VerträglichkeitWie umweltschädlich sind Nanoteilchen?

Titandioxid steckt in Wandfarbe und Sonnencreme und gilt als ungiftig. Doch Wasserflöhen können die Nanopartikel schaden. Die Tiere gelten als ökologische Gradmesser. von 

Wasserfloh der Art Daphnia magna

Wasserfloh der Art Daphnia magna  |  © André Dabrunz / Universität Landau

Für Menschen ist Sonnencreme häufig ein Segen: Dank ihr können wir uns der Sonne aussetzen, ohne Sonnenbrände, Falten und gar Hautkrebs fürchten zu müssen. Ein hauchdünner Film aus nanokleinen Metallpartikeln reflektiert Sonnenstrahlen, bevor sie unsere Zellen schädigen können. Titandioxid heißt der weiße, pulvrige Stoff, dem die Creme ihre schützende Wirkung verdankt. Weil er für Menschen nach bisherigem Kenntnisstand ungiftig ist und eine hohe Deckkraft hat, wird er auch für Wandfarben verwendet. Auch in medizinischen und weiteren kosmetischen Produkten findet sich der Stoff.

Für die Umwelt scheinen die Nanoteilchen allerdings schädlicher zu sein, als bislang angenommen. Eine Studie von Forschern der Universität Koblenz-Landau zeigt, dass im Wasser enthaltene Titandioxid-Partikel Wasserbewohnern wie Wasserflöhen schaden können. Eine erhöhte Konzentrationen Teilchen im Wasser habe Auswirkungen auf die Schwimmfähigkeit der Nachkommen, berichten die Forscher im Magazin Plos One . "Unsere Ergebnisse zeigen, dass Nanomaterialien aquatische Ökosysteme schädigen könnten", sagt Studienleiter Ralf Schulz vom Institut für Umweltwissenschaften der Universität Koblenz-Landau.

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Schulz und seine Mitarbeiter wählten für ihre Versuche Wasserflöhe der Art Daphnia magna . Diese zwischen eins und fünf Millimeter großen Organismen sind zum Einen einfach zu züchten. Zum Anderen reagieren sie besonders sensibel auf veränderte Umweltbedingungen und dienen deshalb bei ökologischen Tests häufig als Stellvertreter für alle anderen Wassertiere. Beim ersten Experiment setzten die Forscher die Kleintiere in Wasser, das mit 0,02 bis zwei Milligramm Titandioxid pro Liter angereichert war. Diese Konzentration liegt um etwa das 50-Fache unter dem Wert, der laut früheren Studien für diese Tiere schädlich ist.

Nanoteilchen schaden Wasserfloh-Babies

Zunächst schien es, als sollten diese Studien Recht behalten: Als die Wissenschaftler die Aktivität und die Schwimmfähigkeit der Tiere testeten, zeigten diese keine Anzeichen von gestörten Bewegungsabläufen. Im zweiten Experiment erlebten die Forscher jedoch eine Überraschung: Als sie die frisch geschlüpften Nachkommen der Wasserflöhe in Becken mit erhöhten Titandioxid-Konzentrationen setzten, veränderte sich deren Schwimmverhalten schon nach kurzer Zeit. "Erstaunlicherweise reagierten diese Jungtiere sensibel auf Titandioxid – das, obwohl sie selbst keinen direkten Kontakt mit dem belasteten Wasser gehabt hatten", sagt Schulz. Während das Titandioxid der älteren Generation nichts anzuhaben schien, hätten sich die jungen Wasserflöhe schon bei sehr geringen Konzentrationen nicht mehr normal bewegt.

