Obwohl es eine große Menge an Forschungsarbeiten darüber gibt, wie Schädlinge eine Toleranz gegenüber den Pestiziden entwickeln, mit denen sie eigentlich vernichtet werden sollen, gibt es wesentlich weniger Studien darüber, wie das Gleiche bei Nichtzieltieren in diesen Ökosystemen passieren kann.
In einer kürzlich veröffentlichten Studie haben Rick Relyea, Ph.D., Professor für Biowissenschaften und David M. Darrin ’40 Senior Endowed Chair am Rensselaer Polytechnic Institute, und sein Team begonnen, diese Forschungslücke zu schließen. Die Ergebnisse sind veröffentlicht im Journal Aquatische Toxikologie.
„Aus wirtschaftlichen Gründen konzentrierte sich die Pestizidforschung größtenteils auf die gezielt eingesetzten Schädlinge. Den Nichtzielarten, die stellvertretend für die gesamte übrige Artenvielfalt auf der Welt stehen, schenkten wir dagegen kaum Beachtung“, sagt Relyea.
„Wir haben auch untersucht, ob bei Nichtzieltieren schnell eine Toleranz gegenüber Pestiziden herbeigeführt werden kann. Das ist etwas, womit sich bisher niemand befasst hat, weil das nicht die übliche Methode für toxikologische Tests ist.“
Bei den üblichen toxikologischen Tests geht es darum, die tödliche Menge eines Pestizids bei einmaliger Exposition zu bestimmen. Relyea und sein Team hingegen setzten Waldfrösche zunächst subletalen Dosen aus, wodurch sie in vielen Fällen innerhalb weniger Tage eine höhere Toleranz entwickelten.
„In der Natur sind Tiere diesen Substanzen wahrscheinlich auf diese Weise ausgesetzt“, sagte Relyea. „Tiere, die in der Nähe von Ackerland, Rasenflächen und Landschaftsbau usw. leben, bekommen wahrscheinlich viele kleine Dosen Pestizide ab. Die Frage ist, was das mit den Tieren macht. Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass Waldfrösche gegenüber mehreren häufig verwendeten Insektiziden innerhalb weniger Tage eine höhere Toleranz entwickeln können.“
Relyea und sein Team untersuchten die Toleranz von 15 Populationen von Waldfröschen aus dem Westen Pennsylvanias und dem Osten New Yorks gegenüber drei gängigen Insektiziden: Carbaryl, Chlorpyrifos und Diazinon. Sie verglichen die Ergebnisse, nachdem die Frösche zunächst keinem Pestizid oder subletalen Konzentrationen ausgesetzt wurden, bevor sie tödlichen Konzentrationen ausgesetzt wurden. Das Team entdeckte, dass fast die Hälfte der Populationen eine rasch induzierbare Toleranz aufwies.
„Wir glauben, dass Tiere auf diese Weise über viele Generationen hinweg schneller eine Toleranz gegenüber Pestiziden entwickeln können“, sagte Relyea. „Wenn die Toleranz gegenüber einem Pestizid zunächst durch eine subletale Exposition hervorgerufen wird, hilft dies, die Population über Generationen hinweg zu schützen, da diese Toleranz genetisch begünstigt wird. Spätere Generationen müssten dann nicht mehr subletalen Dosen ausgesetzt werden, um eine erhöhte Toleranz zu entwickeln.“
Es ist jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, dass die erhöhte Toleranz begrenzt ist. „Wir wollen nicht, dass die Leute denken, Pestizide seien für Nichtzieltiere ungefährlich“, sagt Dr. Jessica Hua, außerordentliche Professorin am Institut für Wald- und Wildtierökologie der University of Wisconsin-Madison.
„Sie können trotzdem sterben. Es gibt einen Unterschied zwischen größerer Toleranz und Unempfindlichkeit gegenüber Pestiziden. Darüber hinaus baut diese Arbeit auf unserer Forschung auf, die zeigt, dass geringe Mengen an Pestiziden zwar eine Toleranz hervorrufen können, diese Pestizidtoleranz jedoch kostspielig sein kann und die Fähigkeit der Tiere beeinträchtigt, andere Bedrohungen wie Krankheiten zu tolerieren.“
Insgesamt ist die Forschung das erste Stück eines hoffentlich viel größeren Puzzles.
„Wir hoffen, dass unsere Forschung die Tür für weitere Studien öffnet“, sagte Dr. Jason Hoverman, Professor für Wirbeltierökologie in der Abteilung für Forstwirtschaft und natürliche Ressourcen der Purdue University. „Kann bei anderen Amphibien eine Toleranz gegenüber Pestiziden herbeigeführt werden? Kann sie bei anderen Tieren herbeigeführt werden? Kann Toleranz durch andere Pestizide herbeigeführt werden?“
„Mit dieser Forschung haben uns Dr. Relyea und sein Team wertvolle Erkenntnisse darüber geliefert, wie sich Amphibienarten schnell an eine Bedrohung in ihrer Umwelt anpassen und diese Anpassung letztlich an Generationen weitergeben können“, sagte Curt Breneman, Ph.D., Dekan der Rensselaer School of Science. „Ich freue mich auf zukünftige Ergebnisse dieser Forschung, während wir gleichzeitig nach Wegen suchen, die Präsenz von Umweltgiften zu reduzieren.“
Neben Hua und Hoverman beteiligten sich an Relyea’s Forschung auch Devin K. Jones, ein Postdoktorand an der Purdue University, Devin G. DiGiacopo von der Binghamton University sowie die Rensselaer-Techniker Brian Mattes und Erika Yates.
Mehr Informationen:
Devin K. Jones et al, Naive und induzierte Toleranz von 15 Amphibienpopulationen gegenüber drei häufig verwendeten Insektiziden, Aquatische Toxikologie (2024). DOI: 10.1016/j.aquatox.2024.106945