Ökotoxikologische Effekte des Pestizids Imidacloprid auf Flohkrebse entlang eines Schadstoffgradienten in einem Fließgewässer

Stipendiatin/Stipendiat: Vid Svara

Der Hintergrund

Sauberes Süßwasser ist nicht nur für die Trinkwasserversorgung essentiell, auch die Integrität aquatischer Ökosysteme z.B. in Flüssen und Seen ist stark von der Wasserqualität abhängig. Für den Menschen dienen Oberflächengewässer jedoch nicht nur der Trinkwassergewinnung, sondern sie werden auch genutzt um Abwässer abzuleiten, die schädliche Chemikalien enthalten können. Des weiteren gelangt Wasser, das nach Niederschlägen oberflächlich abfließt, in Gewässer, die Chemikalien aus Landwirtschaft oder Verkehr enthalten können. Der Belastungsgrad eines Gewässers mit Chemikalien spiegelt sich in den Organismen wider, die man in dem Gewässer findet; empfindliche Arten fehlen, wenn die Belastung höher ist.

Die Zielsetzung

In dieser Studie wird die Frage nachgegangen, ob Individuen des Flohkrebses Gammarus pulex sich an die gegebenen Bedingungen anpassen können, d.h. in unbelastetem wie auch belastetem Wasser überleben können, oder ob die Belastung eines Gewässers mit Chemikalien zu einer Auslese besonders toleranter Individuen führt und dies sich in einer Verkleinerung der genetischen Vielfalt äußert.

Die Methoden

Individuen von G. pulex wurden an verschiedenen Probennahmestellen mit unterschiedlichem Belastungsgrad am Fluss Holtemme gesammelt. Hierfür wurde in den gesammelten Tieren eine Genregion von Cytochrom Oxidase I sequenziert und verglichen, wobei sich herausstellte, dass die Population der Art in dem Gewässer recht homogen zu sein scheint. Die unterschiedlichen Belastungsgrade der Probenstandorte konnte durch den Nachweis unterschiedlicher Konzentrationen von Umweltkontaminanten mit chemisch-analytischen Methoden bestätigt werden.

Die Studie wurde an der Holtemme, einem Fließgewässer in Sachsen-Anhalt, das im Harz entspringt, durchgeführt. Der Flußoberlauf liegt im Nationalpark Harz und ist unbelastet. Die Gewässerbelastung nimmt entlang des Flusslaufs durch die Einleitung von Kläranlagenausflüssen und durch Chemikalien aus der Landwirtschaft zu. Gammarus pulex tritt entlang des Gewässers z.T. häufig auf. Flohkrebse wurden an drei Standorten entlang der Holtemme gesammelt: Die erste Probenstelle liegt in der Nähe des Nationalparks Harz, die zweite flussabwärts von einem Kläranlagenausfluss (Kläranlage Silstedt), und die dritte in einem landwirtschaftlich stark genutzten Gebiet flussabwärts von einem Wehr. Physikochemische Wasserparameter (pH-Wert, Leitfähigkeit, O2 Sättigung, Temperatur) wurden an den Probenstellen aufgenommen; zusätzlich wurde die Konzentration des Pestizids Imidacloprid und anderer potentiellen schädlichen Stofe im Wasser mit Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC/MS) und Massenspektrometrie gemessen. Für populationsgenetische Untersuchungen von G. pulex wurde ein Abschnitt des Cytochrom-Oxidase-Genes (COI) von 20 Individuen der verschiedenen Standorte sequenziert und es wurden Vergleiche durchgeführt. Im Labor wurden desweiteren toxikologische Versuche mit Imidacloprid durchgeführt (130 µg/L und 270 µg/L). Der unterschiedliche chemische Belastunsgzustand der verschiedenen Gewässerabschnitte konnte bestätigt werden.

Die Ergebnisse

Die populationsgenetischen Daten weisen darauf hin, dass Tiere an den verschiedenen Standorten auf Basis des COI Abschnitts nicht distinkten Populationen angehören.

Im toxikologischen Experiment wurden drei Standorte getestet. Die Sterblichkeiten waren am höchsten im Ansatz mit der höheren Imidacloprid Konzentration und etwas geringer im Ansatz mit der niedrigeren Imidacloprid-Konzentration. In den Kontrollen traten ebenfalls Mortalitäten auf, die durch Kannibalismus bedingt war. Im vergleich von LT50 (Lethal time von 50% Tiere) sieht man, dass die Tiere von Standort Wernierode LT50 wert 30 Stunden später erreichen als die Tiere von Standort nach dem Kläranlage, und 62 Stunden später als die von am belasteten Standort Gross Quenstedt.

Die Tiere von Wernigerode, die am Expositionsbegin am wenigsten belasten waren durch den Versuch auch aktiver als die Tiere von anderen Standorten. Die detektierte Bewegung war bei denen 20 Prozent höher als bei den anderer zwei Tiergruppen. Zusätzlich sehen wir das selbe beim kumulativ Häutungsvergleich.

Die Aufnahme Ergebnisse zeigen kein Unterschied zwischen Amphipoden von belastete und unbelastete Standorte. Die Tiere nehmen Imidacloprid schnell auf. Die Spitze der Aufnahme ist nach 3 Tage Erreicht bei 260 µg/L Extrakt Konzentration. Nachdem gibt es ein Rückgang, der noch stärker mit Eliminationsansatz ist.

Die Schlussfolgerungen

Alle Standorte, die sich flussabwärts der Kläranlage Silstedt befinden, sind stark belastet durch vom Menschen produzierte Chemikalien. Dazu gehört auch Imidacloprid als Pestizid. Imidacloprid wurde auch in Amphipoden gefunden, wobei die Konzentrationen flussabwärts stark ansteigen. Die Amphipoden der Holtemme gehören auf Basis der COI-Analysen zu einer Population. Die Unterschiede zwischen Toleranz der Amphipoden könnten durch die Unterschiede der Gewebestoffkonzentrationen erklärt werden. Die Waren 5 mal höher in den Populationen von Belasteten Standorten als die aus Wernigerode. Weil die Amphipoden schon belastet sind hat jedes zusätzlich Stressfaktor großes Einfluss auf die Tiere. Deswegen konnte unsere relativ Höhe Konzentration sich ganz klar in der Mortalität der Amphipoden gespiegelt.

Die Tiere von belasteten Standorten haben sich weniger Bewegt, was auch auf größer Einfluss von Imidadakloprid zeigt. Zusatzlich zu das war in das selben Amphipoden niedrige Häutungfrekvenz beobachtet. In der Kutikula lagern die Arthropoden die Schadstoffe, die durch Häutung entfernt sind. Weil der Prozess vermeidet war, könnte das bedeuten, dass auch mehrere Stoffe in den Amphipoden von belasteten Standorten in den Gewebe geblieben sind.

Die Aufnahme Experiment zeigt, das die Amphipoden Physiologisch keine Größe Unterschiede zwischen einander zeigen.

Mein Experiment zeigt, das die Amphipoden auf die Schadstoffe, die Mensch nutzt um die Gewinne zu verbessern, sehr empfindlich sind. Deswegen ist gute Überwachung über Pestiziden verbrauch immer nötig. Zusätzlich dient mein Arbeit zu eine gute Basis für weiter Versuche mit Amphipoden und ihre genetische Struktur die mit den ekotoxikologishen Daten verbunden und erklärt ist.

 

Förderzeitraum:
07.02.2017 - 30.11.2017

Institut:
Helmholtz-Zentrum für Umweltforschung
GmbH - UFZ
Bioanalytische Ökotoxikologie

Betreuer:
Dr. Till Luckenbach

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