Addressing inaccuracies in predicting ecological risk of pesticide : influence of environmental factors and long-term detriment at sublethal concentrations

Russo, Renato; Ließ, Matthias Erwin Fritz (Thesis advisor); Hollert, Henner (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021, 2022)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

Obwohl Pestizide vor ihrer Marktzulassung einem abgestuften Regulierungsrahmen zur Vorhersage des damit verbundenen ökologischen Risikos unterliegen, bedroht ihre Anwendung weltweit die Integrität der Lebenssgemeinschaften in Gewässern. Es ist offensichtlich, dass der gegenwärtige Rahmen für die ökologische Risikobewertung, der die Auswirkungen von Pestiziden meist auf der Grundlage von Labor-Standardtests vorhersagt, kein ausreichendes Schutzniveau bietet. Die vorliegende Arbeit befasste sich mit einigen der Faktoren, die nicht in den gegenwärtigen Rahmen der Risikobewertung integriert sind und daher dazu beitragen, die Auswirkungen von Pestiziden im Feld über die Vorhersagen hinaus zu verstärken. Diese Forschung konzentrierte sich insbesondere auf: (i) die Erforschung biomolekularer Veränderungen mit Hilfe von Metabolomik-Techniken, um jene Metaboliten zu identifizieren, die bei wirbellosen Süßwasserlebewesen nach einer Pestizid-Exposition verändert werden können und daher potenziell als frühes Screening-Instrument für schädliche Wirkungen eingesetzt werden können und deren phänotypische Manifestation häufig verzögert wird (Kapitel 3). (ii) Vergleich der Empfindlichkeit von Organismen unter verschiedenen Bedingungen oder von verschiedenen Populationen unter gleichen Bedingungen durch Labortoxizitätstests. Die gewonnenen Daten wurden zur Umsetzung von Modellen verwendet, die eine Analyse des Einflusses verschiedener Umweltfaktoren auf die Empfindlichkeit von Nicht-Zielinvertebraten, die Wirkung wiederholter Expositionen und die Entwicklung von Resistenzen gegenüber Pestiziden ermöglichten (Kapitel 2, Kapitel 4).(iii) die Dynamik von Populationen, die Pestiziden ausgesetzt sind, im Ökosystem zu beurteilen. Die ausgewählten Probenahmestellen deckten ein breites Spektrum von Faktorenkombinationen ab, wie z.B. Pestiziddruck, Jahreszeit der Probenahme, Artenvielfalt, Entfernung von nicht belasteten Fließgewässerabschnitten. Diese Bedingungen gewährleisteten eine eingehende Analyse des Einflusses jeder Variablen auf die Abundanz und die Resistenzentwicklung wirbelloser Süßwasserlebewesen (Kapitel 2, Kapitel 4).Die Ergebnisse dieser Forschung zeigten, dass:(i) Pestizidkonzentrationen weit unterhalb der regulatorisch akzeptablen Konzentrationen Stoffwechselveränderungen in exponierten Süßwasserarten verursachte. Solche Veränderungen spiegelten einen erhöhten Energiebedarf wider, der sich potenziell in einer verminderten Fitness niederschlagen kann, was die phänotypisch verzögerten schädlichen Auswirkungen erklärt, die häufig in wirbellosen Süßwassertiergemeinschaften beobachtet werden, die in landwirtschaftlichen Flüssen subletalen Pestizidkonzentrationen ausgesetzt sind (Kapitel 3). (ii) die Toxizität von Pestiziden gegenüber Süßwasserkrebsen wurde durch die Interaktion mit natürlichen Stressoren (Kapitel 2, Kapitel 4), nämlich Temperaturstress und hohe intraspezifische Konkurrenz, verstärkt. Darüber hinaus erhöhte im Feld eine wiederholte Exposition gegenüber Pestiziden die Empfindlichkeit von wirbellosen Süßwasserkrebsen, wenn die folgende Exposition innerhalb einer Generation auftrat (Kapitel 2). (iii) verschiedene Umweltfaktoren beeinflussten die Resistenzentwicklung bei wirbellosen Süßwasserlebewesen. Insbesondere wurde die Resistenz hauptsächlich durch den Grad der Verschmutzung, aber auch durch jahreszeitliche Schwankungen, die Verfügbarkeit von unbelasteten Rückzugsgebieten und die Artenvielfalt bestimmt (Kapitel 4). Zusammenfassend lässt sich sagen, dass diese Ergebnisse zur Verbesserung der Vorhersagekraft von laborgestützten Standardtests verwendet werden könnten. Kenntnisse über verzögerte Wirkungen subletaler Pestizidkonzentrationen und über den Einfluss von Umweltfaktoren bei der Verstärkung der Pestizidwirkungen in der Natur sollten in die Regelungsverfahren einbezogen werden, um den derzeitigen Rahmen für die Risikobewertung für Süßwasser-Ökosysteme und die wertvollen Dienstleistungen, die sie erbringen, besser zu schützen.

Einrichtungen

• Fachgruppe Biologie [160000]
• Lehr- und Forschungsgebiet System-Ökotoxikologie (UFZ Leipzig) [164120]