Schmeißfliegen können verwendet werden, um den Einsatz von chemischen Waffen und anderen Schadstoffen zu erkennen

Forscher der School of Science der IUPUI haben herausgefunden, dass Schmeißfliegen als chemische Sensoren verwendet werden können, wobei ein besonderer Schwerpunkt auf dem Nachweis chemischer Kampfstoffe liegt.

Trotz weit verbreiteter Verbote wurden Chemiewaffen in jüngsten Konflikten wie dem syrischen Bürgerkrieg eingesetzt, und einige Experten befürchten, dass sie im Krieg in der Ukraine eingesetzt werden könnten. Eine IUPUI-Studie zeigt, dass Schmeißfliegen als sicherere Alternative zur Untersuchung des Einsatzes dieser Waffen – sowie anderer Chemikalien in der Umwelt – verwendet werden könnten, um Menschen aus potenziell gefährlichen Situationen fernzuhalten.

Die Arbeit erscheint in der Zeitschrift Umweltwissenschaft und -technologie. Die Forschung wurde durch ein Stipendium der US Defense Advanced Research Projects Agency finanziert.

„Schmeißfliegen sind allgegenwärtig und sie sind sehr geschickt darin, die Umwelt um uns herum zu untersuchen“, sagte Christine Picard, außerordentliche Professorin für Biologie und Direktorin des Programms für forensische und investigative Wissenschaften an der School of Science der IUPUI. „Sie werden durch die Umgebung fliegen, sie schmecken, und diese Informationen werden in ihren Eingeweiden gespeichert. Durch eine Reihe von Experimenten konnten wir untersuchen, wie sich verschiedene Umweltfaktoren auf ihre Erkennung von chemischen Waffensimulanzien auswirken würden.“

Das Studententeam, das die Experimente mit einem Chemiewaffensimulanz durchführte, wurde von Nick Manicke geleitet, einem außerordentlichen Professor für Chemie und chemische Biologie sowie für Forensik und Ermittlungswissenschaften am IUPUI. Ein chemisches Waffensimulanz hat die gleichen Eigenschaften wie echte chemische Kampfstoffe – ist aber für Menschen nicht giftig – sowie Pestizide, die chemischen Kampfstoffen in Bezug auf das Verhalten ihrer Moleküle chemisch ähnlich sind.

„Wir haben ein Massenspektrometer verwendet, um zu bestimmen, welche Chemikalien sich in den Eingeweiden der Schmeißfliegen befanden“, sagte Manicke. „Wir waren in der Lage, die Simulanzien für chemische Kampfstoffe zu erkennen, und auch einige der Dinge, in die chemische Kampfstoffe zerlegt werden, sobald sie in der Umwelt sind. Wenn eine Fliege auf eine Wasserquelle stößt, wird ein chemischer Kampfstoff darin hydrolysiert Wasser, das würden wir in der Fliege finden.“

Während chemische Kampfstoffe nicht lange in der Umwelt verbleiben, fanden die Forscher heraus, dass sie im Darm der Fliege für eine chemische Analyse gut genug konserviert sind. Sie waren auch in der Lage, die chemischen Kampfstoffsimulanzien bis zu 14 Tage nach der ersten Exposition einer Fliege nachzuweisen – was eine sicherere Alternative für die Entnahme von Proben darstellt, ohne Menschenleben zu riskieren.

„Wenn ein Gebiet zu gefährlich, zu abgelegen oder in einem zugangsbeschränkten Gebiet ist – oder wenn man nur heimlich Proben sammeln wollte – dann muss man nur einen Köder auslegen und die Fliegen kommen zum Köder“, sagte Manicke. „Wir können große Bereiche scannen, indem wir die Fliegen in eine Falle locken und analysieren, was sich in ihren Eingeweiden befindet.“

Diese Forschung hat auch wichtige Anwendungen für Umweltwissenschaftler, die verstehen wollen, wie sich Schadstoffe wie Pestizide durch die Umwelt bewegen.

„Aufgrund der Zusammenarbeit zwischen Dr. Manicke und Dr. Picard konnten wir an einem Projekt arbeiten, das das Potenzial hat, direkte Auswirkungen zu haben“, sagte Sarah Dowling, Ph.D. Student, der die Studie mitverfasst hat. „Es ist erfüllend zu wissen, dass die Arbeit, die wir während dieses Projekts geleistet haben, die Sicherheit von Soldaten und anderen, die mit Chemikalien in der Umwelt umgehen, verbessern könnte.“

Als nächstes planen die Forscher, das, was sie aus dieser Studie gelernt haben, auf ein neues zweijähriges Projekt anzuwenden, das vom Army Research Office on Environmental Chemistry finanziert wird. Diese Arbeit konzentriert sich auf den Nachweis von Molekülen aus „unempfindlicher Munition“, bei denen es sich um eine neue Art von explosiven Verbindungen handelt, die weniger wahrscheinlich zufällig explodieren. Dadurch lagern sie sich jedoch tendenziell stärker in der Umwelt ab.

Mit Schmeißfliegen aus abgelegenen oder gefährlichen Gebieten suchen Manicke und Picard nach Spuren von unempfindlichen Munitionsbestandteilen in den Fliegen, die auf Umweltverschmutzung hinweisen.