A test concept for bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) was recently described. It was shown that the Hyalella bioconcentration factors (BCFs) derived for compounds with different hydrophobic characteristics (log Kow 2.4 – 7.8) show a strong correlation to those from fish tests. This project was carried out to elucidate the suitability of the HYBIT test for testing an extended range of substance classes including difficult to test compounds and, if required, to further enhance the test concept. The bioaccumulation potential of highly lipophilic UV stabilisers and ionic organic PFAS as well as silver, titanium dioxide and gold nanomaterials were tested. The two possible set-ups to conduct bioconcentration studies with H. azteca using a semi-static test set-up or a flow-through approach were applied. The solvent-facilitated and solvent-free application of the hydrophobic test compounds were compared. Due to the difficulties regarding the aqueous exposure of nanomaterials, biomagnification studies were also carried out as part of this project. We could show that the HYBIT approach permits the application of difficult to test compounds and enables to derive bioaccumulation endpoints for regulatory assessment. Due to the shorter exposure periods required, and the smaller experimental units used, the HYBIT approach provides several advantages in comparison to the flow-through fish test. As a non-vertebrate test, the Hyalella bioconcentration (or biomagnification) test may help to further reduce the amount of fish required for the regulatory testing of chemicals. Veröffentlicht in Texte | 134/2022.
Bioconcentration tests with the freshwater amphipod Hyalella azteca (HYBIT) have been proposed as alternatives to fish tests, and the respective experimental BCF values show promising correlations. It is still unclear whether the HYBIT test is also suitable for highly hydrophobic chemicals, such as the UV stabilizers UV-234 and UV-329. In order to estimate the range in which the uptake rate constant k1 would be expected for these substances, a prediction method for k1 in H. azteca was developed. As a result, experimental literature values appear plausible compared to the predicted values within the given uncertainties. The main uncertainties for the prediction are the uncertainty of the determination of the octanol/water partition coefficient and the chemical’s binding to organic matter in water (TOC). Compared to fish tests, HYBIT seems promising for superhydrophobic substances, not only because of the experimental advantages such as smaller experimental units. Veröffentlicht in Texte | 40/2023.
Als Werkzeuge für das Biomonitoring von Arzneimitteln wurden Wirkmechanismus-basierte in vitro-Assays entwickelt, durch die der Nachweis von Wirkungen zweier Arzneimittelgruppen, entzündungs-hemmender Schmerzmittel, wie Diclofenac (NSAIDs) und Beta-Blocker, wie Metoprolol. möglich ist. Hierfür wurden stabile Zelllinien entwickelt, die Wirkmechanismus-basierte sensorische und signal-gebende rekombinante Proteine exprimieren. Diese ermöglichen die schnelle Visualisierung von Fluo-reszenzsignaländerungen in den lebenden Zellen. Darauf aufbauenden Mikroplattenformat-Assays wurden für die quantitative Bestimmung von Metoprolol- und Diclofenac-Aktivität in Kläranlagenab-läufen erfolgreich eingesetzt um die Relevanz und Eignung dieser Tests zum Abbilden von Wirkungen bei Freilandrelevanten aquatischen Organismen zu zeigen, wurden parallel Wirkuntersuchungen mit Fischen (Bachforellen und deren Eier), Krebstieren (Flohkrebsen, Daphnien), Schnecken und mit im Sediment lebenden Würmern durchgeführt. Die Untersuchungen fanden (1) unter kontrollierten Laborbedingungen mit Einzelsubstanzen und binären Mischungen, (2) in aquatischen Mesokosmen (Fließrinnen) sowie im Freiland in einem Durchflusssystem, das vom Ablauf einer kommunalen Kläranlage gespeist war, statt. An den exponierten Organismen wurden sowohl populationsrelevante Endpunkte, wie Mortalität, Fruchtbarkeit oder Reproduktion, als auch Biomarker (Reaktionen von Stressproteinen und Parame-tern, die oxidativen Stress anzeigen sowie histologische Veränderungen) untersucht, die den Gesund-heitsstatus der Individuen abbilden. Quelle: Forschungsbericht
Mit Band 2 wird die Erhaltungssituation vieler Artengruppen der deutschen Meeresgebiete analysiert: 1. In der Roten Liste der Meeresfische wurde durch die erstmalige Anwendung der neu gefassten Etablierungskriterien das Artenspektrum auf knapp 100 Arten verringert. 2. Die ca. 1.250 Arten der bodenlebenden wirbellosen Tiere verteilen sich auf die Gruppen: - Schwämme (Porifera) - Nesseltiere (Cnidaria) - Weichtiere (Mollusca) - Vielborster (Polychaeta) - Wenigborster (Oligochaeta) - Igelwürmer (Echiurida) - Asseln (Isopoda) - Zehnfüssige Krebse (Decapoda) - Stachelhäuter (Echinodermata) - Seescheiden (Ascidiacea). Erstmalig aufgenommen wurden: - Seepocken (Balanomorpha) - Kumazeen (Cumacea) - Flohkrebse (Amphipoda) - Asselspinnen (Pantopoda) - Moostierchen (Bryozoa) - Schädellose (Acrania). In der Roten Liste der marinen Makroalgen finden sich rund 350 Vertreter der - Grünalgen (Chlorophyta) - Braunalgen (Phaeophyceae) - Rotalgen (Rhodophyta).
