Gibt es „Killer“ in der „grünen Lunge“ der Ozeane? Mikroplastik in Seegraswiesen

Produziert von: Science Popularization China

Autor: Yuan Yuan (Masterstudent, gemeinsam ausgebildet am Institut für Ozeanologie, der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und der Qingdao University of Science and Technology)

Hersteller: China Science Expo

Im Jahr 2022 zeigte eine im Fachmagazin Environment International veröffentlichte Studie, dass erstmals Mikroplastik im menschlichen Blut gefunden wurde. Darüber hinaus sagten Forscher auch, dass sich Plastik möglicherweise in verschiedenen Organen des menschlichen Körpers ausgebreitet habe, ein Phänomen, das in der Öffentlichkeit Besorgnis hervorrief. In den letzten Jahren haben immer mehr Studien gezeigt, dass Mikroplastik über das marine Ökosystem in die Nahrungskette gelangt und schließlich im menschlichen Körper nachgewiesen wird, wodurch seine Migrationswege zwischen der Umwelt und Organismen offengelegt werden.

Studie zeigt: Erstmals Mikroplastik im menschlichen Blut gefunden

(Bildquelle: Sciencedirect-Screenshot)

Als „grüne Lunge“ der Meeresökosysteme spielen Seegraswiesen eine entscheidende Rolle bei der Erhaltung der Artenvielfalt, der Kohlenstofffixierung und der Stabilität der Küstenlinie.

Mikroplastik (Plastikpartikel mit einem Durchmesser von weniger als 5 mm) ist jedoch schwer abbaubar und verbreitet sich leicht, was eine ernsthafte Bedrohung für die Ökosysteme der Seegraswiesen darstellt. Daher ist dieser neue Schadstoff mit der Intensivierung menschlicher Aktivitäten zu einer ökologischen Krise geworden, die im Ökosystem der Seegraswiesen nicht ignoriert werden kann und dessen Gesundheit und nachhaltige Entwicklung ernsthaft bedroht.

Ozeane durch Mikroplastik verschmutzt

(Fotoquelle: Sohu.com)

Ökosysteme in Seegraswiesen durch Mikroplastik verschmutzt

(Bildquelle: KI-Modell)

Seegraswiesen sind die Wächter des Ökosystems Ozean

Warum werden Seegraswiesen als Wächter der Meeresökologie bezeichnet?

Seegraswiesen spielen in marinen Ökosystemen eine entscheidende Rolle und ihre ökologischen Funktionen sind umfangreich und weitreichend. Seegraswiesen sind ein wichtiger Bestandteil mariner Ökosysteme und bieten Lebensraum und Nahrungsquellen für eine große Bandbreite an Meerestieren.

Kleine Bodenorganismen, große Fische und Meeresschildkröten sind auf Seegraswiesen als Nahrungs- und Schutzquelle angewiesen. Seegras und seine Zersetzungsprodukte wie Detritus sind die Hauptnahrung für Pflanzenfresser wie Grüne Meeresschildkröten, Dugongs und Seekühe. Darüber hinaus bieten Seegraswiesen Schutz vor der Fortpflanzung und reichhaltige Nährstoffe für Fische und Wirbellose.

Unterwasser-Algen

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Seegraswiesen nehmen außerdem Schwebeteilchen über ihre Blätter auf, wodurch die Wassertrübung verringert wird. Ihre Wurzeln können Sedimente fixieren, wodurch die Wiederaufwirbelung von Schlamm verhindert und eine stabile Wasserqualität aufrechterhalten wird. Seegras verhindert Algenblüten und erhält das ökologische Gleichgewicht, indem es Nährstoffe wie Stickstoff und Phosphor im Wasser absorbiert. Gleichzeitig können Seegraswiesen den Wellenschlag verlangsamen, Küstengebiete schützen und die Erosionsgefahr verringern.

Noch wichtiger ist, dass Seegras Kohlendioxid im globalen Kohlenstoffkreislauf absorbiert und so ein „blaues Kohlenstoff“-Speicherreservoir bildet, das Kohlenstoffelemente für lange Zeit versiegelt und die globale Erwärmung wirksam verlangsamt. Daher sind Seegraswiesen für den Schutz der Gesundheit und des ökologischen Gleichgewichts des Ozeans von entscheidender Bedeutung.

