Beitrag Wissenschaft


Zelluläre Effekte von Plastik-Partikeln auf die Miesmuschel Mytilus edulis

 
Nadia von Moos, 2012


Die ökologische Problematik von (Makro-)Kunststoff-Müll in den Weltmeeren wird schon länger wissenschaftlich untersucht und erlangte in den letzten Jahren auch hohe Medienpräsenz. Hingegen sind die Auswirkungen von microplastics (Kunststoffstücke kleiner als 5 mm in der Umwelt) erst seit Kurzem als ökologisches Problem anerkannt und als solches Gegenstand der aktuellen Forschung. Standardisierte wissenschaftliche Methoden zur Erfassung der Auswirkungen von microplastics auf Ökosysteme sind erst in Entwicklung (z.B. Identifizierung der Kunststoffe und deren exakter chemischer Zusammensetzung, Bestimmung der Grössenverteilung der Partikel, Messung der vorhandenen Umweltkonzentrationen und toxikologischer Effekte etc.).
Ich untersuchte, ob microplastics von Miesmuscheln (Mytilus edulis) über einen Zeitraum von 96 Stunden durch ihre Filteraktivität aufgenommen werden können und falls ja, ob sich dies negativ auf deren Gesundheitszustand auswirkt (Abb. 1). Als Modell «microplastics» dienten mir unregelmässig geformte, industrielle Polyethylen-Werkstoffpartikel mit einem Durch-messer von ›0 - 80 Mikrometern (Abb. 2).

Im Anschluss an die Expositionsexperimente wurde der Gesundheitszustand der Muscheln nach 3, 6, 12, 24 und 48 Stunden mit Biomarkern für frühe toxische Effekte (Lysosomenstabilität, Akkumulation von Neutrallipiden) untersucht und Veränderungen im Gewebe (u.a. die Bildung von Granulocytomata, Nekrose, Lipofuscin) mittels Mikroskopie beschrieben und erfasst. Zum Nachweis der Kunststoffpartikel im Gewebe entwickelten wir einen neuen Ansatz, der darauf beruhte, mittels eines spezifischen Mikroskopie-Verfahrens (Polarisationsmikroskopie) die angereicherten Kunststoffpartikel durch ihre doppelbrechende Eigenschaft in Gewebeschnitten sichtbar zu machen.


Die Auswertung der exponierten Muscheln ergab, dass unregelmässig geformte, industrielle Polyethylen-Partikel von Miesmuscheln filtrierend aufgenommen werden, den Gesundheitszustand der Muscheln beeinträchtigen (signifikante Destabilisierung der Lysosomen) sowie eine erhöhte Immunreaktion (signifikant erhöhte Bildung von Granulocytomata) hervorrufen. Zudem erwies sich die Polarisationsmikroskopie als eine geeignete Methode zum Nachweis von Kunststoffpartikeln in Gewebeschnitten (Abb. 3).

Solche Biomarker für frühe toxische Effekte auf der zellulären und Gewebe-Ebene, wie sie hier angewandt wurden, dienen als gute Frühwarnsysteme, die Aufschluss über mögliche (spätere) Effekte auf höheren Stufen der biologischen Organisation (Organe, Organismus, Populationen) geben können. Allerdings erlaubt die Komplexität der Problematik anhand dieser Resultate keine allgemeingültigen Aussagen zu den toxikologischen Risiken in Bezug auf Plastik in den Meeren. Hierzu sind weitere, vertiefte Studien notwendig.


Kommt ein Lebewesen mit Plastikpartikeln in Kontakt oder nimmt es diese sogar auf, sind sowohl physische als auch chemische Schädigungen möglich. Physische Schädigungen sind u.a. Verletzungen innerer Organe oder falsches Sättigungsgefühl. Daneben sind negative chemische Effekte sowohl durch den Kunststoff und seine Inhaltsstoffe an sich als auch durch die auf seiner Oberfläche angereicherten, langlebigen Umweltchemikalien möglich (z.B. Störung des Hormonhaushaltes). Plastikstücke im Meer reichern erwiesenermassen langlebige Umweltgifte auf ihrer Oberfläche an. Ob, wie und in welchem Masse diese angereicherten Schadstoffe in einem Lebewesen wieder abgegeben werden, ist gegenwärtig noch nicht klar.

Für eine gute Risikoanalyse sind zwei Aspekte ausschlaggebend: einerseits die Exposition (Konzentrationen und Zeitfaktor) und andererseits die damit verbundenen biologischen Auswirkungen (Gefährdung) gepaart mit der Wahrscheinlichkeit des Eintretens solcher negativen biologischen Folgen. Für eine gute Risiko-Abschätzung müssen daher immer beide Aspekte betrachtet werden.


Nadia von Moos studierte an der Universität Basel Biologie im Bachelor (2004-2007) und nachhaltige Entwicklung im Master, mit Schwerpunkt Ökotoxikologie (2007-2010). Ihre Masterarbeit zum Thema «Zelluläre Effekte von ‘microplastics‘ in den Meeren» führte sie ans Alfred-Wegener-Institut (AWI) für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven (D). Zurzeit doktoriert sie an der Universität Genf zum Thema Nanopartikel und deren Effekte auf aquatische Mikroorganismen (2011-2014).

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