Eine neue Studie darüber, wie sich Sonnenschutzmittel auf Süßwasserökosysteme auswirken, legt nahe, dass die Auswirkungen weniger alarmierend sein könnten als zunächst angenommen – und wirft neue Fragen darüber auf, ob laborbasierte Studien zu Umweltschadstoffen genau widerspiegeln, was in freier Wildbahn passiert.
„Es gibt eine gewisse Diskrepanz zwischen der Art und Weise, wie wir versuchen, Schadstoffe und Umweltprobleme in der Laborumgebung zu untersuchen, und den wahrscheinlichen Ergebnissen in der realen Welt“, sagt Aaron Boyd, Hauptautor der Studie und Ph.D. Kandidat am Department of Biological Sciences der University of Alberta.
„Eines der Hauptziele dieses Projekts war es zu sehen, ob unsere einfachen Labormodelle tatsächlich mit dem übereinstimmen, was wir in einer natürlichen Umgebung erwarten würden.“
Im Jahr 2020 war Boyd Teil einer von der Assistenzprofessorin und leitenden Autorin Tamzin Blewett betreuten Forschung, die zeigte, dass es für die winzigen Krebstiere tödlich war, die Daphnia magna-Arten von Wasserflöhen über einen Zeitraum von zwei Wochen ultravioletten Filtern oder UVFs auszusetzen.
In dieser Folgestudie wollte das Team sehen, was passieren würde, wenn fünf Generationen der Flöhe bestimmten UVFs ausgesetzt würden. Sie erfuhren, dass sich die Art mit der Zeit an die Schadstoffe gewöhnt hat.
Organische UVFs sind in vielen Hautpflegeprodukten wie Sonnencreme und Lippenbalsam enthalten und werden von unserer Haut ins Wasser abgegeben. Eine wachsende Zahl von Touristenzielen, darunter Aruba, Palau, Thailand und Hawaii, haben bereits Sonnenschutzmittel mit UVFs verboten.
Während jedoch kurzfristige Studien zeigen, dass UVFs ein Risiko für wirbellose Arten wie Korallen darstellen könnten, wurden nur wenige längerfristige Studien durchgeführt.
Ein langfristiger Ansatz
Die meisten Toxizitätstests finden über zwei bis 21 Tage statt, aber Boyds jüngste Studie erstreckte sich über fast drei Monate und beobachtete die Auswirkungen der Exposition über fünf Generationen von Flöhen. Alle waren denselben Konzentrationen von Chemikalien ausgesetzt, was die hohe Seite dessen widerspiegelte, was vernünftigerweise in der Umwelt gefunden werden konnte.
Die Ergebnisse zeigten, dass die Sterblichkeitsraten mit jeder Generation sanken. Zwei Drittel der Flöhe der ersten Generation wurden getötet, wobei diese Zahl in der zweiten Generation auf ein Drittel und in der dritten, vierten und fünften Generation auf praktisch null zurückging.
Neugeborene Wasserflöhe wurden während der elterlichen Exposition ausgesetzt – etwas, das normalerweise nicht in kürzeren Studien beobachtet wird, stellen die Forscher fest.
„Diese dreiwöchige Exposition lässt uns sehen, wie es ihre Entwicklung beeinflusst, wenn sie jung sind, und wie es ihre Fähigkeit beeinflusst, sich zu reproduzieren und die Population voranzubringen“, sagt Boyd.
Obwohl die Ergebnisse belegen, dass die Sterblichkeitsraten zurückgegangen sind, ist nicht bekannt, wie sich die Wasserflöhe an die UVFs gewöhnt haben oder ob die Substanzen in späteren Generationen negative Auswirkungen hatten.
„Daphnia hat sich zwar akklimatisiert und die ganze Zeit überlebt, aber wir wissen nicht, ob sie immer noch in demselben Gesundheitszustand sind wie vor der Exposition“, sagt Boyd.
Ein biologischer Prozess, der als phänotypische Plastizität bezeichnet wird, regelt die Fähigkeit eines Organismus, als Reaktion auf bestimmte Umweltbedingungen zu ändern, welche Gene zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiv sind. Wenn die Akklimatisierung in Daphnias Fall erfolgreich war, aber zu viel von ihrer Energie erforderte, könnte es eventuelle Auswirkungen geben, sagt Boyd.
