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ökotoxikologie auch Umwelttoxikologie oder ökologische Toxikologie genannt ist eine fächerübergreifende Wissenschaft die

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 Bearbeiten

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 massive Einsatz von Herbiziden durch die USA im Vietnamkrieg (1965–1973), insbesondere das mit dem Dioxin TCDD verunreinigte Agent Orange, verstärkte die öffentliche Kritik, der zufolge zu wenig über mögliche schädliche Folgen für die Bevölkerung 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 René Truhaut (1909–1994) in die Literatur eingeführt, etablierte sich aber erst rund 10 Jahre später im deutschen Sprachraum.

Aufgaben der Ökotoxikologie Bearbeiten

Die Ökotoxikologie dient im Wesentlichen der Gefährdungsermittlung auf allen organisatorischen Ebenen der Biologie: auf Ebene der Moleküle (wie der DNA), der Zelle, der Gewebe, der Organe, der Population bis hin zu Ökosystemen und der Biosphäre. 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

Methoden der Ökotoxikologie Bearbeiten

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 Dosis-Wirkungs-Kurven und Toxizitätsbestimmungen in sog. Modellökosystemen durchgeführt. Typische Grenzwerte sind PNEC, LOEC und NOEL. Verordnungen und Richtlinien sind die OECD-Richtlinien zur Prüfung von Chemikalien und die Verordnung (EG) Nr. 1907/2006 (REACH). Auch wird die Bioakkumulation und die Biomagnifikation untersucht, beispielsweise zur Untersuchung auf PBT-Stoffe und vPvB-Stoffe. Bei Schwermetallen wird die Mobilisierung untersucht. Bei aquatischen Organismen wird die Biokonzentration untersucht.

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.

Häufig verwendete Testsysteme:

Siehe OECD-Richtlinien zur Prüfung von Chemikalien#2: Auswirkungen auf biologische Systeme

Literatur Bearbeiten

Bücher Bearbeiten

  • Günter Fellenberg: Chemie der Umweltbelastung. Verlag B. G. Teubner, Stuttgart 1997, ISBN 3-519-23510-2.
  • K. Fent: Ökotoxikologie. Georg Thieme Verlag, 4. Aufl., Stuttgart 2013, ISBN 978-3-131-09994-5.
  • 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.

Artikel in Zeitschriften Bearbeiten

Fachzeitschriften zum Thema Bearbeiten

Weblinks Bearbeiten

  • SETAC GLB deutschsprachiger Zweig der Society of Environmental Toxicology and Chemistry
  • ecotoxmodels Website zu mathematischen Modellen in der Ökotoxikologie
  • SPEAR Indikatorsystem. Invertebraten zeigen die Belastung mit Pestiziden in Fließgewässern

