Fallstudie deckt ökologische Auswirkungen von wasserlöslichen Polymeren auf

Wasserlösliche synthetische Polymere (WSSPs) finden sich in vielen Alltagsprodukten. Welche Folgen es hat, wenn diese Kunststoffe in Flüsse, Seen und Ozeane gelangen, ist noch weitgehend unerforscht. Ein Team der Universität Bayreuth hat nun erstmals systematisch die Auswirkungen auf Wasserflöhe der Art Daphnia magna untersucht.

Die für den Test ausgewählten Polymere verändern die Körpergröße und Fortpflanzung der Tiere zum Teil erheblich. Die Studie, veröffentlicht in Wissenschaft der gesamten Umweltzeigt, dass wasserlösliche Polymere nicht zu unterschätzende Folgen für Biodiversität und Nahrungsketten in aquatischen Ökosystemen haben könnten.

Textilien, Farben, Papier, Klebstoffe, Kosmetika und Pharmazeutika sind nur einige Beispiele für Industrieprodukte, die wasserlösliche synthetische Polymere (WSSP) enthalten. Darüber hinaus werden WSSPs in der Abwasserbehandlung und Regenwasserbehandlung eingesetzt.

Dennoch ist wenig über ihre Konzentrationen in der Umwelt bekannt. Sie sind hier im Gegensatz zu Plastikmüll und Mikroplastikpartikeln nicht sichtbar. Das Vorhandensein von WSSPs in Flüssen, Seen und anderen Süßwasserspeichern wurde jedoch in verschiedenen Studien nachgewiesen.

Forscher des SFB 1375 „Mikroplastik“ und des International Training Network (ITN) „LimnoPlast“ der Universität Bayreuth haben nun fünf kommerziell erhältliche Polymere, die häufig in der Industrie eingesetzt werden, für die Produktion ausgewählt. Mit biologischen und chemischen Methoden haben sie untersucht, wie Wasserflöhe der Art Daphnia magna auf WSSP reagieren.

In der ökologischen Forschung dient diese Art als Modellorganismus, an dem Wechselwirkungen zwischen potenziellen Schadstoffen und lebenden Organismen gut beobachtet werden können. Die im Wasser gelösten Polymere, mit denen die Wasserflöhe während der Tests in ständigem Kontakt waren, waren Polyvinylalkohol (PVOH), Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyacrylsäure (PAA), Polyethylenglykol (PEG) und Polyethylenoxid (PEO).

„Wasserflöhe haben in vielen Süßwasserseen eine ökologische Schlüsselfunktion: Sie haben einen erheblichen Einfluss auf die Menge an verfügbarem Phytoplankton, das die Grundlage der Nahrungsketten in Seen bildet. Wenn Wasserflöhe durch wasserlösliche Polymere geschädigt werden, können die Folgen weitreichender sein auf höhere Ebenen der Nahrungskette und beeinflusst das gesamte Nahrungsnetz eines Ökosystems“, sagt Prof. Dr. Christian Laforsch, Sprecher des SFB Mikroplastik und des ITN „LimnoPlast“, der die neue interdisziplinäre Studie koordiniert hat.

Wie die Forschungsergebnisse zeigen, sind WSSPs für Wasserflöhe nicht unmittelbar lebensbedrohlich. Sogar ihre Herzfrequenz bleibt konstant, wenn sie längere Zeit in mit WSSP angereichertem Wasser leben.

Dies ist ein klarer Hinweis darauf, dass die Polymere keine akuten physiologischen Veränderungen hervorrufen. Allerdings ändert sich das Fortpflanzungsverhalten der Tiere in zweierlei Hinsicht: Die Fortpflanzungszyklen verlängern sich, sodass die Wasserflöhe nur in größeren Abständen Nachwuchs produzieren. Außerdem nimmt die Zahl der pro Zyklus produzierten Nachkommen ab.

Dies könnte Auswirkungen auf das Bevölkerungswachstum und damit auf das gesamte Nahrungsnetz haben. Außerdem verändert sich auch die Körpergröße der Daphnien unter dem Einfluss von WSSP.

„Bisherige Forschungsergebnisse liefern noch kein genaues Verständnis der kausalen Effekte, die zu den signifikanten Veränderungen der Körpergröße und Reproduktion von Wasserflöhen geführt haben. Messungen legen nahe, dass ein höheres Molekulargewicht von WSSP mit einer erhöhten Toxizität verbunden sein könnte. Dies ist ein weiterer Beweis von der Relevanz interdisziplinärer Forschung zwischen Umweltwissenschaften und Polymerchemie“, sagt die Erstautorin der neuen Studie, die Bayreuther Doktorandin Simona Mondellini M.Sc.

Die Erforschung der ökologischen Wirkung von wasserlöslichen synthetischen Polymeren steckt derzeit in vielerlei Hinsicht noch in den Kinderschuhen. Die Ergebnisse der neuen Studie am Modellorganismus Daphnia magna verdeutlichen jedoch die Bedeutung dieses Forschungsthemas.

„Auswirkungen möglicher Kontaminanten auf die Fortpflanzung und Körpergröße von Organismen sind mittlerweile etablierte Parameter in der Ökotoxikologie. Sollten sich Wasserflöhe unter dem Einfluss kommerzieller WSSPs, die in vielen Branchen eingesetzt werden, in dieser Hinsicht verändern, sollte dies Anlass für weitere gezielte Untersuchungen sein.“ Die toxischen Wirkungen von Schadstoffen, die sich in der Umwelt ausbreiten, betreffen in der Regel nicht nur einzelne Organismen, sondern auch größere Populationen und weitverzweigte Nahrungsnetze – und damit auch die Lebensfähigkeit und Funktionsfähigkeit ganzer Ökosysteme“, sagt Prof. Dr. Christian Laforsch.