Flache Süßwasser-Lebensräume bieten wichtige Ökosystem-Funktionen, sind aber von multiplen Stressoren bedroht. Während die Reaktion auf den globalen Klimawandel wahrscheinlich eher graduell ist, sind abrupte Veränderungen möglich, wenn kritische Schwellenwerte durch zusätzliche Effekte lokaler Stressoren überschritten werden. Die Analyse dieser Effekte ist komplex, da Stressoren additiv, synergistisch oder antagonistisch wirken können. CLIMSHIFT zielt auf ein mechanistisches Verständnis von Stressor-Interaktionen, die auf flache aquatische Ökosysteme wirken. Diese sind aufgrund ihrer hohen Oberfläche-zu-Volumen-Verhältnisse, der großen Ufer-Grenzfläche und der Grundwasser-Konnektivität besonders anfällig für Klimaerwärmung und Stoffeinträge aus landwirtschaftlichen Einzugsgebieten. Die komplexen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Primärproduzenten sowie assoziierten Konsumenten führen zum Auftreten stabiler Regime, und multiple Stressoren können nichtlineare Übergänge zwischen diesen Regimen auslösen, mit weitreichenden Folgen für entscheidende Ökosystemprozesse und -funktionen. Unsere Haupthypothese ist, dass erhöhte Temperaturen die negativen Auswirkungen der landwirtschaftlichen Stoffeinträge, die Nitrat, organische Pestizide und Kupfer enthalten, verstärken. Submerse Makrophyten, Periphyton und Phytoplankton als Primärproduzenten werden kombiniert mit Schnecken, die Periphyton und Pflanzen fressen, sowie benthischen und pelagischen Phytoplankton-Filtriern, Dreissena und Daphnien. Wir testen unterschiedliche Expositionsszenarien auf zwei räumlichen Skalen, Mikrokosmen im Labor und Mesokosmen im Freiland, um Effekte auf individueller, gemeinschaftlicher und ökosystemarer Ebene zu verstehen. Während des gesamten Projekts werden die Experimente durch Modellierungen ergänzt, um kritische Schwellwerte zu simulieren und Stress-Interaktionen vorherzusagen. Die Modellentwicklung wird in Zusammenarbeit mit allen Arbeitspaketen durchgeführt, um empirische Ergebnisse zu integrieren, unterschiedliche räumliche und zeitliche Skalen zu verknüpfen und Ergebnisse zu extrapolieren. Wir erwarten, dass kombinierte Stressoren zu plötzlichen Verschiebungen der Gemeinschaftsstruktur führen. Submerse Makrophyten werden voraussichtlich durch Phytoplankton oder benthische Algen ersetzt, mit Konsequenzen für wichtige Ökosystemfunktionen. Die Stärke unseres Antrages liegt darin, dass ökotoxikologische Stressindikatoren der Organismen wie Wachstum und Biomarker mit funktionalen Gemeinschafts-/Ökosystemansätzen kombiniert werden, die den Metabolismus und die Dynamik des Ökosystems betrachten. Das kombinierte Know-how von 5 Laboren mit komplementärem Fachwissen und allen notwendigen Einrichtungen wird die spezifische Projektfähigkeit sicherstellen. Unsere Ergebnisse sollen dazu beitragen, safe operating spaces/sichere Handlungsräume für eine nachhaltige Landwirtschaft und das Management von flachen aquatischen Ökosystemen in einer sich verändernden Welt zu definieren.