Einzelnachweise Bearbeiten

  1. OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 2. Abgerufen am 30. November 2016.
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Veröffentlichungsdatum:
Okotoxikologie auch Umwelttoxikologie oder okologische Toxikologie genannt ist eine facherubergreifende Wissenschaft die sich mit den Auswirkungen von Stoffen auf die belebte Umwelt befasst Dabei finden Methoden und Aufgabenstellungen der Biologie Toxikologie Umweltchemie und Okologie eine Anwendung Inhaltsverzeichnis 1 Geschichte 2 Aufgaben der Okotoxikologie 3 Methoden der Okotoxikologie 4 Literatur 4 1 Bucher 4 2 Artikel in Zeitschriften 4 3 Fachzeitschriften zum Thema 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseGeschichte Bearbeiten nbsp Rachel CarsonNach dem Zweiten Weltkrieg wuchs die Sorge um schadliche Einflusse auf die Umwelt durch giftige Stoffe Ein Ausloser war die Erkenntnis dass das zunachst als unbedenklich geltende Schadlingsbekampfungsmittel DDT negative Auswirkungen auf die Bestande unter anderem von Fischen und Vogeln haben kann Mit dem 1962 erschienenen Buch Silent Spring Stummer Fruhling der amerikanischen Biologin Rachel Carson wurden auch der breiten Offentlichkeit die moglichen negativen Folgen des ungebremsten Pestizid Einsatzes auf die Umwelt bewusst das Buch war allerdings lange Zeit nur im angelsachsischen Bereich bekannt Auch der massive Einsatz von Herbiziden durch die USA im Vietnamkrieg 1965 1973 insbesondere das mit dem Dioxin TCDD verunreinigte Agent Orange verstarkte die offentliche Kritik der zufolge zu wenig uber mogliche schadliche Folgen fur die Bevolkerung und die Umwelt bekannt sei Vor diesem Hintergrund hat der deutsche Chemiker Friedhelm Korte 1968 das Konzept der Okologischen Chemie heute eher Umweltchemie genannt entwickelt und damit den Teilbereich der Chemie begrundet der sich mit dem Verhalten von Chemikalien in der Umwelt beschaftigt Beide Wissenschaften Okotoxikologie und Umweltchemie sind heute eng miteinander verzahnt Der Begriff Okotoxikologie selber wurde 1969 von dem franzosischen Toxikologen Rene Truhaut 1909 1994 in die Literatur eingefuhrt etablierte sich aber erst rund 10 Jahre spater im deutschen Sprachraum Aufgaben der Okotoxikologie BearbeitenDie Okotoxikologie dient im Wesentlichen der Gefahrdungsermittlung auf allen organisatorischen Ebenen der Biologie auf Ebene der Molekule wie der DNA der Zelle der Gewebe der Organe der Population bis hin zu Okosystemen und der Biosphare Die Ergebnisse der okotoxikologischen Untersuchungen bilden Grundlage fur das Erkennen und Bewerten von Stoffen hinsichtlich ihrer Risiken fur Lebewesen Lebensgemeinschaften und der Umwelt Dazu mussen 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 okotoxikologischer Untersuchungen dienen unter anderem als Grundlage fur Gesetze z B Chemikaliengesetz Pflanzenschutzgesetz Bodenschutzgesetz und damit der Gefahrenminimierung durch die Herstellung und oder Verwendung von Stoffen Um eine Wirkung erzielen zu konnen muss ein Stoff eine genugend 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 Schadigung zu bewirken Damit das Gefahrdungspotential eines Stoffes ermittelt werden kann mussen im Rahmen okotoxikologischer Fragestellungen unter anderem die folgenden Gesichtspunkte untersucht werden Abschatzen der Menge freigesetzten Schadstoffs Abschatzen der Grosse des betroffenen Umweltkompartiments maximal zu erwartende Schadstoffkonzentration Vergleich mitDaten zur akuten Toxizitat Daten zur chronischen Toxizitat Akkumulation toxikologisch begrundeten Grenzwerten verwaltungsrechtlich festgelegten GrenzwertenMethoden der Okotoxikologie BearbeitenUm die vielfaltigen Fragestellungen in der Okotoxikologie bearbeiten zu konnen wurden sehr unterschiedliche Untersuchungsmethoden entwickelt die teilweise im Labor aber auch in der Natur selber angewendet werden Im Labor konnen standardisierte Untersuchungen