Schlauchbootfahren und Schwimmen verändern die Chemie und das Mikrobiom von Bächen

Da der Tag der Arbeit immer näher rückt, bereiten sich viele Menschen darauf vor, Schlauchboote zu fahren und in den örtlichen Bächen und Flüssen zu schwimmen. Diese herrlichen Sommeraktivitäten scheinen harmlos zu sein, aber haben sie Auswirkungen auf diese Wasserstraßen? Heute berichten Wissenschaftler über vorläufige Ergebnisse der ersten ganzheitlichen Studie zu dieser Frage, die zeigen, dass Erholung den chemischen und mikrobiellen Fingerabdruck von Bächen verändern kann, die Auswirkungen auf Umwelt und Gesundheit sind jedoch noch nicht bekannt.

Ihre Ergebnisse stellen die Forscher vor Herbsttreffen der American Chemical Society (ACS).

Das Projekt entstand aus einem Gespräch zwischen Carsten Prasse, Ph.D., und James Ranville, Ph.D., über die Auswirkungen menschlicher Aktivitäten auf Oberflächengewässer. „Es wird viel darüber geredet, dass Abwasser in Oberflächengewässer gelangt“, sagt Prasse, „aber ein Aspekt, über den nicht wirklich nachgedacht wurde, ist das Schwimmen der Menschen in Oberflächengewässern – insbesondere im Zusammenhang mit dem Klimawandel und heißeren Sommern als Wasser.“ Level sinken.“

Deshalb haben sich die Forscher zusammengetan, um die Auswirkungen des Sommerspaßes auf Süßwasserbäche zu untersuchen. Ranville, der an der Colorado School of Mines ist, schlug für die Studie das nahegelegene Clear Creek vor. Seine Gruppe würde anorganische Verunreinigungen untersuchen, darunter Metalle und Nanopartikel. Prasses Team an der Johns Hopkins University würde organische Verunreinigungen wie Arzneimittel bewerten. Ranville nahm außerdem die Hilfe von John Spear, Ph.D., von der Colorado School of Mines in Anspruch, um das Mikrobiom des Baches zu untersuchen.

Im Jahr 2022 sammelten die Forscher aus Colorado Wasserproben während des geschäftigen Labor-Day-Wochenendes und an einem ruhigeren Wochentag danach. An vielen Wochenenden nutzen bis zu 500 Menschen pro Stunde den Bach zum Tubing und Schwimmen in diesem Teil von Clear Creek. Zum Vergleich wurde ein ungestörter Standort flussaufwärts beprobt. Anschließend wurden die Proben mit modernsten analytischen Ansätzen getestet, darunter Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma und hochauflösende Massenspektrometrie mit Flüssigkeitschromatographie. Das Hauptziel bestand darin, nach Veränderungen von Chemikalien zu suchen, die im Wasser nachgewiesen werden konnten.

„Wir haben Software und hochentwickelte Instrumentenanalysen eingesetzt, um eine Geschichte darüber zusammenzustellen, was die Leute mit dem Stream gemacht haben“, sagt Noor Hamdan, ein Doktorand in Prasses Labor, der die Arbeit auf dem Treffen vorstellen wird. „Wir haben viele menschliche Stoffwechselprodukte, viele Arzneimittel, einige illegale Drogen und einige Sonnenschutzmittel gefunden – wirklich eine ganze Reihe von Verbindungen, mit denen Menschen in Verbindung gebracht werden“, sagt Hamdan. Diese Verbindungen wurden vermutlich von der Haut der Menschen abgewaschen oder unter anderem im Schweiß oder Urin freigesetzt.

Vorläufige Ergebnisse aus Prasses Labor deuteten auf das Vorhandensein von Kokain, Lidocain (ein örtliches Anästhetikum), Fexofenadin (ein Antihistaminikum), Lamotrigin (ein Mittel zur Behandlung von Krampfanfällen und bipolaren Störungen) und Gabapentin (ein Medikament gegen Krampfanfälle und Nervenschmerzen) sowie Polyethylen hin Glykol (wird in Medikamenten und zahlreichen anderen Anwendungen verwendet) und Phthalate (Weichmacher). Auch organische Sonnenschutzmittel und UV-Filter wurden nachgewiesen.

Carmen Villarruel, eine Doktorandin in Ranvilles Labor, fand heraus, dass menschliche Erholung Sedimente im Bach aufwirbelte und dadurch die Konzentration von Metallen wie Kupfer, Blei, Zink, Aluminium und Eisen im Wasser erhöhte. „Ein Großteil des Metalls lag in Partikelform vor, was Auswirkungen auf die Tierwelt hat“, sagt Villarruel. Diese Sedimente könnten beispielsweise die Kiemen von Fischen verstopfen und es ihnen erschweren, Sauerstoff aus dem Wasser aufzunehmen. Zusätzlich zu den Metallpartikeln fand das Team einige gelöste Metalle im Wasser, die die Fortpflanzung, die Artenvielfalt und die Gesundheit aquatischer Arten beeinträchtigen könnten, stellt Ranville fest.

Schlauchboote und Schwimmen veränderten auch das mikrobielle Profil des Baches und erhöhten die Häufigkeit von Mikroorganismen, die üblicherweise mit menschlichen Ausscheidungen in Verbindung gebracht werden. Laut Spear könnte dies Auswirkungen auf die im Fluss lebenden Arten wie Fische sowie auf Mikroorganismen haben, die natürlicherweise im Wasser vorkommen und Schlüsselbestandteile des Ökosystems sind.

Das Team nutzte die Software der Environmental Protection Agency, um eine Risikobewertung der Verbindungen im Fluss durchzuführen. Sie fanden heraus, dass die meisten Verbindungen nicht besonders anfällig für Bioakkumulation sind, sagt Hamdan. Die Forscher betonen aber auch, dass keine Daten zur Langzeittoxizität oder Persistenz in der Umwelt vorliegen und dass für viele der Verbindungen keine ausreichenden Daten zur Bewertung des Expositionsrisikos vorliegen.

„Das ist also eine wichtige Erkenntnis aus diesem Projekt“, sagt Hamdan. „Wir wissen jetzt, dass sich diese Verbindungen im Fluss befinden. Wir kennen jedoch nicht ihre Konzentrationen oder wie sie sich auf die Fische oder andere Arten in der Umwelt auswirken.“ Im Rahmen zukünftiger Forschungen zu diesem Projekt plant das Team, weitere Proben zu sammeln, um Trends im Laufe der Zeit zu verfolgen.

In der Zwischenzeit hat Prasse einige nützliche Ratschläge für Menschen, die Spaß im Wasser haben möchten. „Pipi nicht in Flüsse“, sagt er halb im Scherz. „Wenn Sie in eine Toilette urinieren, gelangt das Wasser in eine Kläranlage, bevor es in einen Fluss eingeleitet wird. Wenn Sie jedoch in einen Fluss urinieren, gelangen all diese Chemikalien direkt ins Wasser. Wir wissen, dass Dinge wie Arzneimittel Auswirkungen auf die Gewässer haben können.“ Arten wie Fische, selbst in sehr geringen Konzentrationen. Er empfiehlt außerdem, mineralische Sonnenschutzmittel wie Zinkoxid anstelle von Sonnenschutzmitteln zu verwenden, die UV-Filter enthalten, die für Wasserorganismen giftig sein können.