Eutrophierung – gefärbte Gewässer als Folge menschlicher Aktivitäten

Eutrophierung – gefärbte Gewässer als Folge menschlicher Aktivitäten
Bild: T.w. Van Urk | Dreamstime
Ratmir Belov
Journalist-writer

Das Problem der Eutrophierung (Wasserblüte) ist weit verbreitet und gravierend, da laut UNEP (Umweltprogramm der Vereinten Nationen) etwa 30-40 % der Seen und Stauseen weltweit unter diesem Phänomen gelitten haben. Außerdem kann es sowohl im Süßwasser als auch im Meerwasser zu Eutrophierung kommen.

„Was ist so schlimm an der Eutrophierung?“ – du fragst. Leider ist die Algenschicht, die solche Stauseen bedeckt, nur die Spitze des Eisbergs, hinter der sich ein echter Giftkessel verbirgt.

Sie müssen nicht einmal fragen, wer daran schuld ist, denn die Antwort liegt auf der Hand – wirtschaftliche Aktivität. Zu den Verschmutzungsquellen gehören kommunale Abwässer mit hohem Phosphorgehalt (Hallo an Waschmittelhersteller, die noch Phosphate verwenden) und landwirtschaftliche Abfälle: Phosphat- und Stickstoffdüngerwäsche, Silage.

Wie kann man das Problem der Eutrophierung lösen?

Und es scheint, dass das Problem leicht zu lösen ist – Sie können phosphathaltige Reinigungsmittel verbieten und die Verwendung von Stickstoff- und Phosphatdünger einschränken. Aber lassen Sie uns zuerst herausfinden, was passiert, nachdem eine große Menge Phosphor und Stickstoff in ein bedingtes Reservoir gekippt wurde.

Aktion 1 – Beruf

Alles beginnt mit einem Ungleichgewicht zwischen Elementen wie Phosphor (P), Stickstoff (N) und Silizium (Si). Aber nicht nur eine starke Erhöhung des N/Si- und P/Si-Anteils (insbesondere eine Erhöhung des Phosphors bringt Öl ins Feuer) wird zum Auslöser für die aktive Vermehrung von Phytoplankton. Dies erfordert auch eine optimale Temperatur von 23-28C. Es ist diese Killerkombination, die alle Voraussetzungen für die maximale Wachstumsrate von Algen schafft.

Bild: Edita Meskoniene | Dreamstime

Was machen mikroskopisch kleine Organismen, die sich sehr aktiv vermehren? Sie bilden sofort eine ziemlich dichte Schicht auf der Wasseroberfläche und nehmen nach und nach die gesamte mögliche Fläche ein.

Die ersten Opfer der Besetzung sind Grünalgen, für die Sonnenlicht lebensnotwendig ist. Abgestorbene Pflanzen werden von Bakterien zersetzt, die Sauerstoff verbrauchen. So holen die Folgen schon wenig später Fische und andere aerobe Organismen ein, wenn sich im Stausee „tote Zonen“ mit einer ultraniedrigen Konzentration an gelöstem Sauerstoff bilden. Hinzu kommt noch die austretende Biomasse der Algen selbst, und so verwandelt sich unser Stausee langsam und sicher in ein „verstopftes Gräberfeld“.

Aktion 2 – Auf den Kopf gestellt

So verändern sich in einem Ökosystem neben einer ungerechtfertigten Steigerung der Primärproduktivität (Biomasse, die durch Mikroalgen entsteht) auch die relative Artenvielfalt, die taxonomische Zusammensetzung und die räumliche Verteilung der Primärproduzenten im aquatischen Ökosystem.

Entwaldung als Umweltproblem: Folgen und Lösungen
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Änderungen in der Zusammensetzung und Lage von Ressourcen verändern die Verteilung und den Energiefluss im Nahrungsnetz. Wie genau? In einem normalen aquatischen Ökosystem wird Phytoplankton (mikroskopisch kleine Algen und andere photosynthetische Organismen) von Zooplankton (Fischlarven, Daphnien, Weichtiere) genutzt. Zooplankton ist Nahrung für größere Räuber (z. B. Fische) und die Abfallprodukte aller Organismen werden von Zersetzern (Bakterien) verwertet. Im Eutrophierungssystem sind die Hauptverbraucher Bakterien, die abgestorbene Pflanzen zersetzen, ein Teil von Algen und Fischen. Als Folge davon verlieren Organismen ihre ökologische Spezialisierung.

Aber was uns mehr interessiert, sind die Auswirkungen der Eutrophierung auf die menschliche Gesundheit, also machen wir weiter.

