GamTox untersucht die Firma außerdem Fließgewässer hinsichtlich ihrer ökologischen Situation.

LimCo-Geschäftsführerin Dr. Almut Gerhardt © Sara Gerhardt

Durch (Online-) Biomonitoring-Systeme werden Zustände von Pflanzen und Tieren heutzutage dauerhaft überwacht und Rückschlüsse auf die Qualität der Umwelt gezogen. Mit ihrem Unternehmen LimCo International hat Geschäftsführerin Dr. Almut Gerhardt ein Testsystem konzipiert, mit dem auf Basis von Realzeitmessungen Wasserqualitätseinschätzungen vorgenommen werden: den Multispecies Freshwater Biomonitor.

Ziel dieses vollautomatisierten biologischen Frühwarnsystems ist die quantitative Messung und Auswertung spezifischer Stressreaktionen diverser Indikatororganismen – wie beispielsweise Insekten oder Fische – auf Verschmutzung durch giftige Substanzen. „Änderungen in der Wasserqualität, etwa durch Schadstoffpulse (Verschmutzungswellen) führen zu einer Änderung im Verhalten der Tiere, welches dann unmittelbar in der Software erkannt wird und einen Alarm auslöst. Daraufhin können gezielt Wasserproben für eine chemische Analyse entnommen werden“, erklärt Dr. Gerhardt das Prinzip des Multispecies Freshwater Biomonitor. Durch seine handliche Größe und den Batterie- oder Generatorbetrieb ist er für die direkte Feldanwendung, speziell auch in schwer zugänglichen Gewässern, geeignet.

Erfassung verschiedenster Organismen

In extra für sie optimierten Durchgangskammern werden die Tiere in Langzeitstudien über mehrere Wochen hinweg beobachtet. Die Besonderheit des Multispecies Freshwater Biomonitor ist seine modulare Aufbauweise mit Messeinheiten von acht bis 96 Kanälen. Diese Vielzahl ermöglicht die Überwachung vieler Organismen einer Art beziehungsweise mehrerer Schlüsselarten gleichzeitig sowie die Erforschung von Effekten toxischer Substanzen über verschiedene trophische Ebenen hinweg. „Wir haben bereits zirka 30 Arten von Millimeter großem Plankton bis hin zu großen Fischen getestet“, verdeutlicht Dr. Gerhardt die Einsatzbreite des Gerätes. „Dies erhöht die Sicherheit und Relevanz der Alarmmeldung, denn verschiedene Tierarten können unterschiedliche Toleranzen hinsichtlich verschiedener Schadstoffe aufweisen, und eine höhere Anzahl an Messungen verschiedener Organismen einer Art steigert die statistische Aussagekraft des Messergebnisses.“

Spezielle Methoden eröffnen ein breites Anwendungsspektrum

Der Multispecies Freshwater Biomonitor funktioniert nach dem Prinzip der vierpolaren Impedanzwandlung: Während ein Elektrodenpaar hochfrequente Wechselspannung erzeugt, werden mit Hilfe eines zweiten Paares die Veränderungen innerhalb dieses elektrischen Feldes gemessen, welche durch Bewegungen des Tieres induziert werden. Eingeteilt wird die Aktivität der Organismen dabei in Lokomotion (Schwimmen, Kriechen etc.) und „Atmung“ (Ventilieren der Kiemen, die als Atmungsorgane dienen). Almut Gerhardt macht die Besonderheit des Biotestautomaten klar: „Im Vergleich zu anderen Biomonitoren unterscheidet sich der Multispecies Freshwater Biomonitor enorm. Erkennbar wird dies vor allem an der Tatsache, dass er auf einer nicht-optischen Methode basiert.“ Dies eröffnet ein sehr breites Anwendungsgebiet in allen Medien, unter anderem auch in trüben Gewässern. Durch Abfiltrierung entstehende Ergebnisverfälschungen und daraus resultierende Unterschätzungen der schädlichen Substanzen können somit vermieden werden.