Zielsetzung: Europäische Regelwerke zur Minderung der Risiken bei Tätigkeiten mit Gefahrstoffen liegen vor und werden weiterentwickelt (z. B. REACH). Expositionsszenarien spielen hierbei eine wichtige Rolle. Daher ist ein Vergleich von Expositionen über Landesgrenzen hinweg sinnvoll, der zum Ziel hat zu untersuchen, wie hoch Expositionen in Abhängigkeit von Arbeitsbereich, Arbeitsverfahren und Schutzmaßnahmen sind, wie die methodische Vorgehensweise bei der Ermittlung ist und wie sich dokumentierte Daten vergleichen lassen. Das Projekt baut auf Erfahrungen eines von der European Foundation for the Improvement of Living and Working Conditions geförderten Projekts aus der Mitte der 1990er-Jahre auf, an dem Institute aus Nordamerika und Europa, darunter auch das Berufsgenossenschaftliche Institut für Arbeitsschutz - BGIA, beteiligt waren. Die Expositionssituation in Frankreich und Deutschland für die arbeitsschutzrelevanten krebserzeugenden Gefahrstoffe Formaldehyd, Benzol, Cadmium und Trichlorethylen soll ausgewertet werden und es soll untersucht werden, ob sie tendenziell vergleichbar ist bzw. in ausgewählten Branchen und Arbeitsbereichen übereinstimmt. Aktivitäten/Methoden: Die Expositionsdatenbanken Chemical exposure data base (COLCHIC), geführt und ausgewertet vom Institut National de Recherche et de Sécurité (INRS) aus Frankreich, und Messdaten zur Exposition gegenüber Gefahrstoffen am Arbeitsplatz (MEGA), geführt und ausgewertet vom BGIA, sollen hinsichtlich ihres quantitativen und qualitativen Leistungsumfanges charakterisiert werden. Die detaillierte Analyse der Datenbanken soll am Beispiel der ausgewählten krebserzeugenden Gefahrstoffe Benzol, Formaldehyd, Cadmium und Trichlorethylen erfolgen. Hierzu gehören die Untersuchung der den Messwert beeinflussenden Variablen, wie z. B. die Mess- und Analysensysteme, die hinterlegten Schlüsselverzeichnisse der Branchen, Arbeitsbereiche und Tätigkeiten, die als primäre Selektionskriterien in den Datenbanken fungieren, sowie die statistischen Parameter.
Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzengesundheit und Wachstum Der Einfluss von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen (Tomaten, Rosen) wurde unter Laborbedingungen in einer sogenannten Modenverwirbelungskammer untersucht. Getestet wurden biochemische Veränderungen, Stressreaktionen, Genexpression und Wachstum. Bei Tomaten wurde nach einer schwachen und kurzfristigen Einwirkung ein Einfluss hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf die Genexpression beobachtet. Das Wachstum von Rosen war nicht durch hochfrequente elektromagnetische Felder unterhalb der Grenzwerte beeinflusst. Projektleitung: Institut für Nutzpflanzenwissenschaften und Ressourcenschutz, Rheinische Friedrich–Wilhelms–Universität Bonn Beginn: 01.10.2023 Ende: 30.09.2025 Finanzierung: 503.452 Euro Hintergrund Einige Menschen äußern die Besorgnis, dass die hochfrequenten elektromagnetischen Felder des Mobilfunks Pflanzen schädigen könnten. Einen wissenschaftlichen Beleg für einen derartigen Zusammenhang gibt es nicht. Der Vorschlag für das Forschungsvorhaben ergab sich aus den Ergebnissen des internationalen BfS-Workshops zu Umwelteffekten elektromagnetischer Felder , der im Jahr 2019 in München stattfand. Dort zeigte sich unter anderem, dass der Kenntnisstand zu den Wirkungen von hochfrequenten Feldern auf Pflanzen unzureichend ist. Laborstudien der französischen Universität Angers zeigten folgendes Ergebnis: Wurden Pflanzen hochfrequenten elektromagnetischen Feldern ausgesetzt ( Exposition ), dann kam es zu einem Anstieg bestimmter Botenstoffe, veränderte sich der Energiestoffwechsel und ebenso die Genexpression (Umsetzung der genetischen Information). Diese Vorgänge werden als Stressreaktionen gewertet. Um diesen Hinweisen nachzugehen, wurde eine Replikationsstudie durchgeführt. Zielsetzung Der Einfluss von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen