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Cluster B Teilprojektübersicht

Cluster B: Indirekte Effekte von Mikroplastik in aquatischen Ökosystemen Das Schadpotential von Mikroplastikpartikeln in aquatischen Ökosystemen ist auf dem aktuellen Kenntnisstand nicht prognostizierbar. In Fließgewässern kommen jedoch erhebliche Mengen Mikroplastikpartikel vor (Environm. Poll. 188: 177), die prinzipiell von Wasserorganismen aufgenommen werden können (Environm. Poll. 199: 10). Die Aufnahme dieser Partikel kann ein direktes ökotoxikologisches Risiko darstellen, da hydrophile Schadstoffe an diese Partikel binden können (Sci. Tot. Envir. 470: 1545) und dadurch in die Nahrungskette gelangen. Es ist momentan nicht bekannt, ob Mikroplastikpartikel indirekte Effekte in aquatischen Ökosystemen bewirken, zum Beispiel, indem sie die Nahrungsqualität von Biofilmen oder Phytoplankton reduzieren oder ob sie durch die Einlagerung in Biofilme deren Stabilität beeinflussen können. Auch Abhängigkeiten der Effekte von der Plastikart oder der Partikelform sind bisher größtenteils unbekannt. Dies ist wahrscheinlich auf methodische Schwierigkeiten zurückzuführen, da bisher keine standardisierten Methoden zur Messung von Biofilmstabilität oder für die Quantifizierung verschiedener Mikroplastikarten in biologischen Proben (Tiere, Biofilme, Phytoplankton) existieren. Da das von Mikroplastik in Binnengewässern ausgehende umwelttoxikologische, ökologische und ökonomische Risikopotenzial weitgehend unbekannt ist, ergeben sich die von dieser Teilgruppe bearbeiteten spezifischen Fragestellungen. Sie beinhalten die Analyse von indirekten Effekten von Mikroplastik auf Schlüsselfunktionen von Biofilmen, die durch Änderung der Biofilmstabilität (B1) oder der Nahrungsqualität (B2) vermittelt werden, die Untersuchung des Einflusses physikalischer Eigenschaften auf die ökologische Wirksamkeit (B3) und die Analyse des ökotoxikologischen Potentials in Abhängigkeit von Alterungsprozessen (B4). Die gemeinsame Zielrichtung aller Projekte ist die Erarbeitungen von Vorschlägen zum Risikomanagement von Mikroplastik in Binnengewässern.

Cluster B: Indirekte Effekte von Mikroplastik in aquatischen Ökosystemen

 

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Das Schadpotential von Mikroplastikpartikeln in aquatischen Ökosystemen ist auf dem aktuellen Kenntnisstand nicht prognostizierbar. In Fließgewässern kommen jedoch erhebliche Mengen Mikroplastikpartikel vor (Environm. Poll. 188: 177), die prinzipiell von Wasserorganismen aufgenommen werden können (Environm. Poll. 199: 10). Die Aufnahme dieser Partikel kann ein direktes ökotoxikologisches Risiko darstellen, da hydrophile Schadstoffe an diese Partikel binden können (Sci. Tot. Envir. 470: 1545) und dadurch in die Nahrungskette gelangen. Es ist momentan nicht bekannt, ob Mikroplastikpartikel indirekte Effekte in aquatischen Ökosystemen bewirken, zum Beispiel, indem sie die Nahrungsqualität von Biofilmen oder Phytoplankton reduzieren oder ob sie durch die Einlagerung in Biofilme deren Stabilität beeinflussen können. Auch Abhängigkeiten der Effekte von der Plastikart oder der Partikelform sind bisher größtenteils unbekannt. Dies ist wahrscheinlich auf methodische Schwierigkeiten zurückzuführen, da bisher keine standardisierten Methoden zur Messung von Biofilmstabilität oder für die Quantifizierung verschiedener Mikroplastikarten in biologischen Proben (Tiere, Biofilme, Phytoplankton) existieren. Da das von Mikroplastik in Binnengewässern ausgehende umwelttoxikologische, ökologische und ökonomische Risikopotenzial weitgehend unbekannt ist, ergeben sich die von dieser Teilgruppe bearbeiteten spezifischen Fragestellungen. Sie beinhalten die Analyse von indirekten Effekten von Mikroplastik auf Schlüsselfunktionen von Biofilmen, die durch Änderung der Biofilmstabilität (B1) oder der Nahrungsqualität (B2) vermittelt werden, die Untersuchung des Einflusses physikalischer Eigenschaften auf die ökologische Wirksamkeit (B3) und die Analyse des ökotoxikologischen Potentials in Abhängigkeit von Alterungsprozessen (B4). Die gemeinsame Zielrichtung aller Projekte ist die Erarbeitungen von Vorschlägen zum Risikomanagement von Mikroplastik in Binnengewässern.