Zum Einsatz kam der Multispecies Freshwater Biomonitor auch schon bei marinen Organismen. Dies hat vor allem im Zusammenhang mit Ölverschmutzungen Relevanz. „Ich bezeichne das Jahr 2010 als das Jahr der Ölkatastrophen, was zeigt, dass wir Ölverschmutzungen ernster nehmen müssen und eben auch bereits kleine Lecks kontinuierlich hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf die Organismen überwachen sollten“, sagt die Wissenschaftlerin, die 1995 an der Universität von Lund in Schweden promovierte. Die Anpassung des Biotestautomaten für den praktischen Einsatz im Zusammenhang mit der Ölindustrie sieht sie als langfristiges Ziel an. Einen weiteren Vorteil des Multispecies Freshwater Biomonitor sieht Almut Gerhardt in der Tatsache, dass er „aus der Wissenschaft stammt“: Bereits über 35 wissenschaftliche Artikel verifizieren die Funktionsfähigkeit des vergleichsweise preiswerten Geräts. Zugänglich ist dieses sowohl für Wissenschaftler als auch für Behörden und staatliche Einrichtungen.

GamTox – der Bachflohkrebs als Indikatororganismus

Der Multispecies Freshwater Biomonitor in der Fließwassersimulationsanlage des Umweltbundesamtes © R. Berghahn und A. Gerhardt

Als zweites wichtiges Forschungsgebiet steht die Konzeption schneller In-situ-Ökotests und Bewertungsmethoden für Gewässer im Zentrum von Gerhardts Arbeit. Neben der feldökotoxikologischen Charakterisierung von Fließgewässern im Allgemeinen, widmet sich die Biologin vor allem der Entwicklung einer Testrichtlinie zu GamTox. „GamTox steht für Gammarus-Toxizitätstest. Der Bachflohkrebs (Gammarus) kommt in zahlreichen Arten in Bächen und Flüssen der nördlichen Hemisphäre vor“, erklärt die Biologin. In diesen Gewässern spielt er eine Schlüsselrolle. Die Bedeutung des Gammarus bei der Analyse von Fließgewässern beruht zum einen auf seiner aktiven Beteiligung am Stoffkreislauf, zum anderen auf seiner zentralen Position innerhalb der Nahrungskette. Aufgrund seines Vorhandenseins oder seiner Abwesenheit kann auf den Grad der Gewässerverschmutzung geschlossen werden. Die zum Teil in der Gruppe der Gammarus-Spezies auftretenden Neozoen-Arten sind des Weiteren oft resistenter gegenüber Kontaminationen als die einheimischen Gammarus-Arten. Durch die Erforschung der Ökotoxizität invasiver Arten wird es so möglich, sie eventuell als Indikatoren für Verschmutzungstoleranz einzusetzen. In Teilzeit arbeitet Dr. Gerhardt auch beim Umweltingenieurbüro AquaPlus in Zug (Schweiz) an diesem Test, um ihn dort in der Praxis zu etablieren.

Toxizitätstest europaweit im Einsatz

„Für Gammarus sind zahlreiche ökotoxikologische Studien bekannt“, erwähnt Dr. Gerhardt. Er soll zum Standardtestorganismus für Fließgewässer werden. Ziel des multimetrischen Ökotoxtests GamTox, welcher sowohl für das Labor als auch für die Feldanwendung geeignet ist, ist die Vernetzung sämtlicher bereits vorliegender Informationen und diverser Methoden. Die Testrichtlinie instruiert bei Auswahl und Durchführung von Testmethoden und erfasst anhand unterschiedlicher Messparameter verschiedene Mechanismen sowie deren Auswirkung auf die Umwelt. Dr. Gerhardt gibt ein Beispiel für eine Wirkungskette, die man mit GamTox gut erfassen kann: „Nervengifte lassen sich durch die Messung des Enzyms Acetylcholinesterase biochemisch nachweisen, Änderungen im Schwimmverhalten sind im Multispecies Freshwater Biomonitor messbar, und Modifikationen der Populationsdichte sowie des gesamten Artenspektrums können mit Biomonitoringmethoden im Feld belegt werden.“ Der umfassende GamTox-Test soll auch in Bezug auf die Wasserrichtlinie (WRRL) der EU zum Einsatz kommen: Integriert in das Routinemonitoring soll er helfen, die Qualität der Gewässer bis 2015 zu verbessern.