Seegraswiesen: Lebensraum für Meerestiere

(Bildquelle: IF Diving)

Seegraswiesen sind Überträger von Mikroplastikverschmutzung

Seegräser wachsen typischerweise in flachen Gezeiten- oder subtidalen Gebieten, die oft durch menschliche Aktivitäten beeinträchtigt werden und zudem eine große Menge an Mikroplastik vom Land enthalten. Wie ist der aktuelle Stand der Mikroplastikverschmutzung in Seegraswiesen, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden? Schauen wir es uns an:

Seegrashalme sind eine wichtige „Senke“ für Mikroplastik in Seegraswiesen-Ökosystemen. Mikroplastik haftet an Algenblättern, weil epiphytische Bakterien auf Algenblättern während ihres Wachstums, ihrer Vermehrung und ihres Stoffwechsels klebrige Substanzen absondern. Laut einer von Katherine L. Jones et al. veröffentlichten Studie. Im Marine Pollution Bulletin betrug die durchschnittliche Anzahl der auf Seegrasblättern im Gebiet der Deerhone Bay nachgewiesenen Mikroplastikpartikel 4,25±0,59 (n=60), hauptsächlich in Form von Fasern, Flocken und Fragmenten und überwiegend in weißer Farbe; Hayley Goss et al. veröffentlichte außerdem eine Studie im Marine Pollution Bulletin, in der es heißt, dass auf 75 % der Blätter in den Tailai-Graswiesen im Meeresschutzgebiet Turneffe Atoll in Belize Mikroplastik gefunden wurde.

Sediment ist außerdem eine weitere wichtige „Senke“ für Mikroplastik in Seegraswiesen-Ökosystemen. Die in Environmental Pollution veröffentlichte Forschung von Lingchao Zhao et al. zeigte, dass die Häufigkeit von Mikroplastik in den Sedimenten der Seegraswiesen in der Huiquan-Bucht, der Sanggou-Bucht, der Shuangdao-Bucht und der Insel Changdao in der Provinz Shandong 440±39,2 Stück/kg, 208±33,3 Stück/kg, 238±31,2 Stück/kg bzw. 159±17,9 Stück/kg betrug und damit 30,2 %, 47,5 %, 102,0 % und 67,3 % höher war als in kahlen Seegrasflächen.

Da Seegräser zudem gelöste Nährstoffe und Partikel aufnehmen können, können sie auch als Träger von Mikroplastik dienen. Gleichzeitig wurden Mikroplastikpartikel in den Körpern häufiger Bewohner von Seegraswiesen-Ökosystemen wie Seegurken und Sanddollars gefunden. Ihre Hauptform sind Fasern und ihre Farben sind hauptsächlich Schwarz und Blau.

Allerdings war die durchschnittliche Größe von Mikroplastik in Organismen kleiner als die von Mikroplastik in Sedimenten und auf Seegrashalmen. Mikroplastik ist daher nicht nur in Seegras und Sedimenten allgegenwärtig, sondern reichert sich auch in der Nahrungskette an und stellt eine potenzielle Bedrohung für die Gesundheit und Artenvielfalt der Ökosysteme der Seegraswiesen dar.

Mögliche Zusammenhänge zwischen Biota und Mikroplastik in Seegraswiesen-Ökosystemen

(Bildquelle: Referenz 6)

Drei Hauptquellen für Mikroplastik in Seegraswiesen

Die Quellen von Mikroplastik in Seegraswiesen sind hauptsächlich Land, Meer und Atmosphäre.

Zu den landbasierten Quellen zählen Abwassereinleitungen aus kommunalen Kläranlagen sowie städtischer Abfluss und landwirtschaftlicher Abfluss. Beispielsweise sind Mikroplastikbestandteile in Hautpflegeprodukten, Waschmitteln und anderen Produkten des täglichen Lebens aufgrund ihrer geringen Partikelgröße im Abwasserreinigungsprozess nur schwer zu entfernen. Daher gelangen sie mit dem Abwasser ins Meer und werden weiter in das Ökosystem der Seegraswiesen eingetragen. Darüber hinaus können Kunststoffmulch und Pestizide, die von Menschen in der Landwirtschaft verwendet werden, ebenfalls Mikroplastik produzieren, das durch Abfluss und Auswaschung durch Regenwasser in Seegraswiesen gelangen kann.

Abwasserfälle

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Die Meeresquellen sind hauptsächlich auf menschliche Aktivitäten zurückzuführen. Beispiele hierfür sind die Alterung und Beschädigung schwimmender Geräte und das Wegwerfen von Müll wie Futtersäcken bei der Offshore-Aquakultur. Plastikmüll, der von Schiffen während der Schifffahrt und beim Fischen weggeworfen wird, wie etwa Plastikflaschen, kaputte Fischernetze und Seile; Dieser ins Meer geworfene Plastikmüll zersetzt sich unter der Einwirkung von Sonnenlicht und Wellen allmählich zu Mikroplastik und sammelt sich in Seegraswiesen an.