wurde unter Laborbedingungen in einer Modenverwirbelungskammer untersucht. Dabei handelte es sich um einen durch metallische Wände geschirmten Raum. In diesem werden im Bereich der Prüflinge (hier: Pflanzen) elektromagnetische Felder erzeugt ( sog. Prüfvolumen). Die elektrische Feldstärke ist in dem Prüfvolumen räumlich möglichst gleichmäßig. Im zeitlichen Mittel zeigt das elektrische Feld in keine bevorzugte Richtung. Seine Richtung ändert sich also ständig. Diese Feldeigenschaften werden erreicht, indem das von einer Antenne erzeugte Feld durch bewegliche metallische Flächen ( sog. „Modenrührer“ oder – wie in dieser Studie – bewegliche Kammerwände) ständig verändert wird. So entsteht ein reproduzierbares Feld , das reale Expositionsszenarien repräsentiert. Dadurch werden der Vergleich verschiedener Studien, die Modenverwirbelungskammern einsetzen, sowie die gleichzeitige Exposition mehrerer Prüflinge (Pflanzen) ermöglicht. In dem Forschungsvorhaben wurden Tomaten und Rosen definierten hochfrequenten Feldern unterhalb des Grenzwerts für Mobilfunksendeanlagen ausgesetzt. Getestet wurden biochemische Veränderungen, Stressreaktionen, Genexpression und Wachstum. Schematische Darstellung einer Modenverwirbelungskammer Durchführung Die gleichzeitige Exposition mehrerer Pflanzen erfolgte in einer Modenverwirbelungskammer. Dort wurden elektromagnetische Felder mit einer Frequenz von 900 Megahertz ( MHz ) und elektrischen Feldstärken von 0 Volt pro Meter (V/ m ) (Kontrolle – Scheinexposition), 5 V/ m und 40 V/ m erzeugt. Die Exposition dauerte jeweils 15 Minuten (Tomaten) oder dreimal 30 Minuten (Rosen) und erfolgte verblindet. Während der Experimente war also nicht bekannt, ob die Pflanzen den Feldern ausgesetzt wurden oder nicht. Proben von exponierten und scheinexponierten Tomaten wurden 0, 15, 30 und 60 Minuten nach Ende der Exposition entnommen. Ebenso wurde eine Positivkontrolle durchgeführt, um die Zuverlässigkeit der Messmethode zu prüfen. Bei den Positivkontrollen wurden die Pflanzen gezielt zur Auslösung einer Stressreaktion verletzt, indem ein Blatt angeschnitten oder gequetscht wird. Steigt dadurch die Genexpression wie erwartet an, wird damit die Nachweisbarkeit einer Wirkung bestätigt. Über den Nachweis der Genexpression lässt sich somit zuverlässig auf die Wirkung bei der Pflanze durch den Einfluss von bspw. elektromagnetischen Feldern schließen. Bei den exponierten und scheinexponierten Tomaten sowie der Positivkontrolle wurden deshalb folgende Analysen durchgeführt: Untersuchung der Genexpression: Veränderungen in der Expression einzelner Gene wurden bekannten Signalwegen zugeordnet. Prüfung, ob es sich um eine systemische Reaktion der Pflanzen handelt. In dem Fall würde die Exposition eines einzelnen Blattes eine Reaktion der gesamten Pflanzen hervorrufen. Bei Rosen wurde nach der Exposition die Geschwindigkeit des Wachstums und die Ausrichtung der Äste beobachtet. Aufbau des Experiments im Forschungsvorhaben Ergebnisse Zu Beginn der Studie wurde der aktuelle wissenschaftliche Kenntnisstand zu Wirkungen von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern auf Pflanzen mittels einer Recherche in der Fachliteratur zusammengefasst. Die vorliegenden Studien beschreiben überwiegend negative Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzen. Viele dieser Studien weisen jedoch qualitative Mängel auf – etwa aufgrund unzureichender Durchführung, mangelhafter Beschreibung