Lebensraum der benthischen Wirbellosen (Makrozoobenthos (MZB) = Makrofauna) ist der Meeresboden und die Pflanzenbestände, die den Meeresboden bewachsen. Das Makrozoobenthos lebt meist im Boden selbst (Infauna). Dabei gibt es nahezu ausschließlich Wirbellose, die im Sediment also den Weichböden siedeln, aber kaum Arten, die befähigt sind in Gestein zu bohren also im Hartsubstrat vorkommen. Viele Wirbellose leben aber nicht im sondern auf dem Meeresboden (Epifauna) und zwar sowohl auf Weich- als auch Hartböden. Viele epibenthisch lebende Wirbellose sind vagil, also frei beweglich, doch auch am Untergrund anhaftende oder verankerte und damit sessile Tiere gibt es unter ihnen. Von der Epifauna können Wirbellose, die mit Pflanzenbeständen vergesellschaftet sind, weiter spezifiziert werden. Viele verschiedene Tiergruppen besiedeln den Meeresgrund. Zu den artenreichsten und zahlenmäßig dominierenden Gruppen zählen die Borstenwürmer (Polychaeta), Flohkrebse (Amphipoda), Muscheln (Bivalvia) und Schnecken (Gastropoda). Der Sedimenttyp bestimmt, welche Tiere sich auf oder im Meeresboden ansiedeln. So sind die Weichbodengebiete (z. B. Sand, Schlick oder Kies) ohne Vegetation dominiert von Borstenwürmern und Muscheln. Gebiete mit Vegetation und Hartbodengebiete (z. B. Steine, Blöcke oder Buhnen) sind typischerweise geprägt von Epifauna, wie Flohkrebsen und anderen Krebstieren sowie Schnecken. Abb. 1: Die Ein- und Ausstromöffnungen der im Weichboden lebenden Sandklaffmuscheln (oben links), eine Wellhornschnecke auf tiefliegendem Schlickgrund (oben rechts), eine Seescheide, Meeresassel auf Seegrasblättern (unten links) und eine Ostseegarnele in mitten von Seescheiden auf einem Brauntang (unten rechts). Die bestimmenden Faktoren für die Verteilung einzelner Arten und die Zusammensetzung der Faunengemeinschaften sind Salzgehalt, Wassertiefe und, wie oben beschrieben, die Form des Untergrundes. Dabei hängen Salzgehalt und Wassertiefe eng zusammen. Eine sogenannte Sprungschicht, die sich in etwa bei 15 m Wassertiefe in den offenen Küstengewässern befindet, trennt eine obere Wasserschicht mit niedrigerem Salzgehalt und höherer Temperatur von einer tieferen Wasserschicht mit höherem Salzgehalt und niedrigerer Temperatur. Die Artenvielfalt ist höher in den salzreicheren, tiefer liegenden Meeresböden. Der überwiegende Teil der Küstengewässer liegt oberhalb der saisonalen Sprungschicht. Neben dem vertikalen gibt es auch einen horizontalen Salzgehaltsgradienten mit ca. 18 - 20 psu im westlichen und ca. 6 - 8 psu im östlichen Teil der Außenküste. Auch am Übergang zwischen den inneren und äußeren Küstengewässern ergibt sich ein Salzgehaltsgradient. In den innersten Bereichen mancher Ästuare und Bodden herrschen nahezu Süßwasserverhältnisse, wodurch Faunenelemente wie Insekten(larven), Oligochaeten (Wenigborster) oder Schnecken zum Artenspektrum hinzutreten. Innerhalb dieser Salzgehaltsgradienten ergibt sich ein Artenminimum, das bei einem Salzgehalt zwischen 5 und 8 psu liegt. Die Wirbellosen nehmen die Vermittlerrolle zwischen den Primärproduzenten, den Pflanzen, und den oberen Stufen des Nahrungsnetzes ein. Sie ist also ein wichtiger Sekundärproduzent und Nahrungsgrundlage der meisten Fische und einiger Vogelarten. Gleichzeitig ernähren sich die meisten Arten der Wirbellosen von Plankton und Detritus, einzelne auch von Großalgen oder Angiospermen. Sie bilden also einen essentiellen Teil der marinen Nahrungsnetze. Als Besonderheit der marinen Wirbellosenfauna kann angesehen werden, dass einige Arten ähnlich wie die Pflanzen einen eigenständigen Lebensraum auf der Oberfläche des Meeresbodens bilden können. Dies trifft vor allem auf die Muschelbänke, aber auch auf die Kolonien von Schwämmen oder Moostierchen. Diese epibenthischen Arten „übernehmen“ die Schutzfunktion, die