Natürliche Schutzschilde gegen Quecksilber
Meeresschwämme könnten eine wichtige, bislang unterschätzte Rolle im Kampf
gegen die Belastung mariner Nahrungsketten mit Methylquecksilber spielen.
Forschende des Helmholtz-Zentrums Hereon haben in einer neuen Modellstudie
gezeigt, dass Schwämme die Ausbreitung des Umweltgiftes in Ökosystemen
erheblich beeinflussen können. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die
besondere Ernährungsweise der Tiere Methylquecksilber reduziert und die
Belastung in Fischen senken kann. Die Studie erschien jüngst im Journal
Biogeosciences.
Methylquecksilber zählt zu den gefährlichsten Umweltgiften. Als starkes
Nervengift reichert es sich entlang der Nahrungskette an und erreicht
besonders in Fischen hohe Konzentrationen. Der Schadstoff stellt nicht nur
ein Umweltproblem dar, sondern bringt auch Risiken für die menschliche
Gesundheit mit sich.
Rätselhaftes Muster bei Schwämmen
Seit Jahren beobachten Forschende ein ungewöhnliches Phänomen: Im
Vergleich zu vielen anderen Meerestieren enthalten Schwämme nur geringe
Mengen an Methylquecksilber, gleichzeitig aber erhöhte Konzentrationen an
anorganischem Quecksilber. Bislang wurde vermutet, dass Mikroorganismen,
die in enger Symbiose mit den Schwämmen leben, für diesen Effekt
verantwortlich sind. Demnach könnten bestimmte Bakterien das
Methylquecksilber aktiv abbauen und damit dessen Anreicherung verhindern.
Mithilfe eines neu entwickelten Ökosystem- und Bioakkumulationsmodells
konnten die Forschenden nachweisen, dass die Nahrungsaufnahme der Schwämme
allein ausreichen könnte, um die beobachteten Muster zu erzeugen.
„Unsere Modellierung zeigt, dass die Ernährungsweise der Schwämme selbst
eine plausible Erklärung liefern kann“, sagt David Amptmeijer,
Wissenschaftler am Hereon-Institut für Küstensysteme – Analyse und
Modellierung und Erstautor der Studie. „Unsere Ergebnisse zeigen, dass wir
die Funktion von Schwämmen im Schadstoffkreislauf möglicherweise neu
bewerten müssen.“
Einfluss auf den Schadstoffkreislauf
Für ihre Untersuchungen nutzte das Forschungsteam das Modell mit Namen
GOTM-ECOSMO E2E-MERCY, das unterschiedliche Quecksilberformen sowie ihren
Transport durch Nahrungsnetze simuliert. Es geht davon aus, dass Schwämme
große Mengen an gelöster organischer Substanz aus dem Wasser aufnehmen.
Dieser Prozess führt dazu, dass sie verhältnismäßig mehr anorganisches
Quecksilber aufnehmen, während sie gleichzeitig ihre Aufnahme von
Methylquecksilber verringern, besonders bei Schwämmen mit einer hohen
Häufigkeit mikrobieller Symbionten, also Lebewesen, die mit ihnen in einer
engen Gemeinschaft zusammenleben. Allein dieser Mechanismus konnte die in
der Natur beobachteten Konzentrationsmuster reproduzieren – auch ohne die
Annahme eines aktiven biologischen Abbaus von Methylquecksilber.
Die Erkenntnisse reichen weit über die Schwämme hinaus. Da Schwämme in
vielen Ökosystemen am Meeresboden eine Schlüsselrolle spielen und am
Beginn wichtiger Nahrungsketten stehen, beeinflussen sie auch die
Belastung anderer Organismen. Nach den Forschenden könnte die
Ernährungsweise von Schwämmen die Methylquecksilberkonzentration
bodennah lebenden Fischarten um über 50 Prozent reduzieren. Schätzungen
zufolge verursacht die Belastung mit Methylquecksilber in Europa jährlich
volkswirtschaftliche Kosten in Milliardenhöhe. Die Forschenden sehen ihre
Ergebnisse als Argument für den Schutz mariner Lebensräume.
Modell für weitere Forschung
Für die Zukunft plant das Team, den bisherigen eindimensionalen
Modellansatz zu einem dreidimensionalen Modell weiterzuentwickeln. Dadurch
könnten die Auswirkungen von Schwammgemeinschaften unter realistischeren
Umweltbedingungen und für größere Meeresgebiete untersucht werden.
Gleichzeitig hoffen die Forschenden, dass ihre Ergebnisse neue empirische
Studien anregen. Da die Ergebnisse auf einem Modell basieren und eine
empirische Bestätigung erfordern, hoffen sie, dass ihre Resultate weitere
empirische Untersuchungen zur Rolle von Schwämmen im Kreislauf von
Schadstoffen anregen.
Spitzenforschung für eine Welt im Wandel
Das Ziel der Wissenschaft am Helmholtz-Zentrum Hereon ist der Erhalt einer
lebenswerten Welt. Dafür erzeugen rund 1000 Mitarbeiterinnen und
Mitarbeiter Wissen und erforschen neue Technologien für mehr Resilienz und
Nachhaltigkeit – zum Wohle von Klima, Küste und Mensch. Der Weg von der
Idee zur Innovation führt über ein kontinuierliches Wechselspiel zwischen
Experimentalstudien, Modellierungen und künstlicher Intelligenz bis hin zu
Digitalen Zwillingen, die die vielfältigen Parameter von Klima und Küste
oder der Biologie des Menschen im Rechner abbilden. Damit wird
interdisziplinär der Bogen vom grundlegenden wissenschaftlichen
Verständnis komplexer Systeme hin zu Szenarien und praxisnahen Anwendungen
geschlagen. Als aktives Mitglied in nationalen und internationalen
Forschungsnetzwerken und im Verbund der Helmholtz-Gemeinschaft unterstützt
das Hereon mit dem Transfer der gewonnenen Expertise Politik, Wirtschaft
und Gesellschaft bei der Gestaltung einer nachhaltigen Zukunft.
