Ökotoxikologie

Ökotoxikologie, auch Umwelttoxikologie oder ökologische Toxikologie genannt, ist eine fächerübergreifende Wissenschaft, die sich mit den Auswirkungen von Stoffen auf die belebte Umwelt befasst. Dabei finden Methoden und Aufgabenstellungen der Biologie, Toxikologie, Umweltchemie und Ökologie eine Anwendung.

Geschichte

Rachel Carson

Nach dem Zweiten Weltkrieg wuchs die Sorge um schädliche Einflüsse auf die Umwelt durch giftige Stoffe. Ein Auslöser war die Erkenntnis, dass das zunächst als unbedenklich geltende Schädlingsbekämpfungsmittel DDT negative Auswirkungen auf die Bestände unter anderem von Fischen und Vögeln haben kann. Mit dem 1962 erschienenen Buch „Silent Spring“ (Stummer Frühling) der amerikanischen Biologin Rachel Carson wurden auch der breiten Öffentlichkeit die möglichen negativen Folgen des ungebremsten Pestizid-Einsatzes auf die Umwelt bewusst; das Buch war allerdings lange Zeit nur im angelsächsischen Bereich bekannt. Auch der Vietnamkrieg (1965–1975) verstärkte durch den Einsatz von Herbiziden (z. B. Agent Orange) die öffentliche Kritik, dass zu wenig über die möglichen Folgen für die Zivilbevölkerung und die Umwelt bekannt sei.

Vor diesem Hintergrund hat der deutsche Chemiker Friedhelm Korte 1968 das Konzept der Ökologischen Chemie (heute eher Umweltchemie genannt) entwickelt und damit den Teilbereich der Chemie begründet, der sich mit dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt beschäftigt. Beide Wissenschaften (Ökotoxikologie und Umweltchemie) sind heute eng miteinander verzahnt.

Der Begriff „Ökotoxikologie“ selber wurde 1969 von dem französischen Toxikologen Rene Truhaut in die Literatur eingeführt, etablierte sich aber erst rund 10 Jahre später im deutschen Sprachraum.

Aufgaben der Ökotoxikologie

Die Ökotoxikologie dient im Wesentlichen der Gefährdungsermittlung. Die Ergebnisse der ökotoxikologischen Untersuchungen bilden Grundlage für das Erkennen und Bewerten von Stoffen hinsichtlich ihrer Risiken für Lebewesen, Lebensgemeinschaften und der Umwelt. Dazu müssen sowohl substanz- als auch medienbezogene Daten ermittelt werden, d. h. wie (toxisch) wirkt ein Stoff auf welche Organismen in welchem Umweltkompartiment (Luft, Boden, Wasser)? Die Ergebnisse ökotoxikologischer Untersuchungen dienen unter anderem als Grundlage für Gesetze (z. B. Chemikaliengesetz, Pflanzenschutzgesetz, Bodenschutzgesetz) und damit der Gefahrenminimierung durch die Herstellung und oder Verwendung von Stoffen.

Um eine Wirkung erzielen zu können, muss ein Stoff eine genügend lange Zeit (Expositionsdauer) und in ausreichender Menge (Konzentration) vorliegen. Bei sehr giftigen Stoffen kann eine sehr kurze Expositionsdauer und/oder eine sehr geringe Konzentration ausreichen, um eine Schadwirkung zu bewirken. Bei einigen Stoffen muss sich erst eine gewisse Menge dieses Stoffes im Organismus oder in der Umwelt anreichern (akkumulieren), um eine Schädigung zu bewirken.

Damit das Gefährdungspotential eines Stoffes ermittelt werden kann, müssen im Rahmen ökotoxikologischer Fragestellungen unter anderem die folgenden Gesichtspunkte untersucht werden:

Abschätzen der Menge freigesetzten Schadstoffs
Abschätzen der Größe des betroffenen Umweltkompartiments
Maximal zu erwartende Schadstoffkonzentration
Vergleich mit

Daten zur akuten Toxizität
Chronischen Toxizität
Akkumulation
toxikologische begründete Grenzwerte
verwaltungsrechtlich festgelegten Grenzwerten

Methoden der Ökotoxikologie

Um die vielfältigen Fragestellungen in der Ökotoxikologie bearbeiten zu können, wurden sehr unterschiedliche Untersuchungsmethoden entwickelt, die teilweise im Labor aber auch in der Natur selber angewendet werden. Im Labor können standardisierte Untersuchungen mit hoher Reproduzierbarkeit erfolgen, deren Aussagekraft hinsichtlich der natürlichen Umwelt mit unendlich vielen Wechselwirkungen gering sein kann. Deshalb werden, wenn möglich, auch Untersuchungen in sog. Modellökosystemen durchgeführt.

