Global Water Challenge Award 2024
1. Juli 2024
Mikroplastik und die menschliche Gesundheit
27. Juli 2024
Direkte Auswirkungen von Mikroplastik auf die Tierwelt
Mikroplastik ist zu einem omnipräsenten Schadstoff in terrestrischen, Süßwasser- und Meeresökosystemen geworden. Es wurde überall nachgewiesen, vom Polareis bis zu Tiefseesedimenten, in frischer (Roh-)Milch und in den Geweben von Haustieren. Aufgrund ihrer geringen und unterschiedlichen Größe können sie auf allen trophischen Ebenen verzehrt werden, entweder direkt (durch Ingestion oder Inhalation) oder indirekt (über die Nahrungskette). Mikroplastik und die damit verbundenen Chemikalien können sich daher in den Nahrungsketten von Land-, Süßwasser- und Meerestieren anreichern, was sich langfristig negativ auf die Ökosysteme in aller Welt auswirkt.
Es gibt zahlreiche indirekte und direkte Quellen für Mikroplastik in der Umwelt. Zu den indirekten Quellen gehört die Fragmentierung größerer Plastikteile in kleinere Partikel. Während zu den direkten Quellen der Eintrag in die Umwelt durch die absichtliche Verwendung in Kosmetika oder Farben, die Freisetzung durch das Waschen synthetischer Textilien oder den Abrieb von Reifen, das Abfließen von Oberflächenwasser oder die Ausbreitung in der Luft von Kunstrasen oder die Freisetzung in die Umwelt durch Abwasser und die Verwendung von Klärschlamm als Düngemittel gehört.
Flüsse transportieren Mikroplastik in größere Süßgewässer und ins Meer und können zur Ablagerung von Plastik an Flussufern und Ufern führen. Mikroplastik, das sich auf dem Boden ablagert, kann durch Wettereinflüsse remobilisiert und durch Winde über große Entfernungen transportiert werden, so dass es in entlegene Gebiete gelangt. Und da Mikroplastik nicht abgebaut wird, reichert es sich in der Umwelt an.
Einmal in der Umwelt, werden sie von zahlreichen Organismen aufgenommen, da sie entweder fälschlicherweise für Nahrung gehalten werden (aufgrund ihrer Größe, Farbe oder Biofilme) oder versehentlich aufgenommen werden (z. B. durch Filtrieren oder Anhaften an Nahrungspartikel). Biomagnifikation und Bioakkumulation führen dann zu einer Verunreinigung durch Mikroplastik auf höheren trophischen Ebenen.
Es wurden zahlreiche schädliche Auswirkungen beobachtet, wobei die Toxizität durch die chemischen und physikalischen Eigenschaften der Polymere und die Eigenschaften der Zusatzstoffe beeinflusst wird. Die Toxizität wird wahrscheinlich verursacht durch:
- Aufnahme verursachten Stress
- Austritt von Chemikalien, z. B. Zusatzstoffen
- Exposition gegenüber adsorbierten/freigesetzten Schadstoffen (z. B. persistente organische Schadstoffe)
Zu den anschließenden toxikologischen Auswirkungen gehören die Beeinträchtigung der Reproduktion, der Populationsdynamik, des oxidativen Stresses, physischer Blockaden, der Physiologie, des Fressverhaltens und der Nahrungsaufnahme sowie der Stoffwechsel-, Immun- und Leberfunktionen. Darüber hinaus können chemische Zusatzstoffe aus dem Mikroplastik austreten, die das Hormonsystem von Wirbeltieren und Wirbellosen stören können.
Das Verständnis der ökotoxikologischen Auswirkungen von Mikroplastik auf Organismen, die Übertragung zwischen Nahrungsnetzen, die Wechselwirkungen mit anderen Umweltstressoren und die Auswirkungen in verschiedenen Umweltkompartimenten ist jedoch eine große Herausforderung und noch nicht ausreichend erforscht.
Alles endet im Wasser: Einblick in die aquatische Umwelt
In der Meeresumwelt spielen Arten am unteren Ende der Nahrungskette, wie z. B. das Plankton, eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung des Ökosystems; sie liefern Nahrung für höhere trophische Ebenen und spielen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf. Phytoplankton, das Mikroplastik ausgesetzt ist, kann jedoch verschiedene zelluläre und biochemische Auswirkungen haben, darunter eine beeinträchtigte Photosynthese und ein verringertes Wachstum. Erschwerend kommt hinzu, dass Zooplankton Mikroplastik aufgrund seiner Größe im Vergleich zu natürlicher Beute verzehren kann und sich aufgrund des Mikroplastikverzehrs nachweislich weniger von Primärproduzenten ernährt. Dies führt zu einem Rückgang von Wachstum und Reproduktion. Neuere Modelle haben gezeigt, dass dies selbst bei geringen Mikroplastikkonzentrationen den Verlust an gelöstem Sauerstoff in den Ozeanen beschleunigen kann.
