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Frühwarnsystem Frosch und Strukturen im Eis


Kaulquappen als Helfer - Frühwarnsystem Frosch

Kaulquappen helfen bei der Entdeckung von Chemikalien, die das
Hormonsystem stören

16. Juni 2006 - Unbeeindruckt von den neugierigen Blicken hunderter Menschen paddeln winzige Fröschlein in dem kleinen Aquarium. Daneben stehen weitere Glasbehälter, einer enthält zwei faustgroße Frösche, der andere kleinfingerlange Tiere, die mit ihren Fühlern am Maul aussehen wie winzige Welse. Doch es sind Froschlarven, die zwar wachsen, sich aber nicht in Frösche verwandeln werden. Ihr Hormonsystem spielt verrückt, weil es Chemikalien ausgesetzt wurde, mit denen auch Menschen in Berührung kommen.

Werner Kloas, Professor am Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, hält diese Tiere allerdings nicht wegen des Schaueffekts bei Events wie der Langen Nacht der Wissenschaften. Vielmehr gilt sein Interesse den hormonellen Störungen, die durch Umweltchemikalien ausgelöst werden können. Die Amphibien - es handelt sich um südafrikanische Krallenfrösche - reagieren äußerst sensibel auf Substanzen, die man als endokrin wirksam oder englisch als "endocrine disruptors" (ED) bezeichnet. Diese Eigenheit der Frösche hat sich die Gruppe um Kloas zunutze gemacht und einen Test entwickelt, mit dem Chemikalien auf ihre hormonelle Wirksamkeit getestet werden können. Der Test soll Standard in den OECD-Ländern werden und befindet sich derzeit in der zweiten Validierungsphase.

Vereinfacht gesagt beobachten die Forscher zwei Gruppen von gleichalten Froschlarven. Ein Teil der Kaulquappen wird der zu testenden Substanz ausgesetzt, der andere dient als Kontrollgruppe. Je nach dem, wann - oder ob überhaupt - die Metamorphose zum Frosch einsetzt, lassen sich Aussagen über die hormonelle Wirksamkeit der Testsubstanz treffen. "Es geht in erster Linie um das Schilddrüsensystem", erläutert Kloas, "denn die Schilddrüsenhormone steuern bei den Fröschen die Metamorphose."

Die Wissenschaftler testen Stoffe, die nicht oder nur sehr gering giftig sind, die aber das Hormonsystem von Wirbeltieren beeinflussen. Zu diesen Stoffen zählen Agrochemikalien, Medikamentrückstände oder bestimmte Kunststoffe. In der EU gibt es eine Initiative namens REACH (Registration, Evaluation and Authorisation of Chemicals), in deren Rahmen Substanzen auf mögliche Gesundheits- und Umweltwirkungen getestet werden, die schon lange in Gebrauch sind und daher nicht mehr aufwendigen Prüfbestimmungen unterliegen. Es handelt sich gleichsam um eine neue Begutachtung des Altbestandes - mehr als 100.000 Chemikalien, die schon vor 1981 auf dem Markt waren. Die Untersuchungen sollen zum Beispiel klären helfen, welche Umweltchemikalien negative Einflüsse auf das Schilddrüsensystem auch beim Menschen haben.

Wieso nimmt man dafür ausgerechnet Kaulquappen und nicht Säugetiere als Versuchsobjekte? "Vor allem, weil die Froschlarven extrem sensibel sind", erläutert Kloas. Schon geringste Mengen von Wirkstoffen reichten aus, um das Hormonsystem der Amphibien durcheinander zu bringen. "Ratten beispielsweise tolerieren kleinere Schwankungen von Schilddrüsenhormen ebenso wie Menschen, da lassen sich keine Auswirkungen messen." Hinzu kommt, dass der Test mit den Kaulquappen sehr einfach durchzuführen ist: Es reicht der Augenschein, komplizierte Bluttests oder Gewebeuntersuchungen sind nicht nötig.

Außerdem gibt es eine Art Nebeneffekt, der für die Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei besonders interessant ist: "Mit den Froschlarven können wir auch Gewässer testen, etwa die Ausläufe von Kläranlagen", sagt Kloas. Denn selbst die gründlichste Reinigung von Abwässern vermag kaum die Medikamentenrückstände zu entfernen, die über Ausscheidungen in die Kanalisation gelangt sind. In vielen Flüssen und Seen, auch in der Region Berlin, gibt es bereits Tendenzen zur Verweiblichung von Fisch- oder Weichtierpopulationen. "Und kürzlich haben wir Wasser aus einem Fluss in Italien getestet, das enorm hoch mit endokrin wirksamen Substanzen belastet war und innerhalb von 4 Wochen zu Verweiblichungs- bzw. Entmännlichungsphänomenen bei unseren Krallenfröschen geführt haben", berichtet Kloas.

