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Pestizide: Was passiert mit der Umwelt?

Tübinger Ökotoxikologen plädieren für neue interdisziplinäre Ansätze, um die Auswirkung von Pestiziden auf die belebte Umwelt zu untersuchen. Wenn Freilandarbeit und Laboranalysen häufiger und besser miteinander verknüpft werden, entsteht ein klares Bild der Gesamtsituation. Das erleichtert es auf allen Handlungsebenen, die richtigen Schlussfolgerungen zu ziehen und entsprechend tätig zu werden.

Prof. Dr. Heinz-R. Köhler leitet an der Universität Tübingen den Bereich Physiologische Ökologie der Tiere. Prof. Dr. Rita Triebskorn leitet hier eine Arbeitsgruppe und ist Leiterin des Steinbeis-Transferzentrums für Ökotoxikologie und Ökophysiologie. © Lehmann

Von „Science“, einem der weltweit führenden Wissenschaftsjournale, ausdrücklich zu einem Artikel eingeladen zu werden, ist an sich schon eine Auszeichnung und spricht für das internationale Renommee der Forscher. Prof. Dr. Heinz-R. Köhler und Prof. Dr. Rita Triebskorn sind Experten für Ökotoxikologie an der Universität Tübingen. Sie sind der Einladung gefolgt und haben in „Science“ einen Übersichtsbeitrag zur Auswirkung von Pestiziden auf Ökosysteme veröffentlicht. „Es ging darum, den Stand der Forschung zu beschreiben und Perspektiven für die Zukunft dazustellen. Natürlich sind in den Artikel auch unsere eigenen Forschungsarbeiten zum Einfluss von Pestiziden auf Tiere mit eingeflossen“, sagt Köhler.

Die zentrale Botschaft des Beitrags ist eindeutig: Es gibt zu wenig Verknüpfungen zwischen Forschungsarbeiten, die sich mit Pestizidauswirkungen auf einzelne Individuen befassen, und Arbeiten, bei denen Veränderungen von Populationen und Ökosystemen untersucht werden. Köhler formuliert seine Kritik an isolierten Untersuchungen an einem Beispiel: „Wenn einzelne Fischembryonen untersucht werden, von denen unter natürlichen Bedingungen ohnehin 80 Prozent vor der Reproduktion sterben, dann muss eine Veränderung auf der Individualebene nicht zwingend eine Auswirkung auf die gesamte Population haben. Deshalb ist es wichtig, bei einer Chemikalienwirkung die Verbindung über die verschiedenen Stufen der biologischen Organisation vom Individuum bis zum Ökosystem herzustellen.“

Plausible und kausale Zusammenhänge liefern das Gesamtbild

Pestizide werden zum Beispiel auf Erdbeerfeldern wie hier im Einzugsgebiet des Bodensees ausgebracht. In großen Verbundprojekten untersuchen Tübinger Ökotoxikologen die Auswirkung auf die jeweiligen Ökosysteme. © Triebskorn, Universität Tübingen

Dabei ist den Forschern klar, dass nicht in jedem Fall eine lückenlose Ursache-Wirkungs-Kette aufgebaut werden kann. Dafür ist die Untersuchungslage im Freiland zu komplex – zu viele unvorhersehbare und auch nicht immer eindeutig bestimmbare Parameter haben hier Einfluss auf das Leben und Zusammenleben der Arten. Die Lage wird noch erschwert durch die relativ großen Zeiträume, über die im Freiland beobachtet werden muss, um repräsentative Aussagen zu erhalten. „Eindeutige Kausalitäten können nur im Laborversuch bestimmt werden. Im Freiland suchen wir deshalb nach Plausibilitäten für kausale Zusammenhänge. Es geht uns darum, insgesamt eine Plausibilitätskette herzustellen, die von molekularen Auswirkungen auf Individuen bis zur Ökosystemebene reicht“, erklärt Triebskorn.

Sie koordiniert ein großes, vom BMBF gefördertes Verbundprojekt namens „SchussenAktivplus“, das beispielhaft zeigt, dass dies möglich ist. Insgesamt 20 Projektpartner untersuchen hier drei Jahre lang in der Nähe des Bodensees die Wirkung von Spurenstoffmischungen, die auch Pestizide enthalten. „Das Projekt fokussiert vor allem auf Tiere, jedoch werden auch Bakterien untersucht“, sagt Triebskorn. Und Köhler ergänzt: „Wir arbeiten hauptsächlich mit wirbellosen Tieren wie Schnecken und Flohkrebsen, da es hier nicht die ethischen Einschränkungen wie bei Wirbeltieren gibt. Diese werden bei unseren Untersuchungen von Fischen repräsentiert.“

Die Untersuchungen bei „SchussenAktivplus“ gehen von verschiedenen Standorten im Einzugsgebiet der Schussen zwischen Bodensee und Ravensburg aus. An fünf Probestellen im Freiland werden chemische und physikalische Parameter wie Temperatur und Sauerstoffgehalt bestimmt. Außerdem werden Fische, Wasser- und Sedimentproben für weitere Analysen von Spurenstoffen und Keimen entnommen. Die Forscher vergleichen dabei die Zustände vor und nach Kläranlagen bzw. vor und nach dem Einbau einer neuen Abwassertechnik. Im Rahmen von passiven und aktiven Monitoringexperimenten im Freiland wird unter anderem der Gesundheitszustand der Fische überprüft.