Weiter oben in der Nahrungskette können Fische Mikroplastik direkt oder durch trophische Übertragung aufnehmen. Eine Untersuchung, die Studien aus den Jahren 2012 bis 2022 aus 57 Ländern weltweit untersuchte, ergab, dass 926 verschiedene Arten von Meeresfrüchten bekanntermaßen mit MP kontaminiert sind. Neuere Studien über kommerziell wichtige Fischarten wie Regenbogenforelle, Meerbrasse und Wolfsbarsch haben außerdem ergeben, dass bis zu 63 % der Fische MP in ihrem Magen-Darm-Trakt aufwiesen, wobei 80 % davon faserig waren. Bei Fischen, die Mikroplastik ausgesetzt waren, wurden zahlreiche toxische Wirkungen festgestellt. Darunter eine verringerte Nahrungsaufnahme, verzögertes Wachstum, oxidative Schäden, Beeinträchtigung des Fettstoffwechsels und des Cholesteringehalts in Muskeln und Leber, strukturelle Schäden an Darm, Leber, Kiemen und Gehirn. Außerdem negative Auswirkungen auf das metabolische Gleichgewicht, das Verhalten und die Fruchtbarkeit. In den nachfolgenden Generationen wurde sogar ein Rückgang der Fruchtbarkeit festgestellt, was weitere Auswirkungen auf die Ökosystemfunktionen hat.
Bei filtrierenden Meeres-Megafauna erfolgt bis zu 99 % der Aufnahme von Mikroplastik wahrscheinlich durch trophische Übertragung. Eine im November veröffentlichte Studie schätzt, dass Blauwale bis zu 10 Millionen Mikroplastik pro Tag aufnehmen, was fast 45 Kilo entspricht, verglichen mit den etwa 400.000 Mikroplastikteilen, die Buckelwale täglich verzehren. Bei anderen großen Meeressäugern wurden in einer Studie fünf Arten untersucht, und alle untersuchten Exemplare (Schweinswale, Delfine, Finnwale und Unechte Karettschildkröten) enthielten MP in Magen und Darm. Die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen einer derart hohen Aufnahme von Mikroplastik auf die Gesundheit von Walen und Meeressäugern sind nicht genau bekannt. Die potenziellen gesundheitlichen Auswirkungen einer so großen Menge an Mikroplastik auf die Gesundheit der Wale sind nicht genau bekannt. Allerdings sind nicht nur die Kunststoffe selbst besorgniserregend, sondern auch die Auswaschung gefährlicher Chemikalien wie polychlorierter Biphenyle (PCB), Bisphenol A (BPA) und Phthalate.
Ein weiteres Problem ist die Fähigkeit von Mikroplastik, Pathogene, die sowohl Menschen als auch Tiere infizieren können vom Land in die Ozeane zu tragen. In einer im April dieses Jahres veröffentlichten Studie wurden drei Krankheitserreger - Toxoplasma gondii, Cryptosporidium parvum und Giardia enterica - untersucht, die sich in der Meeresumwelt persistent halten und beim Konsum von Schalentieren zu Erkrankungen führen können. Es wurde gezeigt, dass sich diese Krankheitserreger mit Mikroplastik, insbesondere Mikrofasern, im Meerwasser verbinden können. Mikroplastik kann somit ein Weg zur Übertragung von Krankheitserregern in die Meeresumwelt sein, was sowohl für die Tierwelt als auch für die menschliche Gesundheit von Bedeutung ist.
Was ist mit den terrestrischen Ökosystemen?
Obwohl der Schwerpunkt der Forschung auf Mikroplastik in der Meeresumwelt liegt, gehen die Auswirkungen von Mikroplastik weit über die Ozeane hinaus.
Etwa 80 % des Mikroplastiks, das in der Meeres- und Küstenumwelt gefunden wird, wird an Land produziert, verwendet und entsorgt. Obwohl den Quellen, dem Verbleib und den Auswirkungen von Mikroplastik auf die Umwelt weitaus weniger Aufmerksamkeit gewidmet wird, forscher schätzen, dass die Verschmutzung durch Mikroplastik an Land 4-23 Mal höher ist als in der Meeresumwelt.
Es wird daher vermutet, dass der Boden ein größeres Reservoir für Kunststoffe in der Umwelt darstellt als die Ozeane, was zahlreiche langfristige negative Auswirkungen hat.
Böden sind voll von mikroskopisch kleinem Leben; sie bilden die Grundlage der terrestrischen Nahrungskette und sind wichtig für die Erhaltung der biologischen Vielfalt. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Mikroplastik Auswirkungen auf Bodenorganismen hat, die wichtige Ökosystemfunktionen ermöglichen.
Milben, Fadenwürmer und Regenwürmer spielen beispielsweise eine wichtige Rolle bei der Zersetzung und der Freisetzung von Nährstoffen im Boden. Studien haben jedoch gezeigt, dass Mikroplastik im Boden zu einer Gewichtsabnahme und einer Veränderung der Wühlgewohnheiten von Regenwürmern sowie zu einem Rückgang der Milben- und Nematodenzahlen führt. Darüber hinaus haben neuere Erkenntnisse gezeigt, dass die Toxizität für Regenwürmer zeitabhängig ist, was darauf hindeutet, dass selbst biologisch abbaubare Kunststoffe toxische Wirkungen wie oxidativen Stress und Fibrose im Darmgewebe auslösen können. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, diese Wechselwirkungen zu verstehen, um eine Verschlechterung der Bodenqualität und eine daraus resultierende Verringerung des Überlebens von Pflanzen und Organismen zu verhindern.