Laufende Projekte:

In aquatischen Systemen siedeln Mikroorganismen bevorzugt auf Oberflächen und bilden dort, häufig unter Ausscheidung polymerer Substanzen, Biofilme. Im Fließgewässer stellen Mikroplastikpartikel zusätzliche, extern eingetragene xenobiotische Aufwuchsflächen dar, ebenso werden sie selbst in die Biofilmmatrix inkorporiert. Somit wirken sie auf die ökophysiologischen Leistungen der Biofilme ein. Daher soll (1) die Modulation der Oberflächenbeschaffenheit auf den Prozess der Biofilmbildung und (2) der indirekte Effekt auf die Stabilität der Biofilme sowie auf das Adsorptionsvermöge
Der Einbau von Mikroplastik in Biofilme könnte die Nahrungsqualität reduzieren. Daher soll experimentell untersucht werden, ob Mikroplastik indirekte Auswirkungen auf aquatische Herbivore hat. Die Mikroplastikkonzentrationen werden durch quantitative NMR-Spektroskopie analysiert, einer neuen, zerstörungsfreien und gleichzeitig qualitativen wie quantitativen Bestimmungsmethode.
Der Einfluss indirekter anthropogener Effekte, insbesondere des Klimawandels sowie xenobiotischer Effekte durch Einbringung von Mikroplastik, auf Filmbildungsprozesse, Morphologie und Stabilität von aquatischen Biofilmen soll mittels innovativer in-situ Methoden untersucht werden. Beispielsweise führt Temperaturerhöhung zur Änderung der Biodiversität und Mikroplastik wirkt als Vektor für Schadstoffe und (ökosystemfremde) Mikroorganismen. Ziel der Untersuchungen ist die Unterscheidung von primären und sekundären Effekten sowie die Identifikation von Ursachen. Hierzu sollen dynamisch-mechanische Methoden, die integrale Informationen über die Stabilität und Haftung von Biofilmen liefern und Rasterkraftmikroskopie, welche Einblicke in die Haftung und Morphologie mit einer Ortsauflösung im sub-Mikrometer Bereich ermöglicht, durchgeführt werden. Mittels eines Fluoreszenzkorrelationsspektroskopie-Eigenbaus können durch selektive Markierung der Biofilmbestandteile Veränderungen der Wechselwirkungen der einzelnen Biosystemkomponenten mit Oberflächen und untereinander auf molekularer Ebene identifiziert werden.
Kunststoffe unterliegen in der Umwelt durch Licht, Temperatur, Feuchtigkeit und mikrobiellem Bewuchs starken physikochemischen Veränderungen. Der Einfluss dieser Veränderungen auf das Freisetzungs- und Sorptionsverhalten von Schadstoffen und damit auf das mögliche ökotoxikologische Potential der Kunststoffe stellt einen indirekten Effekt dar, welcher bisher unzureichend untersucht ist. Am Beispiel von Verpackungsmaterialien und Baustoffen wird die Auswirkung der umweltbedingten Degradation auf das Verhalten von Kunststoffen in aquatischen Systemen und deren ökotoxikologisches Potential untersucht, wobei Adsorptionsprozesse von gelösten Schadstoffen an die gebildeten Mikroschadstoff-partikel und damit deren Eintritt in die Nahrungskette im besonderen Fokus stehen.