Im Poyang-See produzieren Rädertierchen täglich 133 Billionen Plastikpartikel

Die Gesamtzahl der Nanoplastikpartikel, die täglich von Rädertierchen im Poyang-See produziert werden: 1 gefolgt von 16 Nullen.

Da die Verwendung von Kunststoffprodukten in unserem Leben immer weiter verbreitet ist, nimmt auch die Menge an Kunststoffpartikeln in unserer Umwelt zu. Sie sind überall, von der Arktis bis zur Antarktis, vom Boden bis zu Flüssen, vom Erdboden bis zu den Wolken und sogar in der Luft, die wir täglich atmen.

Rädertier (Bildnachweis: Juan Carlos Fonseca Mata, CC BY-SA 4.0, über Wikimedia Commons)

Diese mit bloßem Auge nicht sichtbaren Kunststoffe werden in zwei Kategorien unterteilt: Mikroplastik mit einer Größe zwischen 1 Mikrometer und 5 Millimeter und Nanoplastik mit einer Größe von weniger als 1 Mikrometer. Immer mehr Studien belegen, dass Nanoplastik die Funktionen verschiedener Organe und Systeme im menschlichen Körper schädigen kann.

Mikroplastik und Nanoplastik entstehen durch den Abbau von Kunststoffprodukten. Nicht recycelter Plastikmüll kann in Flüssen und Ozeanen landen und um die ganze Welt getragen werden. Nach Dutzenden oder Hunderten von Jahren wird dieses langkettige Polymermaterial durch mechanische Einwirkungen, Photochemie usw. in kleine Stücke zerlegt. Gleichzeitig beschleunigen biologische Effekte diesen Prozess.

Eine Studie aus dem Jahr 2018 zeigte, dass Antarktisches Krill (Euphausia superba) Mikroplastik aufnehmen und es mithilfe seiner Mandibeln (den Kauorganen des Krills) zu Nanoplastik zermahlen kann.

Antarktischer Krill (Bildnachweis: Yale Peabody Museum, CC0, über Wikimedia Commons)

Professor Xing Baoshan von der University of Massachusetts beschäftigt sich seit vielen Jahren mit der Erforschung von Mikroplastik. Nach der Lektüre dieses Artikels wurde ihm klar, dass antarktisches Krill, ein Lebewesen, das in den entlegenen Polarregionen lebt, Mikroplastik „zersetzen“ kann. Gibt es dann auch weit verbreitete Organismen in unserem täglichen Leben, die den gleichen Effekt haben und dadurch den Nanoplastikgehalt in der Umwelt beeinflussen können? Deshalb begann er gemeinsam mit Professor Zhao Jian von der Ocean University of China mit der Untersuchung dieses Themas.

Als Forschungsobjekte wählten sie Rädertierchen. Dabei handelt es sich um ein weit verbreitetes Zooplankton, das in Oberflächengewässern auf der ganzen Welt weit verbreitet ist und meist nicht länger als 0,5 mm ist. Nehmen wir zum Beispiel den Poyang-See, den größten Süßwassersee meines Landes: In jedem Liter Seewasser gibt es mehr als 900 Rädertierchen. Und wie antarktisches Krill verfügen sie über einen einzigartigen Kauapparat, der die aufgenommenen Algen mechanisch in kleine Stücke zermahlt.

Die Forscher untersuchten zwei Rädertierarten, Brachionus plicatilis und B. calyciflorus, die im Meer bzw. im Süßwasser leben. Die Forscher fanden heraus, dass die Rädertierchen große Mengen an Plastik aufnehmen konnten, das kleiner als 10 Mikrometer war , was der Größe ihrer alltäglichen Nahrung entspricht. Sie fressen gelegentlich Plastik mit einer Größe von 20 Mikrometern, aber nichts, was größer ist.