Fischernetz

(Bildquelle: Veer-Fotogalerie)

Atmosphärische Quellen entstehen durch Partikelablagerung, Niederschlagsereignisse und Aerosoladsorption. Beispielsweise werden Mikroplastikpartikel, die durch Zersetzung, Abnutzung oder andere mechanische Einwirkungen von Kunststoffprodukten entstehen, vom Wind in die Luft getragen. Größere Mikroplastikpartikel können sich direkt im Meerwasser absetzen, kleinere Mikroplastikpartikel können von Wolken eingefangen werden und durch Regenfälle auf die Meeresoberfläche fallen, und einige Mikroplastikpartikel bilden atmosphärische Aerosole und werden durch den Wind über weite Strecken bis zur Meeresoberfläche getragen. Letztendlich führen diese Wege dazu, dass sich Mikroplastik im Ökosystem der Seegraswiesen ablagert.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass mehrere Quellen vom Land, aus dem Meer und aus der Atmosphäre gemeinsam zur Eintragung und Ablagerung von Mikroplastik in Seegraswiesen-Ökosystemen beitragen. Diese Mikroplastikpartikel stellen nicht nur eine potenzielle Bedrohung für die Gesundheit der Organismen im Seegrasbett dar, sondern können auch die Struktur und Funktion des Ökosystems weiter beeinträchtigen. Um das Ökosystem der Seegraswiesen wirksam zu schützen, ist es dringend erforderlich, das Management der Verschmutzungsquellen durch Mikroplastik zu verstärken, wirksame Maßnahmen zur Verringerung der Entstehung und Emission von Mikroplastik zu ergreifen und eingehende Forschungen zur Migration, Anreicherung und den ökologischen Auswirkungen von Mikroplastik im Ökosystem voranzutreiben.

Quellen von Mikroplastik in Seegraswiesen

(Quelle: Referenz 3)

Mikroplastik wird zum „unsichtbaren Killer“ des Meeresbodens

Als persistenter Schadstoff beeinträchtigen Mikroplastikpartikel nicht nur das Wachstum und die Entwicklung des Seegrases, sondern können auch schädliche Substanzen transportieren und freisetzen, die sowohl chemischen als auch biologischen Druck auf das Seegras und sein Ökosystem ausüben. Diese Auswirkungen verringern nicht nur die ökologische Funktion der Seegraswiesen, sondern können über die Nahrungskette auch die gesamte Meeresflora und -fauna und die menschliche Gesundheit beeinträchtigen.

Erstens können Mikroplastikpartikel das gesunde Wachstum von Seegraswiesen beeinträchtigen.

Mikroplastik hat erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Seegraswiesen. Studien haben gezeigt, dass diese winzigen Partikel physische Schäden an den Blättern und Wurzeln der Algen verursachen und dadurch ihre normalen physiologischen Funktionen beeinträchtigen können. Das Anhaften von Mikroplastik an der Oberfläche von Seegrasblättern blockiert das Eindringen von Licht und stört die Photosynthese, wodurch das Wachstum des Seegrases eingeschränkt oder sogar sein Absterben verursacht wird.

In Experimenten mit unterschiedlichen Konzentrationen hatten niedrige Konzentrationen von Mikroplastik (wie etwa 10 und 50 mg/l) wenig Einfluss auf die Photosynthese von Seegras und Epiphyten und zeigten damit ein gewisses Maß an Anpassungsfähigkeit.

Wenn die Mikroplastikkonzentration jedoch 100 mg/l oder mehr erreichte, nahm die photosynthetische Aktivität deutlich ab, was möglicherweise mit der giftigen Auslaugung der Mikroplastikpartikel und ihrer Aufnahme von Schwermetallen zusammenhängt. Gleichzeitig wurde auch die Dunkelatmungsrate bei hohen Konzentrationen deutlich reduziert, was darauf hindeutet, dass Mikroplastik die Energieumwandlungsfähigkeit des Seegrases hemmen kann, indem es seine Stoffwechselprozesse beeinflusst, und sich dadurch negativ auf das langfristige Wachstum und die Gesundheit auswirkt.