Müssen sich die Berliner nun Sorgen machen, wenn sie in den hiesigen Gewässern baden oder Wasser aus der Leitung trinken? "Nein", sagt Kloas. "Wir können zwar hormonell wirksame Substanzen nachweisen, aber nach allem, was wir wissen, können die so gemessenen Konzentrationen den menschlichen Organismus nur durch Baden nicht nachhaltig schädigen, da sie nur in geringen Mengen aufgenommen werden, während bei den wasserlebenden Tieren endokrine Störungen durchaus zu erwarten sind. Im Trinkwasser generell sind solche endokrin wirksamen Stoffe nur in gerade nachweisbaren Spuren gefunden worden, die bisher noch unter einer biologisch nachweisbaren Menge liegen. Deshalb ist unser Berliner Leitungswasser nach wie vor von hoher Qualität und ohne Bedenken für die Gesundheit zu genießen. Eine Gefährdungspotenzial für den Menschen stellen endocrine disruptors eher bei der Aufnahme durch Nahrungsmittel dar."

Ansprechpartner: Prof. Dr. Werner Kloas
Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB)

Quelle im Internet: www.fv-berlin.de

------------- Weitere Mitteilungen aus der Wissenschaft -------------
 

Strukturen in Eis und Schnee

Wie Luft ins Eis kommt, untersuchen derzeit Forscher in der Antarktis

Mit dabei haben sie zwei Computertomographen und eine Auswertungssoftware für Volumenbilder. Die Erkenntnisse sollen helfen, aus uralten Eisbohrkernen noch mehr klimarelevante Daten zu gewinnen.

Januar 2006 - Ein Schneeball mag den Sommerschlaf im Gefrierfach unbeschadet überstehen; Schneeproben ohne Veränderungen ins Labor zu bringen, ist eine ganz andere Herausforderung. "Im Grunde ist der Transport von Schnee fast aussichtslos", weiß Johannes Freitag vom Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. "Vorausgesetzt natürlich, man ist wie wir an feinsten Strukturdetails interessiert." Abgesehen davon, dass Schnee schon auf kleinste Temperaturschwankungen reagiert, wären die mechanischen Belastungen durch den Transport einfach zu groß. Deshalb hat Dr. Freitag sein Labor zum Schnee gebracht - zur antarktischen Station Kohnen, die über 500 Kilometer landeinwärts von der küstennahen Neumayer-Station entfernt liegt. Mit 27 Kollegen arbeitet er dort am European Project for Ice Coring in Antarctica EPICA, das dem Eis immer ältere und genauere Klimadaten entlocken will. Dafür bohren die Forscher kilometertief in den Eispanzer des Kontinents. Die Bohrkerne enthalten Luft, die wie die Atmospäre zu der Zeit zusammengesetzt ist, als Schnee zu Firn und schließlich in 80 bis 100 Metern Tiefe zu Eis verdichtet wurde. Erst Eis schließt so dicht ab, dass kaum Gasaustausch mit der Atmosphäre stattfindet. Daher kann der eisige Käfig bis zu tausend Jahre älter sein als die Luft darin.

Bislang untersuchten die Forscher die Strukturen ihrer Schnee- und Eisproben vor Ort anhand dünner Schnitte unter dem Mikroskop. Auf ihrer aktuellen Expedition haben sie erstmals zwei Mikro-Computertomographen im Gepäck, die viel genauere Daten liefern. Bei der Auswertung der 3-D-Röntgenaufnahmen hilft MAVI, ein modulares Softwaresystem des Fraunhofer-Instituts für Techno- und Wirtschaftsmathematik ITWM. Üblicherweise erfasst und quantifiziert es geometrische Parameter von Mikrostrukturen - also etwa Schäume, Faserverbundwerkstoffe, Textilien oder Beton und andere Baustoffe. "Strukturell betrachtet ist Schnee ein offenporiger Schaum", sagt Katja Schladitz von der Abteilung Modelle und Algorithmen in der Bildverarbeitung. "Dafür haben wir ein eigenes MAVI-Modul programmiert."

In der Antarktis ermitteln die Forscher mit MAVI neben strukturellen Parametern vor allem Kennzahlen, die den Zusammenhalt der Poren und deren Übergang vom offenen in den geschlossenen Zustand beschreiben. Verrechnet werden müssen sie mit Werten für den Stofftransport der verschiedenen Gase, die in der Luft vorkommen. Bis ein Modell vorliegt, das die Metamorphose des Schnees ausreichend genau vorhersagt, sind allerdings noch mehrere Kampagnen nötig.

Quelle im Internet und weitere Informationen: www.fraunhofer.de


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Weitere Themen: 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49

Sie haben eine Frage zum Thema "Frühwarnsystem" oder zum Thema "Antarktis"? Sie möchten wissen, was ist ein Biotop oder was bedeutet das Wort Habitat (Lebensraum) oder was ist eine Metamorphose und was eine Photosynthese? Einige Antworten auf häufig gestellte Fragen finden Sie unter dem Stichpunkt Glossar und einige weiterführende Erläuterungen unter Brennpunkte I plus II.