Von Rädertierchen aufgenommenes Mikroplastik (grüne Pellets) und durch Mahlen entstehendes Nanoplastik (grüne Punkte). Bildquelle: Originalarbeit

Die Forscher beobachteten unter dem Mikroskop, dass nach der Aufnahme von Mikroplastik durch Rädertierchen in deren Verdauungstrakt zahlreiche Plastikpartikel unterschiedlicher Größe auftauchten, wobei die Zahl der Nanopartikel weitaus größer war als die der Mikropartikel . Die glatten, kugelförmigen Mikroplastikpartikel, die den Rädertierchen ursprünglich zur Verfügung gestellt wurden, wurden nach der Verdauung an der Oberfläche rau, als ob sie gekaut worden wären.

Man erkennt, dass die zahnartige Struktur im Kauorgan des Rädertiers diese Plastikfragmente durch Mahlen Stück für Stück von der Oberfläche des Mikroplastiks „abpickt“. Schließlich werden die fragmentierten Mikroplastikpartikel von den Rädertierchen ausgeschieden und gelangen wieder ins Wasser.

Plankton beeinflusst die Welt

Was wir „Kunststoff“ nennen, ist eigentlich ein allgemeiner Begriff für eine Klasse hochmolekularer Polymere. Die in unserem täglichen Leben am häufigsten vorkommenden Materialien sind Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyethylenterephthalat (PET), Polyvinylchlorid (PVC) und Polystyrol (PS). Sie bestehen aus unterschiedlichen Bestandteilen und unterscheiden sich in Härte, Zugfestigkeit, Photoreaktivität und Bioreaktivität.

Verschiedene Kunststoffarten und Eigenschaften. Bildquelle: Originalarbeit

In dieser Studie fanden die Forscher heraus, dass Rädertierchen sowohl PE-Kunststoffe mit geringerer Härte aufnehmen und zerkleinern als auch Nanoplastikpartikel aus PS-Kunststoffen mit höherer Härte effektiv abtragen können . Dies zeigt, dass die „Verdauung“ verschiedener Arten von Mikroplastik bei Rädertierchen universell ist.

Noch wichtiger ist, dass die Forscher auch Proben von Rädertierchen verschiedener Arten aus dem Shuyuan-Stausee, dem Baisha-Fluss, dem Dagu-Fluss und der Jiaozhou-Bucht in Qingdao, Shandong, sammelten. Im Ergebnis wurden an allen Probenahmestellen Mikroplastikpartikel in einer Größe von 3 bis 30 Mikrometern in den Rädertierchen nachgewiesen. Es lässt sich feststellen, dass dieses Phänomen auch in der natürlichen Umwelt weit verbreitet ist, ohne dass Forscher Mikroplastik „füttern“.

Daher ist es wahrscheinlich, dass Rädertierchen eine wichtige Rolle bei der weltweiten Verbreitung von Mikroplastik und Nanoplastik spielen, und das ist tatsächlich der Fall. Die Forscher stellten fest , dass weltweit, insbesondere in Ostasien und Europa, die Gebiete mit einem höheren Vorkommen an Mikroplastik auch die Gebiete mit den meisten Rädertierchen sind und dass zwischen beiden eine große geografische Überschneidung besteht.

Die globale Verbreitung von Rädertierchen (links) und Mikroplastik (rechts). Bildquelle: Originalarbeit

Wie schlimm ist die tatsächliche Situation?

Um den Menschen ein konkreteres Verständnis dieser Auswirkungen zu vermitteln, nutzten die Forscher den Poyang-See als Fallstudie. Der Poyang-See umfasst eine Fläche von etwa 3.690 Quadratkilometern. Aus der Literatur geht hervor, dass jeder Liter Wasser des Poyang-Sees durchschnittlich etwa 20,2 Mikroplastikpartikel mit einem Durchmesser von 50 bis 500 Mikrometern enthält.

Unter der Annahme, dass alle Rädertierchen in Seen mit einer Wassertiefe von höchstens fünf Metern leben, entstehen den Daten dieser Studie zufolge nach vier Stunden Aufenthalt der Rädertierchen in mikroplastikhaltigem Wasser für jedes Mikroplastikpartikel durchschnittlich 131 Nanoplastikpartikel. Letztendlich können die Rädertierchen im gesamten Poyang-See dann insgesamt 133 Billionen (1,33×10^16) Nanoplastikpartikel produzieren.