Maßnahme 3 – Giftige Umgebung

Tatsächlich bleiben im Reservoir nur Phytoplankton und anaerobe Mikroorganismen am Leben. Typische Vertreter des Phytoplanktons sind Blaualgen und Vertreter anderer taxonomischer Gruppen, die anderen nicht schaden. Aber in einer solchen Umgebung gibt es auch einen Ort für toxinproduzierende Organismen, die bei Kontakt mit einer Person Schaden anrichten können. Das Wort „Kontakt“ impliziert übrigens nicht nur das Baden in solchem ​​Wasser, sondern auch dessen Verwendung.

Toxine, die in den offenen Räumen eutrophierter Stauseen zu finden sind, werden in mehrere Gruppen eingeteilt:

  • Hepatotoxine oder zyklische Peptide (Microcystine und Nodularine);
  • Alkaloide (Cylindrospermopsin, Toxoid-a und Toxoid-a(s), Saxitoxin);
  • Polyketide (Aplysiatoxine);
  • Aminosäuren (-Methylamino-L-Alanin oder VMAA).
Bild: Jon Benito Iza | Dreamstime

Algentoxine wie Azaspiracid, Brevetoxin, Ciguatoxin, Domoinsäure, Dinophysistoxin, hämolytisches Toxin, Homoanatoxin, Calotoxin, Lingbiatoxin, Maitotoxin, Pectenotoxin, Primnesin und dergleichen sind normalerweise nicht in dieser Klassifizierung enthalten.

Jetzt ist es an der Zeit herauszufinden, wie genau eutrophierte Gewässer einen Menschen schädigen oder sogar töten können.

Der Schaden der Eutrophierung

Microcystine und Nodularine

Die Synthese von Microcystinen wird bei einigen Arten der Gattung Anabaena (A. circinalis, A. flosa-quae, A. lemmermannii, A. millerii), Arthrospira (A. fusiformis), Microcystis (M. aeruginosa, M. botrys, M. ichthyoblabe, M. viridis, M. wesenbergii), Nostoc (N. inckia, N. rivulare, N. zetterstedtii), Oscillatoria, Planktothrix und in einigen Arten (Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus). Nodularine werden von Nodularia spumigena synthetisiert, die in Meerwasser verbreitet ist.

Microcystine und Nodularine werden manchmal als Hepatotoxine bezeichnet, da die Leber das Hauptziel für diese Gruppe von Verbindungen ist. Aber es gibt Fälle von Akkumulation von Microcystin in Nieren, Dickdarm, Gehirn und anderen Organen, deren Zellen den organischen Anionentransporter OATP (Organic Anion Transporter) haben.

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Warum werden sie nicht im Magen oder in der Leber neutralisiert? Tatsache ist, dass diese Proteinverbindungen aus D-Formen von Aminosäuren bestehen (und L-Formen von Aminosäuren fungieren als Liganden für Enzyme), sodass sie gegen Verdauung resistent sind.

Microcystine hemmen die Proteinphosphatase, wodurch Zellproteine ​​phosphoryliert werden – dies schafft Bedingungen für die Bildung von Tumoren. Verschlimmert wird die Situation dadurch, dass das Toxin die Expression von Proto-Onkogenen (cfos, c-jun, c-mys, p53) erhöht.

Darüber hinaus aktivieren Microcystine und Nodularine die N-terminale c-Jun-Kinase und andere Enzyme, die am oxidativen Stress der Zelle beteiligt sind. Dies ist mit dem Auftreten innerer Blutungen und bei akuten Vergiftungen mit dem Auftreten eines hämorrhagischen Schocks vor diesem Hintergrund behaftet.

Da Microcystine die Blut-Hirn-Schranke überwinden, werden der Liste der Pathologien eine Reihe von Krankheiten hinzugefügt, die mit dem Nervensystem zusammenhängen. Dazu gehören Entzündungen des Nervengewebes sowie eine Reihe von neurodegenerativen Erkrankungen.

Bild: Joaquin Corbalan | Dreamstime

Die Bedeutung der letalen Dosis für den Menschen ist noch nicht geklärt, da verschiedene Microcystine unterschiedliche Lipophilie- und Polaritätswerte aufweisen. Die durchschnittliche Dosis wird jedoch mit 5-10 mcg/kg Körpergewicht angenommen.
Aber glücklicherweise können Microcystine und Nodularine neutralisiert werden. Erstens sind diese Verbindungen intrazellulär und gelangen nur dann in die Umwelt, wenn die Zelle geschädigt ist. Obwohl sie in der extrazellulären Umgebung ziemlich stabil sind und nach 20 Wochen vollständig zerstört sind, kann dieser Prozess durch hohe Temperaturen (40 °C) und kritische pH-Werte beschleunigt werden. Die möglichen Vergiftungswege mit Microcystinen und Nodularinen sind daher die Verwendung von thermisch unbehandeltem Wasser und Produkten.

