TY - THES A3 - Witte, Klaudia AB - Nanopartikel (NP), darunter vor allem Silber (Ag) NPs und Titandioxid (TiO2) NPs sind heutzutage in einer Vielzahl von Konsumgütern enthalten, und werden durch den täglichen Gebrauch in das urbane Abwasser und damit in die aquatische Umwelt eingeleitet. Die Toxizität von unbehandelten („pristine“) AgNPs und TiO2NPs auf das aquatische Ökosystem ist hinreichend bekannt. Diese Betrachtung spiegelt aber kein realistisches Bild der Belastung von aquatischen Ökosystemen wider. Während des Klärprozesses in kommunalen Kläranlagen und damit vor dem Eintrag von NPs in die Umwelt, finden Transformationsprozesse statt, die einen großen Einfluss auf deren Toxizität haben können. Eine ökotoxikologische Analyse von sogenannten „wastewater-borne“ NPs wurde bisher nicht ausreichend durchgeführt. Das Projekt „FENOMENO - Fate and effect of wastewater-borne manufactured nanomaterials in aquatic ecosystems” hatte sich daher zum Ziel gesetzt das Verhalten, mit möglichen Transformationsprozessen von NPs zu analysieren und zu charakterisieren und das ökotoxikologische Potential von „wastewaterborne“ AgNPs und TiO2NPs entlang der aquatischen Nahrungskette, Alge-Daphnia-Fisch, zu untersuchen. Im Rahmen dieses Projektes, habe ich in meiner Doktorarbeit die Auswirkungen von „wastewater-borne“ AgNPs und TiO2NPs auf zwei Schlüsselorganismen des aquatischen Ökosystems, Daphnia magna und Danio rerio, untersucht. Im Speziellen habe ich dabei Studien zum Verhalten von D. magna und D. rerio, zum Reproduktionserfolg von sechs aufeinander folgenden Generationen von D. magna unter dem Einfluss von „wastewaterborne“ AgNPs und TiO2NPs durchgeführt. Alle Studien wurden in Konzentrationsbereichen im umweltrelevanten Bereich (basierend auf PEC Werten) und im Vergleich mit „pristine“ AgNPs und TiO2NPs durchgeführt, um eine Aussage über die Toxizität der NPs im Ausfluss der Kläranlage zu treffen. Darüber hinaus habe ich die Ausbildung von Abwehrmechanismen gegenüber Fressfeinden bei D. magna unter dem Einfluss von „pristine“ AgNPs und das Nahinfrarot Sehen von D. rerio Larven untersucht. Ich konnte mit den durchgeführten Experimenten zeigen, dass die Toxizität von „wastewater-borne“ AgNPs im Vergleich zu „pristine“ AgNPs signifikant reduziert ist. So zeigten sich in der Mehrgenerationsstudie mit D. magna keine negativen Effekte auf wichtige Parameter des Lebenszyklus, wie Reproduktionserfolg, Körperlänge oder Tag der ersten Nachkommenschaft. Die Behandlung mit „pristine“ AgNPs führte dagegen zu einer signifikanten Reduktion des Reproduktionserfolgs in allen sechs untersuchten Generationen. Dieses Ergebnis konnte durch die Auswertung von verhaltensrelevanten Endpunkten in den durchgeführten Verhaltensstudien, wie Schwimmhöhe, Ortswechsel und Aufenthaltszeit für D. magna und Schwimmgeschwindigkeit und zurückgelegte Distanz für D. rerio Larven, untermauert werden. Die reduzierte Toxizität von „wastewaterborne“ AgNPs kann hauptsächlich durch die Transformation von AgNPs zu Silbersulfid (Ag2S) erklärt werden. Durch die geringe Wasserlöslichkeit und die verringerte Bildung von Ag+ Ionen ist die Bioverfügbarkeit von Ag deutlich reduziert worden, wodurch das toxische Potential von Ag für aquatische Organismen deutlich sinkt. Weitere Experimente mit umweltrelevanten Konzentrationen an „wastewater-borne“ und „pristine“ TiO2NPs zeigten keinen Einfluss auf Verhaltensrelevante- und Lebenszyklusparameter in beiden untersuchten Schlüsselorganismen. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass keine Ausbildung von Abwehrmechanismen gegenüber Fressfeinden in der nachfolgenden Generation stattfindet, wenn adulte D. magna mit „pristine“ AgNPs behandelt wurden, obwohl sie diese selber zeigen. Die Nachkommen von adulten Daphnien, die mit „pristine“ AgNPs behandelt wurden, zeigten signifikant verringerte Endpunkte, wie z.B. verkürzte Stachelspitze im Verhältnis zur Körperlänge. Dieser Effekt konnte bei „pristine“ TiO2NPs nicht nachgewiesen werden, da hier die Ausbildung der Abwehrmechanismen auch in der nächsten Generation nicht negativ beeinflusst wurde. Entgegen aller bisherigen Annahmen konnte ich zeigen, dass D. rerio Larven nahinfrarotes Licht (NIR) bis zu einer Wellenlänge von 860 nm wahrnehmen können und ein negativ phototaktisches Verhalten zeigen. Dieses Muster ist auch bei visuellem Licht zu erkennen. Wellenlängenbereiche ab 960 nm werden von den Larven nicht mehr wahrgenommen und können für Verhaltensversuche als „dunkele“ Lichtquelle verwendet werden. Durch die Einbeziehung von natürlichen Transformationsprozessen im Lebenszyklus von NPs und von umweltrelevanten Konzentrationen kann meine Arbeit eine realistischere Risikoabschätzung von AgNPs und TiO2NPs für aquatische Organismen liefern. Zusammenfassend habe ich herausgefunden, dass das ökotoxikologische Potential von „wastewater-borne“ NPs als sehr gering einzuschätzen ist und das Risiko für das aquatische Ökosystem bislang deutlich überschätzt wurde. Diese Aspekte sollten in der Risikobewertung und Zulassung von Nanopartikeln, aufgrund ihrer besonderen chemischen Eigenschaften untersucht und berücksichtig werden. Das Wahrnehmen von NIR-Licht von D. rerio Larven stellt zudem eine wichtige Erkenntnis für ökotoxikologische Untersuchungen dar. AU - Hartmann, Sarah DA - 2019 DO - 10.25819/ubsi/1339 KW - Umwelttoxikologie KW - Umwelt KW - Kläranlage KW - Großer Wasserfloh KW - Zebrabärbling KW - Ecotoxicology KW - wastewater KW - Daphnia magna KW - Danio rerio larvae LA - eng PY - 2019 TI - Ecotoxicological impacts of wastewater-borne silver and titanium-dioxide nanoparticles on the behaviour, physiology and reproduction of Daphnia magna and Danio rerio larvae TT - Ökotoxikologische Auswirkungen von abwassergetragenen Silber- und Titandioxid-Nanopartikel auf der Verhalten, Physiologie und Reproduktion von Daphnia magna und Danio rerio-Larven UR - https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:hbz:467-15825 Y2 - 2024-11-22T05:54:57 ER -