Mikroplastik – Eine wachsende Bedrohung nicht nur für marine Ökosysteme

Seit Mitte des vergangenen Jahrhunderts ist die globale Produktion von Plastik begleitet von einer Akkumulation von Plastikmüll in der marinen Umwelt. Plastikteile werden durch Wind und Strömungen verteilt und werden dabei kaum zersetzt, sondern mit der Zeit fragmentiert.

Zusammen mit nur Mikrometer kleinem primären Plastikmüll (Pellets) bilden diese sekundären Mikrofragmente eine Klasse von kleinen Partikeln in der aquatischen Umgebung, die auch als Mikroplastik (MP) bezeichnet wird. Eine wachsende Anzahl von Studien dokumentiert die Omnipräsenz von MP in marinen Habitaten. Wenig untersucht sind bisher hingegen Süßwassersysteme wie Seen, Flüsse und Mündungsgebiete. Eine weitere Schwierigkeit bei der Beurteilung der Fakten und der Auswertung von Studien ist die mangelnde Vergleichbarkeit, da keine Standardverfahren für Probennahme, -extraktion und – analyse vorliegen. Es ist erwiesen, dass die immer noch angewendete Klassifikation, Identifikation und Quantifizierung durch Stereomikroskopie und Expertenwissen zu deutlich zu hohen Partikelzahlen führt. Dieses Problem wurde inzwischen von der wissenschaftlichen Gemeinschaft erkannt, so dass immer häufiger genauere Methoden wie FTIR, Raman und GC-MS angewendet werden.

Allgemein birgt Mikroplastik die Gefahr, dass es in die Nahrungskette gelangen und darin nach oben bis in die menschliche Nahrung übertragen werden kann. Daraus können ernsthafte Folgen resultieren, da MP sowohl bei seiner Zersetzung toxische Additive abgeben, als auch organische Schadstoffe, persistent organic pollutants (POPs), durch chemische Bindung an die Oberflächen der Polymere akkumulieren kann.

Die Wechselwirkungen zwischen großen marinen Organismen und Mikroplastik sind gänzlich anderer Natur als diejenigen zwischen Mikroorganismen und Plastik. Plastikpartikel fungieren im letzteren Fall als Habitate, die schnell von marinen Mikroorganismen besiedelt werden. Es bilden sich dichte Biofilme auf der Oberfläche, über deren qualitative und quantitative Zusammensetzung bisher wenig bekannt ist. Vorherige Studien deuten allerdings darauf hin, dass schwimmende MP-Partikel als Vektoren für den Transport in neue Habitate dienen. Besonders problematisch ist dies aufgrund der Tatsache, dass die Studien toxische und pathogene Taxa nachweisen, die durch die Verbreitung die Gefahr einer Invasion mit sich bringen, wenn sie in neue Habitate mit für sie günstigen Bedingungen gelangen. Weiterhin wurde kürzlich über die biologische Zersetzung von MP durch marine Bakterien berichtet, wobei noch ein wesentlicher Mangel an Informationen zu diesem Thema herrscht. Die Ausbildung von Biofilmen kann den Auftrieb und die Klebrigkeit der Oberfläche von MP verändern und damit zu einem Absinken in größere Tiefen bis hin zum Sediment führen.

Inzwischen haben Wissenschaftler und Behörden weltweit die massive Anhäufung von MP in der aquatischen Umwelt erkannt. Von Seiten der EU wurde eine Überwachung im Rahmen der Marine Strategy Framework Directive (MSFD-Indikator 10.1.3) verpflichtend. Obwohl die potentiellen Gefahren von MP also anerkannt worden sind, wurden die vielfältigen potentiellen Auswirkungen von MP auf die aquatische Umwelt bisher nicht im Detail untersucht und sind noch lange nicht verstanden.

Aktuelle Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anzahl der Plastikpartikel stark zu kleinen Größen im Bereich weniger Mikrometer hin ansteigt. Von besonderem Interesse sind hier Partikel, die kleiner als ein Mikrometer sind und als Nanofraktion bezeichnet werden. Ihre geringe Größe und große Oberfläche ermöglichen es ihnen sowohl tiefer in Organismen einzudringen als auch organische Schadstoffe zu adsorbieren und transportieren. Arbeiten zur Identifikation, Bildung und Probennahme von Nanoplastik befinden sich noch am Anfang. Nano-FTIR ist eine junge Technologie, durch die sich neue Möglichkeiten ergeben, diese Punkte zu untersuchen, da sie es erlaubt, Nanoplastik abzubilden und gleichzeitig zu identifizieren.

PACES: Topic 2 WP2

Aktuelle Projekte

• Microplastics in the North Sea (in-house project; PIs: Claudia Lorenz (DBU stipend), Sebastian Primpke and Gunnar Gerdts)
• Fram Pollution Observatory / Microplastics in the Arctic (in-house project; PIs: Melanie Bergmann, Ilka Peeken and Gunnar Gerdts)
• “Microplastics Reactor” and “Sediment Separator” (in-house technology transfer projects; PI: Gunnar Gerdts)
• Biofilms on Microplastics (in-house project; PIs: Inga Kirstein, Antje Wichels and Gunnar Gerdts)
• JPI-O/BMBF project BASEMAN - Defining the baselines and standards for microplastics analyses in European waters); http://www.jpi-oceans.eu/ecological-aspects-microplastics (PIs: Sebastian Primpke and Gunnar Gerdts)
• WT.SH project “Size is important” (PIs: Michaela Meyns and Gunnar Gerdts)
• BMBF/FONA project PLAWES - Mikroplastikkontamination im Modellsystem Weser – Nationalpark Wattenmeer: ein ökosystemübergreifender Ansatz (PI: Gunnar Gerdts, Antje Wichels)
• BMWi-ZIM project PLAMOWA „MP Reaktor“ (PI: Gunnar Gerdts)
• BIS Project TRAMIS - Translokation von Mikroplastik in Speisefischen (PI: Gunnar Gerdts, Matthew James Slater (ZAF))
• AWI Strategy funding project OMAP - Oysters and mussels under anthropogenic pressure: Does microplastic limit the tolerance to climate change of ecologically and economically important bivalves? (PI: Gunnar Gerdts, Christian Bock (Integrative Ecophysiology))
• UBA-UFOPLAN project - Folgebewertung und Etablierung einer Langzeitüberwachung der Belastung verschiedener Meeresbereiche und Biota durch marine Abfälle (Meeresmüll) (PI: Gunnar Gerdts)
• DFG project Deep-MiPoll - The role of hadal zones in the long-term fate of marine microplastics: Identification of microplastics in the deep sea of the Kuril-Kamchatka Trench, Northwest Pacific (PIs: Angelika Brandt (Senckenberg Gesellschaft für Naturforschung), Gunnar Gerdts)