mit hoher Reproduzierbarkeit erfolgen deren Aussagekraft hinsichtlich der naturlichen Umwelt mit unendlich vielen Wechselwirkungen gering sein kann Deshalb werden wenn moglich auch Dosis Wirkungs Kurven und Toxizitatsbestimmungen in sog Modellokosystemen durchgefuhrt Typische Grenzwerte sind PNEC LOEC und NOEL Verordnungen und Richtlinien sind die OECD Richtlinien zur Prufung von Chemikalien und die Verordnung EG Nr 1907 2006 REACH Auch wird die Bioakkumulation und die Biomagnifikation untersucht beispielsweise zur Untersuchung auf PBT Stoffe und vPvB Stoffe Bei Schwermetallen wird die Mobilisierung untersucht Bei aquatischen Organismen wird die Biokonzentration untersucht In Abhangigkeit vom zu untersuchenden Stoff und dessen Auswirkungen auf ein bestimmtes Umweltkompartiment Wasser Boden Luft werden verschiedene Testverfahren angewendet Zur Bestimmung der aquatischen Okotoxizitat wird z B die schadliche Konzentration von Stoffen auf vier Organismengruppen Fische Kleinkrebse Grunalgen und Bakterien untersucht Fur das Kompartiment Boden wird die Wirkung von Stoffen auf Bakterien hohere Pflanzen und Kompostwurmer untersucht Bei diesen Untersuchungen wird beobachtet ab welcher Konzentration eine Organismenart hinsichtlich des betrachteten Effekts beeintrachtigt wird Diese Effekte konnen z B sein Vermehrungshemmung von Algen Effektkonzentration EC Hemmung der Atmungsaktivitat von Bakterien Effektkonzentration EC Uberlebensrate von Fischen Letaldosis letale Konzentration LD bzw LC Uberlebensrate von Kleinkrebsen meist Daphnien Mit Hilfe dieser Daten und Informationen uber Eintragspfade dem Verhalten Verbleib des Stoffes und damit letztendlich der Expositionsdauer und oder dem Akkumulationspotential und erreichbarer Konzentrationen Produktions Anwendungsmengen wird im Rahmen der okotoxikologischen Untersuchungen das Gefahrdungspotential von Stoffen auf Organismen und die Umwelt abgeschatzt Haufig verwendete Testsysteme nach OECD Guidelines for the Testing of Chemicals 1 Siehe OECD Richtlinien zur Prufung von Chemikalien 2 Auswirkungen auf biologische Systeme Nach DIN EN ISOFischeitest nach DIN EN ISO 15088 Fischtest nach DIN 38412 L31 Daphnientest nach DIN EN ISO 6341 L40Literatur BearbeitenBucher Bearbeiten Gunter Fellenberg Chemie der Umweltbelastung Verlag B G Teubner Stuttgart 1997 ISBN 3 519 23510 2 K Fent Okotoxikologie Georg Thieme Verlag 4 Aufl Stuttgart 2013 ISBN 978 3 131 09994 5 F Korte Lehrbuch der Okologischen Chemie Georg Thieme Verlag Stuttgart 1992 B Streit Lexikon Okotoxikologie 2 Aufl VCH Verlag Weinheim 1994 ISBN 3 527 30053 8 Artikel in Zeitschriften Bearbeiten Karin Mathes Okotoxikologische Wirkungsabschatzung Das Problem der Extrapolation auf Okosysteme A priori Annahmen und Ungewissheiten Umweltwissenschaften und Schadstoffforschung Zeitschrift fur Umweltchemie und Okotoxikologie 9 1 S 17 23 1997 doi 10 1007 BF02945927 B Hanisch B Abbas W Kratz G Schuurmann Humanarzneimittel im aquatischen Okosystem Bewertungsansatz zur Abschatzung des okotoxikologischen Risikos von Arzneimittelruckstanden Umweltwissenschaften und Schadstoffforschung Zeitschrift fur Umweltchemie und Okotoxikologie 16 4 S 223 238 2004 doi 10 1065 uwsf2004 02 076 Heinz R Kohler Rita Triebskorn Stress im Boden Fruherkennung okotoxikologischer Effekte durch Biomarker Biologie in unserer Zeit 34 4 S 240 248 2004 doi 10 1002 biuz 200410256 Catherine A Harris Alexander P Scott Andrew C Johnson Grace H Panter Dave Sheahan Mike Roberts John P Sumpter Principles of Sound Ecotoxicology In Environmental Science amp Technology 2014 S 3100 3111 doi 10 1021 es4047507 Martin Scheringer Environmental chemistry and ecotoxicology in greater demand than ever In Environmental Sciences Europe 29 2017 doi 10 1186 s12302 016 0101 x Fachzeitschriften zum Thema Bearbeiten Ecotoxicology Ecotoxicology and Environmental Safety 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