Obwohl Seegras eine gewisse Anpassungsfähigkeit gezeigt hat, können die möglichen negativen Auswirkungen bei extrem hohen Konzentrationen nicht ignoriert werden. Insbesondere die Ansammlung von Mikroplastik kann eine Kettenreaktion bei Pflanzenfressern auslösen, die auf Seegras und die gesamte Nahrungskette angewiesen sind, und letztlich die nachhaltige Entwicklung der Fischerei beeinträchtigen.

Zweitens beeinflussen Mikroplastikpartikel die biogeochemischen Kreisläufe der Seegraswiesen.

Wenn sich Plastikpartikel aus der Atmosphäre im Meer absetzen, beeinflussen sie den Gehalt an Spurenelementen wie Nährstoffen (wie Stickstoff und Phosphor) im Ökosystem der Seegraswiesen und verändern den Stickstoff- und Phosphorkreislauf sowie die Geschwindigkeit des Ökosystems der Seegraswiesen. Diese Situation kann die Gemeinschaftsstruktur und die primären Produktionsprozesse der Seegraswiesen beeinträchtigen und auch die Fähigkeit des Ökosystems der Seegraswiesen beeinträchtigen, Kohlendioxid aus der Atmosphäre zu absorbieren und Kohlenstoff zu speichern.

Mit der Zerstörung der Ökosysteme der Seegraswiesen nimmt auch ihre Fähigkeit ab, Kohlenstoff für den Ozean zu binden und zu speichern. Dies wiederum beeinträchtigt den globalen Kohlenstoffkreislauf und verringert die Rolle des Ozeans bei der Bekämpfung des Klimawandels.

Drittens beeinträchtigen Mikroplastikpartikel das ökologische Gleichgewicht der Seegraswiesen.

Wenn Mikroplastik Schadstoffe aus dem Wasser aufnimmt (wie etwa Schwermetalle und persistente organische Schadstoffe) und mit Seegras in Kontakt kommt oder sich rund um Seegraswiesen ablagert, reichern sich in den Seegrashalmen Mikroplastikpartikel an, die wiederum zur Ansammlung von Schadstoffen führen können.

Experimente zeigen, dass hohe Konzentrationen von Plastikverschmutzung die Zersetzungsrate von Seegrasresten deutlich verringern, wodurch die Nährstofffreisetzung beeinträchtigt und die Nährstoffdynamik des Seegrases negativ beeinflusst wird. Wenn sich diese Rate verlangsamt, können die allmählich angesammelten Mikroplastikpartikel leichter von benthischen Organismen aufgenommen werden und gelangen so über die Nahrungskette in höhere trophische Ebenen, was sich auf die Gesundheit des gesamten Ökosystems der Seegraswiesen auswirkt und letztlich das ökologische Gleichgewicht der Seegraswiesen zerstört.

Darüber hinaus können Mikroplastikpartikel als Träger fremder Arten oder Krankheitserreger dienen und sich über Meeresströmungen oder andere Umweltfaktoren in Seegraswiesen verbreiten. Diese fremden Arten oder Krankheitserreger können das ursprüngliche ökologische Gleichgewicht der Seegraswiesen zerstören, in die Lebensräume einheimischer Arten eindringen und zu einem Rückgang der marinen Artenvielfalt führen.

Seegras hat seinen eigenen „natürlichen Schutzschild“

Seegras ist der Verschmutzung durch Mikroplastik jedoch nicht hilflos ausgeliefert. Es verfügt außerdem über einen Selbstschutzmechanismus.

Das erste ist die Bildung von Biofilmen . Auf der Oberfläche von Algenblättern können sich Biofilme bilden. Diese Biofilme enthalten Bakterien und andere mikrobielle Gemeinschaften, die die Anhaftung und Auswirkung von Mikroplastik durch kompetitive Adsorption, Abbau von Mikroplastik oder Veränderung der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Mikroplastik verlangsamen.

Zweitens passen sich Seegräser an Umweltveränderungen an, einschließlich der Reaktion auf eine mögliche Verschmutzung durch Mikroplastik, indem sie ihre Photosyntheseeffizienz anpassen. Einige Studien deuten darauf hin, dass Seegräser unter dem Druck der Mikroplastikverschmutzung potenzielle Schäden durch eine Anpassung ihrer Photosynthesewege abmildern könnten.

Schließlich verfestigen Seegraswurzeln Sedimente, wodurch die Menge an schwebenden Mikroplastikpartikeln im Wasser reduziert wird und sich das Risiko einer Belastung durch Seegras und andere Organismen verringert.