Eine Erklärung haben die Forscher dafür noch nicht. Denkbar sei laut Schulz, dass die Partikel sich von außen an die Elterntiere heften und ihnen die Nahrungssuche erschweren. "Oder die Teilchen verstopfen den Darm und verhindern so die Aufnahme von Nährstoffen", sagt der Forscher. So oder so habe das Titandioxid die schwangeren Tiere wahrscheinlich geschwächt, sodass diese den Jungtieren nicht die ausreichende Menge Energie liefern konnten. Diese gestörte Schwimmfähigkeit sei im Freiland eine Gefahr für das Überleben der Tiere. Zudem sei nicht auszuschließen, dass die Krebse auch sensibler auf andere Stressfaktoren wie Pestizide oder Metalle reagieren.

Forscher bemängeln klassische Chemikalientests

Die Forscher schreiben den Nanopartikeln deshalb eine "mechanische Toxizität" zu, die klassische Chemikalientests bisher nicht festgestellt hatten. Diese von der Organisation für wirtschaftliche Zusammenarbeit und Entwicklung (OECD) festgelegten Testverfahren überprüfen nur die Reaktion der jeweils direkt den Stoffen ausgesetzten Tiere – nicht jedoch die nächste Generation. "Wir hoffen daher, dass sich die Behörden um neue Testverfahren und Methoden der Risikobewertung bemühen", sagt der Schulz.

Der Eintrag in Gewässer müsste durch geeignete Verfahren verringert werden. Da Nanopartikel für die Filter der Kläranlagen zu klein sind, müssten möglicherweise weitere Reinigungsstufen eingebaut werden. Sonst sei damit zu rechnen, dass sich die Titandioxid-Konzentration in Freilandgewässern in den kommenden Jahren weiter erhöhe.

Laut Annette Kraegeloh, die am Leibniz-Institut für Neue Materialien in Saarbrücken die Wirkung von Nanopartikeln auf Zellen erforscht, sind die Ergebnisse von Schulz und seinem Team allerdings kein Grund zur Sorge. Die in den Experimenten verwendete Titandioxid-Konzentration sei weitaus höher, als jene Konzentrationen, die für natürliche Gewässer bislang errechnet worden seien. Eine akute Gefahr für aquatische Ökosysteme bestehe momentan also noch nicht.

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Leserkommentare
  1. in anbetracht der tatsache, dass wir die nanoteilchen milliardenfach über unsere sonnencremeverschmierten körper ins wasser befördern, mehr als bedenklich.

    das fehlen bestimmter kleinstlebewesen in den meeren kann früher oder später ein gesamtes ökosystem (zer)stören.

    Eine Leserempfehlung
    • F1reFoX
    • 20. November 2012 12:10 Uhr

    Manchmal frage ich mich, ob wir nicht schon den Punkt überschritten haben, an dem wir noch hätten zurückrudern können. Was wir in den letzten 200 Jahren in unserer Umwelt freigesetzt haben, wirkt sich schon heute katastrophal aus - zumindest die Stoffe von denen wir bescheid wissen. Doch was ist mit all dem anderen Zeug, das wir tagtäglich benutzen?

    Wenn wir selbst bei Sonnencreme blind für die potenziellen Auswirkungen waren, was ist dann mit den Stoffen, die wir emittieren, um unsere Gesellschaft am Laufen zu halten (Stichwort: Energieversorgung)? Was uns da wohl noch an Erkenntnissen blühen könnte, hinterlässt bei mir ein flaues Gefühl im Magen...

    • TDU
    • 20. November 2012 12:17 Uhr

    Vor langer langer Zeit, im vorigen Jahrundert, hiess es mal: Gefahr erkannt, Gefahr gebannt. Heute heisst es: Gefahr erkannt, Gefahr niemals gebannt.

  2. "Eine akute Gefahr für aquatische Ökosysteme bestehe momentan also noch nicht."

    Na da können wir ja weitermachen, wie bisher. Wenn NOCH keine Gefahr besteht (laut aktuellem Wissensstand).
    Und wenn eine besteht, können wir mit allen möglichen und unmöglichen Argumenten die Gefahr totreden bzw. ignorieren. Vortreffliche Beispiele finden sich momentan bei dem Atommüll, dem Artensterben, dem Stickstoffzyklus, oder der niemals endenden Diskussion um den Klimawandel.