Vegetationsbestände für Wirbellose haben. Entsprechend ähnlich sind sich auch die Lebensgemeinschaften, die sich innerhalb dieser Lebensräume ausbilden. Abb. 2: Strandkrabbe auf Beutefang in einer Miesmuschelbank (links) und eine Kolonie von Blättermoostierchen (rechts), die ähnliche Wuchsformen wie Rotalgen dieser Tiefenbereiche annehmen. Aktuell stehen verschiedene Verfahren zur Bewertung der benthischen Wirbellosenfauna in Nord- und Ostsee zur Verfügung: Ostsee MarBIT ( Mar ine B iotic I ndex T ool) ( MARILIM 2015 , Berg et al. 2017). Nordsee M-Ambi (M ultimetric A ZTI M arine B iotic I ndex ) ( Borja et al. 2000, Muxika et al. 2007) modifiziertes MarBIT -Verfahren für Helgoland (Boos et al. 2009)
Das Projekt "Impact of Sewage Treatment Plant Effluents on the Population Structure of Freshwater Amphipods" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Frankfurt am Main, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Abteilung Aquatische Ökotoxikologie durchgeführt. The European Water Framework Directive (WFD) came into force in December 2000. The main aim of the WFD is to achieve a good qualitative and quantitative status of all surface water bodies by 2015. This means that the ecological status as well as the chemical status of surface water bodies needs to be at least good. To achieve this goal in recent years efforts were made for river revitalization and to build up new and modern sewage treatment plants (STPs). Nevertheless, STP effluents contain low concentrations of so-called emerging contaminants with high biological activity (e.g. human and veterinary pharmaceuticals, steroids and hormones, flame retardants, personal care products, surfactants, plasticizers and other industrial additives). These contaminants enter surface waters continuously via STP discharges and may cause adverse effects in biological aquatic communities. For that reason the project analyses potential impacts of STP effluents on the population structure of freshwater amphipods. At selected surface waters amphipod populations are sampled in regular intervals upstream and downstream of STP dischargers. These field investigations are accompanied by laboratory experiments under controlled conditions.
Das Projekt "Mechanisms and consequences of aquatic invasion in European Rivers" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Koblenz, Institut für Integrierte Naturwissenschaften, Abteilung Biologie durchgeführt. The phenomenon of alien species invasion is attracting a growing attention worldwide. Invasion of alien benthic invertebrates is a global and important feature of large rivers and is assumed to pose a threat to biodiversity and ecosystem functioning. While changes of invertebrate communities have been described in detail, it is still unknown whether these structural changes translate into functional changes. The aim of this project is to understand the underlying key mechanisms of invasion and its consequences for ecosystem functioning and water-quality relevant processes. As a model the invasive amphipod Dikerogammarus villosus and its impacts are studied on multiple levels of complexity (individual, population, and community level) with ecological and physiological methods. Field mesocosm experiments will be conducted in three European rivers which differ in their invasion history (dominated by natives, invader-dominated, and invaders home range). Thereby the effects of different D. villosus densities on biotic interactions and important ecosystem functions are compared among those rivers. This offers the unique opportunity to study invader traits and community features and their importance for the success of a biological invasion over different spatial and temporal scales. In addition it allows to estimate the large scale effect of D. villosus invasion.