Immer mehr Studien untersuchen auch die Auswirkungen von Mikroplastik auf Landsäugetiere, vor allem Mäuse und Ratten, sowie kleine Landvögel. Bei Mäusen und Ratten konnte nachgewiesen werden, dass Nanokunststoffe im Körper in verschiedene Organe und Gewebe übergehen können, wobei die Partikel in Nieren, Leber, Lunge, Milz, Herz, Eierstöcken, Hoden und Darm nachgewiesen wurden. Dies führte zu biochemischen und strukturellen Schäden mit spürbaren Funktionsstörungen des Darms, der Leber, sowie des Ausscheidungs- und Fortpflanzungssystems.
Mikroplastik wurde in den Lungen von Wildvögeln und in ihrem Magen-Darm-Trakt gefunden. In einer Studie, die an den Kadavern von 16 Greifvögeln an der mittelkalifornischen Küste durchgeführt wurde, fanden sich in allen Vögeln MP, im Durchschnitt 12 MP pro Vogel, wobei Fasern der vorherrschende Partikeltyp waren, während in einer anderen Studie MP in 63 einzelnen Vögeln von 8 Raubvogelarten in Zentralflorida gefunden wurden. Die Auswirkungen von MP auf die Gesundheit von Vögeln sind noch nicht bekannt, aber in einer Studie wurde nach nur 9 Tagen der Aufnahme von 11 und 22 Mikroplastikpartikeln/Tag/Vogel eine beobachtbare Verringerung der Körpermasse festgestellt.
Die Kontamination der menschlichen Nahrungskette ist nicht nur auf Mikroplastik in Meeresfrüchten zurückzuführen. Fast 80 Prozent der Fleisch- und Milchprodukte von Nutztieren enthalten Mikroplastik, wie eine aktuelle Studie ergab: 7 von 8 Rindfleischproben, 18 von 25 getesteten Milchproben und alle Blutproben enthielten Plastikpartikel. Es wird vermutet, dass ein Großteil des Plastiks aus dem Futter stammt - alle Proben von Futterpellets und geschreddertem Futter enthielten Plastik, während in frischen Lebensmitteln keine Kontamination festgestellt wurde. Die toxikologischen Risiken dieser Ergebnisse für die Gesundheit von Menschen und Tieren sind jedoch noch nicht bekannt.
Technologie allein ist nicht die Lösung
Mikroplastik ist sowohl in aquatischen als auch in terrestrischen Ökosystemen weit verbreitet und persistent. Die schädlichen Auswirkungen auf verschiedene Ökosysteme und Tierarten sind komplex und vielfältig, aber es gibt immer mehr Belege für die Bioakkumulation und Biomagnifikation von Mikroplastik und seinen chemischen Zusätzen entlang der Nahrungsketten und zahlreiche schädliche Auswirkungen auf allen trophischen Ebenen. Sie beeinträchtigen nachweislich die Nährstoffproduktivität, verursachen physiologischen Stress bei Organismen und schaden letztlich der biologischen Vielfalt und der Stabilität von Ökosystemen.
Das Ausmaß dieser Auswirkungen hängt von der Partikelzusammensetzung, der Größe, der Dosis und den Expositionsparametern ab. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, zunächst die Eintragspfade sowie die Expositionswege und -mengen zu bestimmen, um die Risiken zu ermitteln und die Auswirkungen in den verschiedenen Umweltkompartimenten zu mindern. Dies erfordert standardisierte Detektionsmethoden, um sicherzustellen, dass vergleichbare, zuverlässige und transparente Daten über Mikroplastikkonzentrationen gewonnen werden können.
Einmal in die Umwelt gelangt, lässt sich Mikroplastik nicht mehr entfernen. Da die Menge an Plastik, die in die Umwelt gelangt, weiter zunimmt, wird es immer wichtiger, Lösungen zu entwickeln, um Mikroplastik gezielt an der Quelle zu entfernen und eine ungewollte Freisetzung in die Umwelt zu verhindern.
Die Verschmutzung durch (Mikro-)Plastik ist ein komplexes globales Problem, das sich auf Ökosysteme, wild lebende Tiere und die menschliche Gesundheit auf der ganzen Welt auswirkt. Das Verständnis der Einträge und Flüsse von Mikroplastikverschmutzung in verschiedenen Umweltkompartimenten und Ökosystemen ist eine wichtige Grundlage für eine wirksame Politikgestaltung und ein effektives Umweltmanagement. Durch Maßnahmen gegen die (Mikro-)Plastikverschmutzung und den Übergang zu einer nachhaltigeren und kreislauforientierten Wirtschaft lassen sich zahlreiche Potenziale und Vorteile erkennen, darunter auch messbare Beiträge zur Erreichung der UN-Ziele für nachhaltige Entwicklung.