„Sie könnten am Leben sein, aber extrem anfällig für ein zweites stressiges Ereignis“, wie eine neue Verunreinigung oder eine Hitzewelle, sagt er.
Blewett und ihr Team arbeiten mit Assistenzprofessor Glen Uhrig in der Biologieabteilung an den nächsten Schritten des Projekts zusammen – der Untersuchung von Daphnias Gewebeproben und Veränderungen an ihren Proteinen. Diese Informationen helfen zu signalisieren, welche Gene aktiv sind und welche nicht.
„Damit können wir genau sehen, wie sie auf das Vorhandensein dieser Schadstoffe reagieren“, sagt Boyd. „Das wird uns helfen, die tatsächlichen Mechanismen zu bestimmen, durch die diese Akklimatisierung stattfindet.“
„Der Kanarienvogel im Kohlebergwerk“
Wirbellose Arten wie Daphnien sind nicht so komplex wie Fische oder Säugetiere; Infolgedessen sind sie empfindlicher gegenüber Umweltschadstoffen, sagt Boyd.
„Menschen sind ständig vielen Schadstoffen ausgesetzt, aber das ist für uns kein Problem, weil unser Körper diese Chemikalien abbauen und ziemlich effizient entfernen kann. Weniger komplizierte Organismen haben nicht die gleiche Fähigkeit dazu“, sagt er sagt.
Diese Empfindlichkeit macht sie zum „sprichwörtlichen Kanarienvogel im Kohlebergwerk“ für die Untersuchung der Auswirkungen der UVF-Exposition.
„Wenn die empfindlichsten Arten keine Probleme mit diesen Chemikalien haben, ist das ein guter Hinweis darauf, dass wir uns darüber keine Sorgen machen müssen“, sagt Boyd. „Wenn wir Empfindlichkeit sehen, bedeutet das, dass wir sie weiter untersuchen und mehr Tests durchführen müssen – insbesondere bei anderen Arten, die möglicherweise nicht so empfindlich sind – damit wir uns ein gutes Bild vom Ausmaß des Problems machen können.“
Andere Arten, die zur Untersuchung der Exposition gegenüber Giftstoffen verwendet werden, wie z. B. Zebrafische, kommen nur in bestimmten Teilen der Welt vor, Daphnien kommen jedoch weltweit in Süßwasserseen vor.
Die neue Studie, jetzt veröffentlicht in der Zeitschrift für gefährliche Materialien, deutet darauf hin, dass Kurzzeitstudien das Ausmaß der Langzeittoxizität überschätzen könnten, die UVFs auf Daphnia magna haben. Aber es gibt auch weitreichendere Implikationen, sagt Boyd und stellt fest, dass die alarmierenden Ergebnisse von Kurzzeitstudien die Politik zum Schutz empfindlicher wirbelloser Arten beeinflussen, obwohl diese Studien langfristige Ergebnisse möglicherweise nicht genau darstellen.
Boyd sagt, dass ihn die neuen Erkenntnisse auch dazu bringen, sich zu fragen, ob UVFs – insbesondere angesichts ihrer Bedeutung für den Schutz der Haut vor schädlicher Sonneneinstrahlung – nicht die dringendste Sorge für Umweltforscher sein könnten.
„Diese UVFs müssen überwacht werden, und wenn die Konzentrationen in der Umwelt weiter ansteigen, sind sie sicherlich ein Problem“, sagt er.
„Aber ich denke, weil sie in erster Linie ein Problem für eine ganz bestimmte Art darstellen und der menschlichen Gesundheit direkt einen großen Nutzen bringen, dass es mehr giftige Chemikalien in der Umwelt gibt, denen wir stattdessen unsere begrenzten Forschungsressourcen zuweisen könnten. “
Mehr Informationen:
Aaron Boyd et al., Können kurzfristige Daten langfristige Umweltbelastungen genau modellieren? Untersuchung des generationsübergreifenden Anpassungspotentials von Daphnia magna an Umweltkonzentrationen von organischen UV-Filtern, Zeitschrift für gefährliche Materialien (2022). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2022.130598