Seegras fängt Mikroplastikpartikel ein

(Bildquelle: Referenz 8)

Bekämpfung der Mikroplastikverschmutzung und Schaffung gesunder Ozeane

Seegraswiesen sind ein wichtiger Bestandteil des marinen Ökosystems und erbringen wichtige ökologische Leistungen. Aufgrund der hohen Konzentration von Mikroplastik in Seegraswiesen müssen wir Maßnahmen ergreifen, um die Plastikverschmutzung zu verringern, ihren Schutz und ihre Wiederherstellung zu stärken und die Gesundheit der Ozeane sowie eine nachhaltige Entwicklung zu erhalten.

Beginnen wir bei uns selbst, schützen wir gemeinsam die Seegraswiesen und hinterlassen wir zukünftigen Generationen einen schönen und gesunden Ozean!

Slogans zum Schutz der Seegraswiesen

(Bildquelle: vom Autor selbst erstellt)

Quellen:

1. Li Wentao, Zhang Xiumei. Ökologische Funktionen von Seegraswiesen[J]. Journal of Ocean University of China (Naturwissenschaftliche Ausgabe), 2009, 39: 933-939.

2. Zhou Yi, Xu Shaochun, Zhang Xiaomei et al. Technologie zur Lebensraumkonstruktion von Seegraswiesen in Meeresfarmen[J]. Wissenschaft und Technologie für Entwicklung, 2020, 16(02): 200-205.

3. Hou Shuailing, Fan Jinluo, Ren Guoliang et al. Forschungsfortschritte zu Nachweismethoden, Vorkommenseigenschaften und toxikologischen Wirkungen von Mikroplastik in Seegraswiesen-Ökosystemen[J]. Journal of Ecotoxicology, 2023, 18(6): 112-126.

4. Chen Mengling, Gao Fei, Wang Xinyuan et al. Verbreitung, ökologische Auswirkungen und Trägerrolle von Mikroplastik im Ozean[J]. Meereswissenschaften, 2021, 45(12): 125-141.

5. Sun Chengjun, Jiang Fenghua, Li Jingxi et al. Forschungsfortschritte zur Quelle, Verteilung und ökologischen und umweltbezogenen Auswirkung von Mikroplastik im Ozean[J]. Fortschritte in der Meereswissenschaft, 2016, 34(04): 449-461.

6. Changjun L, Lixin Z, WenTao L, et al. Mikroplastik in Seegrasökosystemen: Eine kritische Überprüfung. [J]. Die Wissenschaft der Gesamtumwelt, 2023, 902 166152-166152.

7. Gerstenbacher CM, Finzi AC, Rotjan RD, et al. Eine Überprüfung der Auswirkungen von Mikroplastik auf Seegräser, Epiphyten und damit verbundene Sedimentgemeinschaften [J]. Umweltverschmutzung, 2022, 303: 119108.

8. Anna VS, Miquel C, P. WHD usw. Seegräser bieten einen neuartigen Ökosystemdienst, indem sie Meeresplastik einfangen [J]. Scientific Reports, 2021, 11 (1): 254-254.

9.Goss H, Jaskiel J, Rotjan R. Thalassia testudinum als potenzieller Vektor für die Einbringung von Mikroplastik in benthische marine Nahrungsnetze[J]. Bulletin zur Meeresverschmutzung, 2018, 135: 1085-1089.

10.Digka N, Tsangaris C, Torre M, et al. Mikroplastik in Muscheln und Fischen aus dem nördlichen Ionischen Meer[J]. Marine Pollution Bulletin, 2018, 135: 30-40.

11.Li J, Yang D, Li L, et al. Mikroplastik in kommerziellen Muscheln aus China[J]. Umweltverschmutzung, 2015, 207: 190-195.

12. Huang Y, Xiao X, Xu C, et al. Seegraswiesen als Falle für Mikroplastik – neuer Hotspot in der Küstenregion[J]. Umweltverschmutzung, 2020, 257: 113450.

13.Molin JM, Groth-Andersen WE, Hansen PJ, et al. Mikroplastikverschmutzung im Zusammenhang mit verringerter Atmung in Seegras (Zostera marina L.) und verwandten Epiphyten[J]. Frontiers in Marine Science, 2023, 10: 1216299.

14.Jones KL, Hartl MGJ, Bell MC, et al. Ansammlung von Mikroplastik in einem Zostera marina L.-Bett im Deerness Sound, Orkney, Schottland [J]. Bulletin zur Meeresverschmutzung, 2020,152: 110883

15. Zhao LC, Ru SG, He JL, et al. Seegras (Zostera marina) und seine epiphytischen Bakterien erleichtern das Absinken von Mikroplastik im Meerwasser [J]. Umweltverschmutzung, 2022, 292: 118337