In Abhängigkeit vom zu untersuchenden Stoff und dessen Auswirkungen auf ein bestimmtes Umweltkompartiment (Wasser, Boden, Luft), werden verschiedene Testverfahren angewendet. Zur Bestimmung der aquatischen Ökotoxizität wird z. B. die schädliche Konzentration von Stoffen auf vier Organismengruppen (Fische, Kleinkrebse, Grünalgen und Bakterien) untersucht. Für das Kompartiment Boden wird die Wirkung von Stoffen auf Bakterien, höhere Pflanzen und Kompostwürmer untersucht.

Bei diesen Untersuchungen wird beobachtet, ab welcher Konzentration eine Organismenart hinsichtlich des betrachteten Effekts beeinträchtigt wird. Diese Effekte können z. B. sein:

Vermehrungshemmung von Algen (Effektkonzentration, EC)
Hemmung der Atmungsaktivität von Bakterien (Effektkonzentration, EC)
Überlebensrate von Fischen (Letaldosis, letale Konzentration, LD bzw. LC)
Überlebensrate von Kleinkrebsen (meist Daphnien)

Mit Hilfe dieser Daten und Informationen über Eintragspfade, dem Verhalten/Verbleib des Stoffes (und damit letztendlich der Expositionsdauer und oder dem Akkumulationspotential) und erreichbarer Konzentrationen (Produktions-/Anwendungsmengen) wird im Rahmen der ökotoxikologischen Untersuchungen das Gefährdungspotential von Stoffen auf Organismen und die Umwelt abgeschätzt.

Siehe auch

Literatur

Bücher

G. Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung. Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1997
K. Fent: Ökotoxikologie. Georg Thieme Verlag, 3. Aufl., Stuttgart 2007, ISBN 978-3-13-109993-8
F. Korte: Lehrbuch der Ökologischen Chemie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 1992
B. Streit: Lexikon Ökotoxikologie. 2. Aufl., VCH Verlag, Weinheim 1994, ISBN 3-527-30053-8

Zeitschriften

ISSN 0934-3504- Karin Mathes: Ökotoxikologische Wirkungsabschätzung: Das Problem der Extrapolation auf Ökosysteme - A priori Annahmen und Ungewissheiten. Umweltwissenschaften und Schadstoffforschung - Zeitschrift für Umweltchemie und Ökotoxikologie 9(1), S. 17 - 23 (1997)
ISSN 0934-3504- B. Hanisch, B. Abbas, W. Kratz, G. Schüürmann: Humanarzneimittel im aquatischen Ökosystem. Bewertungsansatz zur Abschätzung des ökotoxikologischen Risikos von Arzneimittelrückständen. Umweltwissenschaften und Schadstoffforschung - Zeitschrift für Umweltchemie und Ökotoxikologie 16(4), S. 223 - 238 (2004)
ISSN 0045-205X- Heinz-R. Köhler, Rita Triebskorn: Stress im Boden: Früherkennung ökotoxikologischer Effekte durch Biomarker. Biologie in unserer Zeit 34(4), S. 240 - 248 (2004)

Weblinks

SETAC GLB deutschsprachiger Zweig der Society of Environmental Toxicology and Chemistry
ecotoxmodels Website zu mathematischen Modellen in der Ökotoxikologie

Universitäten:

Physiologische Ökologie der Tiere Universität Tübingen
Aquatische Ökologie und Toxikologie Universität Heidelberg, Institut für Zoologie
Lehrstuhl für Umweltchemie & Ökotoxikologie Universität Bayreuth
Lehrstuhl für Umwelttoxikologie Universität Trier
Fachgebiet Ökotoxikologie TU München Weihenstephan
Ecotoxicology TU Dresden
Institut für Umweltforschung RWTH Aachen
Institut für Umweltwissenschaften Uni Koblenz-Landau
Department of Aquatic Ecotoxicology Universität Frankfurt