Das aktive Biomonitoring findet dann unter kontrollierten Bedingungen in Bypass-Systemen statt. Dabei wird Flusswasser durch Aquarien geleitet, die quasi als Bypass für den Fluss fungieren. In die Aquarien werden Bach- und Regenbogenforellen, ihre Eier und frisch geschlüpfte Brütlinge gehalten – letztere reagieren besonders empfindlich auf Verunreinigungen. „Bei Untersuchungen zur Entwicklungstoxizität schauen wir zum Beispiel nach Verzögerungen in der Entwicklung, nach Ödemen und nach Verkrüppelungen der Wirbelsäule“, sagt Triebskorn.

Bei Laboruntersuchungen auf molekularer Ebene wird mit Biomarkern gearbeitet. „Auf der Organebene untersuchen wir die Tiere auf Nieren-, Kiemen- und Leberschäden und testen dann auf Biomarker. Entgiftungssysteme wie das Cytochrom-P450-System werden aktiviert, wenn Substanzen mit dioxinähnlicher Wirkung in den Stoffwechsel gelangen. Deshalb ist Cytochrom P450 ein wichtiger Biomarker für uns“, sagt Triebskorn. Köhler fügt hinzu: „Bestimmte Stressproteine kann man grundsätzlich bei allen Organismen nachweisen. Das hat den Vorteil, dass wir bei allen Arten mit dem gleichen Antikörper arbeiten können.“

Ein interessanter Biomarker ist auch die Induktion von Vitellogenin, einem Vorläufer des Eidotterproteins. Es wird normalerweise als Antwort auf einen Stimulus vom Eierstock in der Leber von weiblichen Fischen gebildet, die ihre Embryonen ernähren müssen. „Wenn nun in der Umwelt östrogen wirkende Stoffe vorhanden sind, kann es auch bei juvenilen und bei männlichen Fischen zum Stimulus kommen. Das kostet Energie und senkt unter Umständen die Fertilität der Fische“, erklärt Triebskorn.

Hand in Hand: Laboranalysen ergänzen die Freilandarbeit

Damit ist das Repertoire an Laboruntersuchungen jedoch noch nicht ausgeschöpft. So werden bei In-vitro-Tests Zellkulturen gegenüber Fluss- und Klärwasser exponiert. Auf diesem Weg lässt sich das jeweilige toxische und hormonelle Wirkpotenzial des Wassers bestimmen. Beim Schussen-Projekt wird als Vergleich Wasser aus der Argen herangezogen, einem benachbarten Fluss, der deutlich sauberer ist als die Schussen.

Neben Naturwissenschaftlern sind bei diesem Verbundprojekt auch Ingenieure, Behörden und Fischer involviert. „Diese Interdisziplinarität ist ganz wesentlich, wenn man eine komplexe Fragestellung betrachten will. Insgesamt sind rund 150 Personen an diesem Projekt beteiligt“, sagt Triebskorn. Ähnliche Erfahrungen haben Triebskorn und Köhler auch auf EU-Ebene gemacht. Bei einem Verbundprojekt hat die Tübinger Gruppe untersucht, wie toxisch sich Stoffmischungen auf Zebrabärblinge auswirken. Ein anderes internationales Projekt befasste sich mit ökotoxikologischen Untersuchungen im Donauraum. Hier nutzte das Tübinger Team seine Expertise zum Know-how-Transfer – so lässt sich vermeiden, dass andere Gruppen aus Nachbarstaaten bei Null anfangen. „Pflanzenschutzmittel sind allerdings nur eine Gruppe umweltrelevanter Spurenstoffe. Andere sind Haushalts- und Industriechemikalien sowie Arzneistoffe – im Grunde alle Stoffe, die im Mikro- bis Nanogrammbereich in der Umwelt vorliegen“, so Köhler.

Die Tübinger Forscher plädieren dafür, ergänzend zu In-vivo- und In-vitro-Untersuchungen auch In-silico-Verfahren mit einzubeziehen. Bereits heute gibt es Modellierungsansätze, mit denen natürliche Schwankungen in Populationen simuliert werden, um Voraussagen zu Populationsentwicklungen treffen zu können. „Solche Modelle könnten prinzipiell auch in der Ökotoxikologie eingesetzt werden“, sagt Köhler. Die Modelle sind jedoch nur so gut wie die dafür verwendeten Daten, und daran hapert es momentan noch. Bleibt zu hoffen, dass ein Plus an übergreifenden Forschungsprojekten hier möglichst rasch eine belastbare Datengrundlage liefert.

Seiten-Adresse: https://www.biooekonomie-bw.de/fachbeitrag/aktuell/pestizide-was-passiert-mit-der-umwelt