Anatoxine

Das häufigste und gleichzeitig gefährlichste Toxin, das von Algen im Süßwasser produziert wird, ist Anatoxin-a. Es wird von Vertretern der Gattungen Anabaena (A. flosa-quae, Anabaena lemmermannii), Aphanizomenon, Phormidium (G. willei, G. terebriforme), Planktothrix sowie einigen Einzelarten (Arthrospira fusiformis, Spirulina subsalsa, Synechococcus bigranulatus) synthetisiert ).

Anatoxin ist ein Agonist von peripheren und zentralen Acetylcholinrezeptoren. Bei der prä-/postsynaptischen Bindung an Rezeptoren öffnet es Natrium-/Kaliumkanäle, was eine Depolarisationsblockade verursacht. So verursacht das Toxin nach dem Eintritt in den Blutkreislauf einen Verlust der Muskelkoordination, Zittern und Krämpfe, und der Tod tritt nach einer peripheren Atemlähmung ein (die an der Atmung beteiligten Muskeln hören auf zu arbeiten).

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Sie können durch Toxoid vergiftet werden, wenn Sie baden, kontaminiertes Wasser und Lebensmittelzusätze trinken. Die tödliche Dosis beträgt 20 mcg / g, deren Erhalt in 1-2 Minuten zum Tod durch Atemlähmung führt. Aus diesem Grund wird Toxoid oft als Very Fast Death Factor (VFDF) bezeichnet.

Was ist mit Toxoid-a(s)? Tatsache ist, dass diese Verbindung im Gegensatz zu Toxoid-a in der Umwelt instabil ist und daher in der Regel keine Gefahr für den Menschen darstellt.

Saxitoxine

Saxitoxine bilden einige Arten der Gattung Anabaena (A. circinalis), Aphanizomenon (A. flos-aquae), Cylindrospermopsis (C. philippinensis, C. raciborskii), Oscillatoria und die Art Plectonema wollei. Saxitoxine werden auch von Dinoflagellaten (Gattung Alexandrium, Gymnodinium, Pyrodinium) synthetisiert und reichern sich in Muscheln an, die in Meer- und Süßwasser leben.

Saxitoxine sind im Gegensatz zu Microcystinen und Nodularinen thermostabil, können aber durch Sorption an Aktivkohle oder durch Ozonisierung von Wasser vom Wasser getrennt werden.

Dieses Alkaloid blockiert die Natriumleitung in Axonen, indem es sich an die Poren von Natriumkanälen bindet und so die Übertragung von Nervenimpulsen verhindert. Mit anderen Worten, es verursacht Lähmungen. Aus diesem Grund wird eine Saxitoxinvergiftung als „paralytische Schalentiervergiftung“ bezeichnet.

Eine Person kann problemlos etwa 100 Mikrogramm Saxitoxin aufnehmen (das sind etwa 50 Mikrogramm / l bei einer täglichen Wasseraufnahme in einem Volumen von 2 Litern). Neigt nicht zur Anreicherung im Körper.

Cylindrospermopsin

Cylindrospermopsin wird von Arten wie Cylindrospermopsis raciborskii, Aphanizomenon ovalisporum und Umezakia natans synthetisiert. Da die aufgelisteten Organismen für Süßwasserreservoirs charakteristisch sind, ist die Position des Toxins nicht schwer zu erraten.

Bild: T.w. Van Urk | Dreamstime

Dieses Toxin hat, ähnlich wie Microcystine und Nodularine, ein breites Wirkungsspektrum auf den Körper. Das Hauptziel von Cylindrospermopsin ist die Leber, aber es wirkt sich auch negativ auf Augen, Milz, Lunge, Thymusdrüse, Herz, Nieren und dergleichen aus. Darüber hinaus hemmt Cylindrospermopsin die Proteinsynthese in Zellen, verursacht DNA-Fragmentierung in vitro und die Bildung von oxidativem Stress in Zellen vor dem Hintergrund der Hemmung der Synthese von Glutathion (einem starken endogenen Antioxidans).