Dies ist jedoch nur eine Berechnung und die tatsächliche Zahl kann sogar noch höher sein . Einerseits können Forscher aufgrund der begrenzten experimentellen Bedingungen nur Nanoplastik mit einem Durchmesser von mehr als 0,6 Mikrometern nachweisen . Daher wissen wir nicht, wie viele kleinere Nanoplastikpartikel von Rädertierchen erzeugt werden können, wenn ein Mikroplastikteilchen abgetragen wird. Klar ist jedoch, dass die tatsächliche Zahl der erzeugten Nanoplastikpartikel weit höher sein muss als die experimentell gemessenen Daten.

Rädertierchen scheiden das „verdaute“ Mikroplastik aus ihrem Körper aus. Bildquelle: Originalarbeit

Zweitens wurde in der Literatur nur über Mikroplastik in einer Größe von 50 bis 500 Mikrometern im Poyang-See berichtet, während Rädertierchen hauptsächlich Mikroplastik kleinerer Größe aufnehmen. Obwohl die Konzentration von Mikroplastik mit einem Durchmesser von weniger als 50 Mikrometern im Poyang-See noch nicht bekannt ist, gehen Forscher davon aus, dass sie viel höher sein muss als die Menge an größerem Mikroplastik. Daher ist auch die tatsächliche Anzahl an Mikroplastikpartikeln im Lebensraum der Rädertierchen höher als der bei der Schätzung verwendete Wert.

Drittens unterscheiden sich die experimentellen Bedingungen von den natürlichen Bedingungen. Während des Experiments gaben die Forscher zunächst 9,3 Millionen Mikroplastikpartikel in jeden Liter Wasser, es waren jedoch nur 20.000 Rädertierchen vorhanden; In der Literatur wird ein durchschnittlicher Mikroplastikgehalt pro Liter Wasser des Poyang-Sees von 20,2 angegeben, die Anzahl der Rädertierchen beträgt jedoch 909. Daher können die Rädertierchen im Poyang-See die Mikroplastikteilchen im Seewasser besser aufnehmen und verdauen , und aus jedem Mikroplastikteilchen entstehen mehr als 131 Nanoplastikteilchen.

Darüber hinaus testeten die Forscher nur „frisches“ Mikroplastik und Mikroplastik, das 12 Stunden lang kurz simuliertem Sonnenlicht ausgesetzt war. Allerdings sind Mikroplastikpartikel in der Natur oft über viele Jahre hinweg Wind und Sonne ausgesetzt, wodurch sich ihre Form, ihre chemischen Eigenschaften usw. verändern und sie zerbrechlicher werden können.

Experimente haben gezeigt, dass Rädertierchen, die lichtgealtertes Mikroplastik aufnehmen, mehr Plastikfragmente produzieren, als wenn sie unberührtes Mikroplastik aufnehmen . Da die meisten Rädertierchen jedoch in lichtdurchlässigen Gewässern leben und die Stunden, in denen sie Mikroplastik aufnehmen, viel länger dem Sonnenlicht ausgesetzt sind als unter Versuchsbedingungen, sind die Folgen mit Sicherheit verheerender.

Schließlich ist der Poyang-See nur ein Beispiel. Tatsächlich ist der Gehalt an Mikroplastik und Rädertierchen in vielen Oberflächengewässern der Erde viel höher als im Poyang-See. Aus der Literatur geht beispielsweise hervor, dass der Gelbe Fluss etwa 500 Mikroplastikpartikel pro Liter Wasser enthält, und an der Mündung des Adyar Creek in Indien sind es etwa 10.133 Rädertierchen pro Liter Wasser. Daher haben wir die Rolle, die Organismen bei dieser globalen Nanoplastik-„Plage“ spielen, möglicherweise stark unterschätzt.

Referenzlinks

[1]https://www.nature.com/articles/s41467-018-03465-9

[2]https://www.science.org/doi/10.1126/science.abb0354

Planung und Produktion

Quelle: Global Science (id: huanqiukexue)

Geschrieben von Huang Yujia

Rezension | Winterdrachen

Herausgeber: Wang Mengru