Hydrosphäre II: Sensitivitätsunterschiede in limnischen Organismen gegenüber cyanobakteriellen Toxinen
Stipendiat:
Antragsteller: Nützmann (HU, IGB)
Co-Antragstellerin: Wiegand (HU, IGB)
Kennwort: Ökotoxikologie
Fragestellung
Berlin zeichnet sich durch ein umfangreiches Wasserstraßennetz aus, welches den urbanen Naturhaushalt prägt und einen Qualitätswert für das Wohnumfeld der Stadtbewohner darstellen kann. Ein wesentlicher Beitrag zur Lebensraumqualität der Stadt stellt die Qualität des Wassers selbst dar. Dies gilt sowohl für die aquatischen Organismen, die direkt von Sauberkeit, Nahrungsangebot und Habitatstruktur ihrer Umgebung abhängen, als auch für den Erholungswert eines Gewässers für die Stadtbewohner und insbesondere für dessen Eignung zur Trinkwassergewinnung. Fließgewässer werden als Vorfluter genutzt und transportieren trotz hoher Klärungsstufen eine Vielzahl potentiell schädlicher Substanzen. Innerhalb Berlins zeichnen sich die Gewässer durch sehr langsame Fließgeschwindigkeiten aus, so dass trotz rückläufiger Eutrophierungsprozesse der letzten Jahre der Nährstoffgehalt relativ hoch blieb.
Dies begünstigt in vielen Sommermonaten eine Massenentwicklungen von Cyanobakterien, welche bei ihrer Lysis durch die Freisetzung von Inhaltsstoffe mit toxischen Effekten (Cyanotoxine) aquatische Organismen und auch den Menschen bedrohen, und zudem entsteht durch ihre Zersetzung eine olfaktorische Belästigung für Anwohner wie auch gewerbliche Gewässernutzer.
Organismen in cyanobakterienbelasteten Gewässern müssen physiologische Anpassungen entwickelt haben, um Schädigungen durch diese Substanzen zu vermeiden. Eine Entgiftung des reinen Cyanotoxins ist zwar möglich, jedoch hängt deren Erfolg von der Konzentration des Toxins im Gewässer und der Entgiftungskapazität der betroffenen Organismen ab. Physiologische Anpassungsmechanismen an Microcystin sind derzeit wenig verstanden, da der toxische Wirkmechanismus, die Inhibierung von Proteinphosphatasen, in verschiedenen Organismen ähnliche Werte aufweist. Daher sind die physiologischen Mechanismen, welche Sensitivitätsunterschiede in limnischen Organismen gegenüber cyanobakteriellen Toxinen begründen, von besonderem Interesse.
Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten beiden Phasen des Graduiertenkollegs (DFG-GRK 780) zur habitatbezogenen Abundanz aquatischer Organismen und der Widerspiegelung von Belastungssituationen anhand von Biomarkern soll nun auf speziesspezifische Unterschiede in der Reaktion auf Umweltstressoren, insbesondere Cyanotoxine eingegangen werden. In einem belasteten und verbauten Gewässer wirken beide Faktoren negativ auf die Realisierung einer ökologischen Nische ein und eine erfolgreiche Besiedelung vorhandener Strukturen wird auch von der Kapazität der Organismen beeinflusst, toxischen Belasungen zu begegnen. Die Ergebnisse können in Handlungsempfehlungen für Naturschutzmaßnahmen münden, um die morphologischen Ansprüche einer Art an ein Habitat mit den physiologisch-ökotoxikologischen zu ergänzen.
Es sollen folgende Fragen bearbeitet werden:
- Welche physiologischen Mechanismen begründen Sensitivitätsunterschiede in limnischen Organismen gegenüber cyanobakteriellen Toxinen?
- Welche Rolle spielt dabei die zusätzliche Belastung der Untersuchungsgewässer?
- Wirkt das Vorhandensein/Fehlen von Habitatstrukturen verstärkend?
Methoden
Die Kapazität, Cyanotoxine zu entgiften und oxidativen Stress abzuwenden, wird in verschiedenen Organismen verglichen. Meßparameter sind dabei einerseits die Aktivitäten und Genexpression der relevanten Biotransformationsenzyme (GST) inclusive der Verfügbarkeit des Cosubstrats (Glutathion), in Relation zum spezifischen Wirkmechanismus, der Proteinphosphataseinhibition, und andererseits die Aktivität der antioxidative Enzyme, in Relation zu manifestierten oxidativen Schäden, z.B. als Lipidperoxidation.
Insbesondere sollen die Cyanotoxine als zusätzlicher Stressor betrachtet werden zu den bereits im Gewässer oder Sediment vorhandenen "klassischen Umweltschadstoffen".
Thema der geplanten Dissertation
Sensitivitätsunterschiede in limnischen Organismen gegenüber cyanobakteriellen Toxinen