Umweltbildung von essenzieller Bedeutung

Neben ihrer Tätigkeit als Forscherin steht Almut Gerhardt Behörden, Universitäten und Industrie als Beraterin zur Seite. Sie nimmt an internationalen Gremien teil und bewertet bei ihrer Zusammenarbeit mit der EU Forschungsanträge für Rahmenprogramme. Gründungsanlass für LimCo International war die Dissertation der Geschäftsführerin, in welcher sie den Multispecies Freshwater Biomonitor entwickelte. Die große Nachfrage nach dem Biotestautomaten führte zunächst zur Teilnahme an internationalen Forschungsprojekten – beispielsweise in China, Bolivien oder Portugal – sowie in langfristiger Konsequenz zur schrittweisen Entstehung der GmbH.

Besonders wichtig ist es der Biologin ihr Wissen weiterzugeben und das Problem der Umweltverschmutzung an die Öffentlichkeit zu tragen. „Die Arbeit in der Umweltbildung macht mir sehr viel Spaß und ist von enormer Bedeutung“, betont sie. In privaten Kursen, Kindergärten, Schulen, Universitäten und Fachhochschulen bringt sie gerade jungen Menschen das Thema Gewässerökologie näher. Darüber hinaus engagiert sich die Wissenschaftlerin in der UN-Dekade „Water for life“ sowie der Agenda 21. „Wir brauchen unbedingt eine naturnahe Erziehung am lebenden Objekt“, bekräftigt Dr. Gerhardt, „um Kindern die Wertschätzung der Natur und Wissen über deren ursprünglichen Zustand beizubringen. Ich habe bereits festgestellt, dass ich bei allen Kindern Faszination und Begeisterung auslösen kann.“ Durch die Veröffentlichung eines Buches, zahlreicher wissenschaftlicher Artikel sowie fotografischer Werke versucht die Biologin, den Menschen die Schönheit der Natur näher zu bringen.

In engem Zusammenhang damit steht ihre Einstellung zu Kooperationen: „Nach meinem Motto führen nur interdisziplinäre Ansätze zu wirklichen Innovationen, die auch für die Praxisanwendung tauglich sind und akzeptiert werden.“ Als KMU-Partner ist Dr. Gerhardt in diversen internationalen EU-Projekten aktiv. Aktuell plant LimCo International den Umzug nach Konstanz und ist auf der Suche nach Partnern für die weitere Entwicklung von Umweltmesstechniken.

Glossar

  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Toxizität ist ein anderes Wort für Giftigkeit.
  • Acetylcholin ist ein wichtiger Neurotransmitter (Botenstoff der Nervenzellen), der auf nachgeschaltete Nerven oder Muskeln erregend wirkt. Er spielt vor allem eine Rolle bei der Kontraktion der Muskulatur, ist aber auch ein wichtiger Botenstoff im Gehirn.

Glossar

  • Enzyme sind Katalysatoren in der lebenden Zelle. Sie ermöglichen den Ablauf der chemischen Reaktionen des Stoffwechsels bei Körpertemperatur.
  • Ein Gen ist ein Teil der Erbinformation, der für die Ausprägung eines Merkmals verantwortlich ist. Es handelt sich hierbei um einen Abschnitt auf der DNA, der die genetische Information zur Synthese eines Proteins oder einer funktionellen RNA (z. B. tRNA) enthält.
  • Für den Begriff Organismus gibt es zwei Definitionen: a) Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren und selbstständig, d. h. ohne fremde Hilfe, zu existieren (Mikroorganismen, Pilze, Pflanzen, Tiere einschließlich Mensch). b) Legaldefinition aus dem Gentechnikgesetz: „Jede biologische Einheit, die fähig ist, sich zu vermehren oder genetisches Material zu übertragen.“ Diese Definition erfasst auch Viren und Viroide. Folglich fallen gentechnische Arbeiten mit diesen Partikeln unter die Bestimmungen des Gentechnikgesetzes.
  • Biochemie ist die Lehre von den chemischen Vorgängen in Lebewesen und liegt damit im Grenzbereich zwischen Chemie, Biologie und Physiologie.
  • Toxizität ist ein anderes Wort für Giftigkeit.
  • Acetylcholin ist ein wichtiger Neurotransmitter (Botenstoff der Nervenzellen), der auf nachgeschaltete Nerven oder Muskeln erregend wirkt. Er spielt vor allem eine Rolle bei der Kontraktion der Muskulatur, ist aber auch ein wichtiger Botenstoff im Gehirn.
Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/limco-international-innovative-methoden-gegen-die-verschmutzung-von-gewaessern/