Die tödliche Dosis von Cylindrospermopsin beträgt 6 mg/kg. Es löst sich in Wasser auf und ist bei niedrigen pH-Werten stabil. Wenn Wasser auf 100°C erhitzt wird, bleibt es 15 Minuten lang aktiv, daher ist die Hauptmethode zur Neutralisierung dieses Toxins die langfristige thermische Behandlung von Wasser und Produkten, die möglicherweise mit Cylindrospermopsin infiziert sein können.

Aplisiatoxine

Dies ist ein Toxin, das kein Protein ist und von einigen Algenarten der Gattungen Lyngbya, Schizothrix (S. calcicola), Oscillatoria, Phormidium nigro-viride-Arten produziert wird, die charakteristische Bewohner von Meeresgewässern sind.

Aplysiatoxin ist in der Lage, die Proteinkinase C zu aktivieren, die zu einer erhöhten Proteinphosphorylierung beiträgt. Dies wiederum trägt zum weiteren Auftreten von Tumoren bei. Darüber hinaus kann es bei Kontakt mit der Haut das Auftreten einer akuten Dermatitis sowie eine Entzündung der Schleimhäute hervorrufen, wenn das Toxin mit der Nahrung oder durch Einatmen aufgenommen wird.

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Die tödliche Dosis von Aplysiatoxin beträgt 0,3 mg/kg. Beim Kochen ist es instabil und fällt zusammen. Aplysiatoxin im Wasser zu entfernen ist jedoch nicht die beste Option, da Sie auf diese Weise eine Vergiftung mit Bromdämpfen riskieren.

VMAA-Methylamino-L-Alanin ist eine Nicht-Protein-Aminosäure, die von den Gattungen Nostoc, Synechococcus und Synechocystis sowie einigen einzelnen Arten (Planktothrix aghardii, Anabaena variabilis, Cylindrospermopsis raciborskii) synthetisiert wird, die in Meer- oder Süßwasser leben. Diese Aminosäure reichert sich in Schalentieren, einigen Fischarten sowie im Wasser selbst an.

VMAA ist in der Lage, die Entwicklung von amyotropher Lateralsklerose (Lou-Gehrig-Krankheit), Parkinson und Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen zu provozieren. Es wird auch angenommen, dass die Aminosäure die Ubiquitinierung von Proteinen erhöht, ein wichtiger Prozess beim Proteinabbau.

Neurotoxische Wirkungen zeigen sich, wenn eine Person VMAA in einer Menge von etwa 4000 mg/kg Körpergewicht zu sich nimmt. Aber bei diesem Toxin ist es die chronische Vergiftung, die eine große Gefahr darstellt.
Die thermische Behandlung von Wasser oder Lebensmitteln garantiert leider nicht die Neutralisierung von α-Methylamino-L-Alanin, da diese Verbindung bei hohen Temperaturen und niedrigen pH-Werten sehr stabil ist.

Überlebe in der Wildnis

Man kann endlos die Wirkungsmechanismen verschiedener Toxine beschreiben, die in eutrophierten Gewässern gebildet werden können. Aber was ist hier das Wichtigste? Akzeptieren Sie die Tatsache, dass eine vernachlässigte Eutrophierung zu traurigen und manchmal tragischen Folgen führen kann. Daher ist es in unserem Interesse, alles zu tun, um die negativen Auswirkungen dieses Umweltproblems zu minimieren, um Gesundheit und Leben zu erhalten.

Um sich und Ihre Lieben zu schützen, müssen Sie drei einfache, aber sehr wichtige Regeln beachten.

  • Seien Sie zunächst vorsichtig bei der Auswahl der Unterkünfte. Es ist nicht notwendig, in eutrophierten Gewässern zu schwimmen – schon durch das Einatmen des Toxins in Form eines Aerosols kann man sich vergiften.
  • Seien Sie zweitens vorsichtig bei der Auswahl von Meeresfrüchten (besonders wenn Sie ein Fan von Schalentieren sind) – es sind diese Organismen, die am häufigsten Giftstoffe ansammeln, die manchmal einfach unmöglich zu Hause loszuwerden sind.
  • Und drittens versuchen Sie, kein Wasser aus Flüssen, Seen, Teichen und anderen Gewässern zu trinken. Vor allem, wenn Sie erste Anzeichen einer Eutrophierung bemerken (Trübung des Wassers, Algenschicht auf der Oberfläche). Es ist besser, Trinkwasser aus Flaschen zu verwenden, da selbst das langfristige Abkochen von Wasser bei einigen Giftstoffen nicht wirksam ist.
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