oder ungeeigneter Expositionsanlagen. Insgesamt lässt der derzeitige wissenschaftliche Kenntnistand keine ausreichend begründeten Schlüsse über potenzielle Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf Pflanzen zu. Die Exposition von Tomatenpflanzen gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern mit einer höheren Feldstärke (40 V/ m ) und der mechanische Stress durch Anschneiden der Blätter hatten die gleiche Wirkung: Beide führten zu einer eher geringen Änderung der Genexpression im Vergleich zur Scheinexposition (0 V/ m ). Im Gegensatz dazu war die Genexpression bei der geringeren Feldstärke von 5 V/ m im Vergleich zu nicht exponierter Kontrolle deutlich verstärkt. Diese Ergebnisse bestätigen die Ergebnisse aus Frankreich. Eine nachgeschaltete Analyse der Veränderungen der Genexpression nach einer Exposition mit 5 V/ m , deutet auf dieselben Prozesse hin, die auch von der französischen Arbeitsgruppe berichtet wurden. Hierunter fallen beispielsweise Energiemetabolismus, oxidativer Stress und Kalzium-Gleichgewicht. Demgegenüber konnten die folgenden Ergebnisse der französischen Studie nicht bestätigt werden: Anstieg der Genexpression bestimmter Zielgene nach einer Exposition gegenüber hochfrequenten elektromagnetischen Feldern. Systemische Antwort bei Tomaten, also eine Reaktion der gesamten Pflanze nach der Exposition einzelner Blätter. Hinweise, dass mögliche Wirkungen hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf die Genexpressionsänderungen durch das Pflanzenhormon Abszisinsäure oder durch den Nährstoff Kalzium vermittelt werden. Bei den Versuchen mit Rosen konnten keine statistisch signifikanten Unterschiede im Haupt- oder Seitensprosswachstum zwischen Exposition und Scheinexposition beobachtet werden. Was den Hauptspross betrifft, entspricht das den Ergebnissen aus Frankreich. Im Gegensatz dazu konnten die dort beobachteten Wirkungen auf das Seitensprosswachstum in dem BfS -Forschungsvorhaben nicht bestätigt werden. Es wurde dieselbe Rosenart verwendet wie in Frankreich und es fiel auf, dass das Wachstum der einzelnen Rosenstecklinge sehr variabel war. Eine potenzielle Wirkung hochfrequenter elektromagnetischer Felder auf das Wachstum von Rosen war damit deutlich geringer als die biologische Variabilität von Rosenstecklingen. Zusammenfassend kann man festhalten, dass die Ergebnisse aus Frankreich in einem wesentlichen Punkt bestätigt werden: Eine Exposition mit hochfrequenten elektromagnetischen Feldern einer Frequenz von 900 MHz und mit einer elektrischen Feldstärke von 5 V/ m führt zu wesentlichen Veränderungen in der Genexpression, die ausgeprägter sind als bei 40 V/ m . Die beteiligten Gene können im weitesten Sinne Stressreaktionen zugeordnet werden, wie sie auch im Freiland infolge von Umwelteinflüssen eintreten können. Es sind Gene, die an unterschiedlichen Prozessen beteiligt sind, wie zum Beispiel an der Reaktion auf Strahlung wie Licht, UV , aber auch ionisierende, also sehr energiereiche Strahlung , an der Photosynthese und an metabolischen Reaktionen im Zusammenhang mit Adenosintriphosphat (ATP) und Kalzium. Die stärkere Wirkung der geringeren elektrischen Feldstärke ist unerwartet. Die potenziellen Wirkmechanismen sollten weiter untersucht werden. Wirkungen auf das Pflanzenwachstum wurden nicht beobachtet und die beschriebenen Stressreaktionen bedeuten keine Schädigung der Pflanzen, sondern sind natürliche Reaktionen auf äußere Einflüsse. Stand: 07.05.2026