Das Projekt "Die Rolle pelagischer Amphipoden im Hinblick auf die Erwärmung des Arktischen Ozeans" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung durchgeführt. Ziele: Pelagische Amphipoden spielen im arktischen Ökosystem eine entscheidende Rolle, da sie als Schlüsselkomponente eine Verbindung von herbivorem Zooplankton mit den höheren trophischen Ebenen darstellen. Dennoch sind sie kaum erforscht. Dieses Vorhaben hat folgende Ziele: 1. Im Hinblick auf die Erwärmung des Arktischen Ozeans soll die biologische Leistungs- und Anpassungsfähigkeit der pelagischen Amphipoden analysiert werden. 2. Die jahreszeitlich und saisonal bedingten ökologischen Unterschiede im Nährwert (Fettsäurenbiomarker und Mageninhaltsanalyse) der pelagischen Amphipoden Themiso libellula, T. abyssorum, T. compressa und Cyclocaris guilelmi soll festgestellt werden. Dabei sollen zwischen- und innerartliche Unterschiede der Tiere aus der Framstraße und der zentralen Arktis ausgewertet werden. Die Erfassung und Bewertung dieser Parameter soll so optimiert und angepasst werden, dass sie im Rahmen gekoppelter Modellsysteme eingesetzt werden können und dazu beitragen, die regionalen und langzeitlichen Veränderungen des pelagischen Nahrungsnetzes in der Arktis vorherzusagen. Das Vorhaben dient als Pilotprojekt für künftige Förderaktivitäten des BMBF in der Arktis und soll die Grundlage für eine gemeinsame Amphipoden-Arbeitsgruppe mit Norwegen bilden zur gemeinsamen, kostensparenden Nutzung von Ressourcen und Infrastruktur.
Communities and food web structures of aquatic ecosystems can be strongly affected by the establishment of alien macroinvertebrate species. In many European waters, the invasion of the Ponto-Caspian amphipod Dikerogammarus villosus has led to displacement of other macroinvertebrates. Predation by D. villosus is often assumed to be the key driver of the displacement based on results of laboratory studies, but this has not been verified in the field. Here, we report our investigation of the relevance of D. villosus predation in the River Rhine system using both stable isotope analyses of d13C and d15N, and molecular analyses of D. villosus gut contents with group-specific primers aiming at macroinvertebrate prey taxa. Stable isotope analyses of D. villosus from ten sites showed mean d15N values comparable to those of primary consumers. Overall, only approximately 1% of all tested primer/gut content combinations revealed DNA of the respective taxa. Both indicate minor importance of predation by D. villosus as a driver of the observed macroinvertebrate displacement. Conceivably, competitive strength due to opportunistic feeding, indicated by different niche widths between and a strong intraspecific variation of d13C values of D. villosus within sites of our study, is much more important for its invasion success. Quelle: http://link.springer.com
Das Projekt "Eisenbasierte Nanopartikel und Nanokompositstrukturen zur Schadstoffentfernung aus Grund- und Abwässern (Fe-NANOSIT)" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ECT Ökotoxikologie GmbH durchgeführt. In the project Fe-Nanosit, Carbo-Iron, a nanocomposite for remediation of contaminated groundwater and Pd-doted magnetite and magnetite-zeolith for treatment of industrial wastewater were developed. Since no data on ecotoxicity of these particles were available, ecotoxicity of the nanocomposites was investigated using standard ecotoxicity tests. Suitable methods for application of the particles into the test systems were developed with special attention to the stability of the test suspensions. Apart from these modifications, the standard tests were suitable for investigating the ecotoxicity of the nanocomposites. Substances that do not elicit (1) acute toxic effects at concentrations above 100 mg/L and (2) chronic toxic effects at concentrations above 10 mg/L are generally considered nontoxic. The results of the present project show that the studied nanocomposites are nontoxic or have a very low toxicity to the studied test organisms. Both magnetite-based nanocomposites are nontoxic: up to concentrations of 100 mg/L, no acute or chronic effects were observed in the zebrafish Danio rerio, the amphipod Hyalella azteca or the midge Chironomus riparius. In chronic tests with aged Carbo-Iron and C. riparius, effects were observed at 100 mg/L. In a chronic test with H. azteca, Carbo-Iron elicited effects on reproduction at concentrations ? 12.5 mg/L. Using microscopic analysis of the distribution of the nanomaterials in the organisms, the investigated particles were detected in the gut of the test organisms. However, no uptake of particles from the gut into the surrounding tissue was detected. In the test with D. rerio and Carbo-Iron, the composite had been excreted from the gut after a 4 day post-exposure period in control water.