    Die ökotoxischen Probleme wie eines hier im Artikel aufgezeigt wird (die zum Beispiel auch durch die mit Fungiziden und Pestiziden behandelten Dämmstoffe verursacht werden) sind noch einmal gemeiner: Wir kennen uns darin geradezu überhaupt nicht aus. Eine Kombination von an sich einzeln unschädlichen Konzentrationen an Stoffen kann dann doch eine nicht vorhergesehene tödliche Folgewirkung haben.
    Und wie schon von den anderen Lesern erwähnt - es gibt so viele Stoffe, dass keiner mehr den Überblick hat. Das EU-Projekt REACH versucht hier noch was zu deichseln, wohl kaum mehr als ein Tropfen auf den heißen Stein.

    Eine Leserempfehlung
    • samyka
    • 20. November 2012 13:37 Uhr

    Erstens ist Titandioxid kein Metall! Titan ist das Metall, Titandioxid ein Salz. Chemische Verbindungen zwischen Metallen und Nichtmetallen nennt der Chemiker Salze.

    Zweitens sind Wasserflöhe nie schwanger. Beim Menschen spricht man von Schwangerschaft, beim Tier von Trächtigkeit. (Das Deutsche kennt soviele schöne Wörter! Warum benutzt man nur immer so wenige davon?)Zudem legen auch Wasserflöhe Eier, die ihre Entwicklung dann allerdings in einer Bruthöhle unter dem Panzer der Mutter beenden. Schwangerschaft/Trächtigkeit im eigentlichen Sinne ist das aber nicht!

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    Salze i.e.S. zeichnen sich durch ein ausgesprochen ionisches Bindungsgefüge aus.

    Beim diskutierten Oxid hat es doch eher den Anschein, als ob es sich um eine ausgeprägt kovalente Bindung zwischen Ti und O handeln könnte? Der Hybridiserungszustand und die hohe Zahl an Kristallmodifikationen in Verbindung mit den Phaseneigenschaften sollten die "Salztheorie" auch überdenkenswert erscheinen lassen.

    MfG KM

  3. 6. Ähem,

    Salze i.e.S. zeichnen sich durch ein ausgesprochen ionisches Bindungsgefüge aus.

    Beim diskutierten Oxid hat es doch eher den Anschein, als ob es sich um eine ausgeprägt kovalente Bindung zwischen Ti und O handeln könnte? Der Hybridiserungszustand und die hohe Zahl an Kristallmodifikationen in Verbindung mit den Phaseneigenschaften sollten die "Salztheorie" auch überdenkenswert erscheinen lassen.

    MfG KM

    Antwort auf "Noch mal!"
    • nikkoz
    • 20. November 2012 18:27 Uhr

    Als wäre das nicht genung: Auch in Kinderspielzeug, Nahrungsmitteln, Kleidung und Zahnpasta sollen Nanopartikel vorkommen (Quelle: http://wissenschaftundschreie.wordpress.com/2012/11/17/nanopartikel-gefa...).

    Eine Leserempfehlung
  4. Man könnte ja direkt das hier erwähnte Nanoteilchen nennen.
    Aber anstatt zu schreiben "Wie umweltschädlich sind Nanoteilchen?" könnte man auch schreiben "Wie umweltschädlich sind Gebäude?" oder "Wie umweltschädlich sind Fahrzeuge?"
    Und dann geht man nur auf ein Atomkraftwerk oder einen Bagger ein.
    Wenigstens die etwas wie "hey, es gibt sehr sehr viele davon, müssen nicht alle schädlich sein" oder ähnliche wäre Wünschenswert.

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  • Quelle ZEIT ONLINE, dapd
  • Schlagworte OECD | Hautkrebs | Konzentration | Pestizid | Tier | Saarbrücken
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