Geringe Mengen eines gängigen Pestizids verkürzen die Lebensdauer von Wildfischen

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass eine langfristige Exposition gegenüber niedrigen Dosen den biologischen Alterungsprozess beschleunigt, ohne offensichtliche Toxizität zu verursachen, und die Überlebensrate der exponierten Fischpopulationen verringert.

Pestizide können die Lebensdauer von Fischen drastisch verkürzen.

In landwirtschaftlichen Gebieten verbreiten sich Pestizidrückstände häufig über die Grenzen der landwirtschaftlichen Betriebe hinaus und gelangen in Bäche, Seen und Flüsse flussabwärts. Für die in diesen Gewässern lebenden Wassertiere kann die Exposition ein Leben lang andauern.

Über mehrere Süßwasserseen mit dokumentierter Pestizidbelastung hinweg zeigen Bestandserhebungen eine konsistente Verzerrung zugunsten jüngerer Fische, wobei weit weniger Individuen ein höheres Alter erreichen als unter typischen Überlebensbedingungen zu erwarten wäre.

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Eine neue Studie, die in Science veröffentlicht wurde, führt dieses Muster auf die chronische Exposition gegenüber einem weit verbreiteten Insektizid zurück. Auf der Grundlage langfristiger Feldstudien und Laborexperimente zeigt die Forschung, dass eine geringe Exposition die Lebensdauer eines weit verbreiteten Süßwasserfisches verkürzt, indem sie den biologischen Alterungsprozess beschleunigt, anstatt akute Toxizität oder sofortige Mortalität zu verursachen.

Ein Bevölkerungsmuster mit einer ungewöhnlichen Signatur

Die Forscher konzentrierten sich auf den Fisch Lake Skygazer (Culter dabryi), der über mehrere Jahre hinweg aus verschiedenen Seenökosystemen in China entnommen wurde. In kontaminierten Systemen traten ältere und größere Fische viel seltener auf, als es die Standard-Überlebenskurven vorhergesagt hatten.

Ähnliche Altersverzerrungen können durch viele Faktoren verursacht werden, darunter Veränderungen in der Nahrungsverfügbarkeit, Krankheiten, Temperatur oder Fischerei. In diesem Fall trat jedoch das gleiche demografische Muster wiederholt in allen mit Pestiziden kontaminierten Seen auf, was auf einen gemeinsamen zugrunde liegenden Faktor hindeutet.

Bedenken hinsichtlich Chlorpyrifos

Die Studie untersuchte eine breite Palette von Pestiziden in Seewasser und Fischgewebe und spiegelte damit die Realität wider, dass landwirtschaftliche Abwässer eher eine chemische Mischung als eine Exposition gegenüber einer einzelnen Verbindung darstellen.

Dennoch stach eine Chemikalie in der Mischung besonders hervor. Chlorpyrifos machte einen erheblichen Anteil der in kontaminierten Fischen gemessenen toxischen Belastung aus, wobei seine Konzentrationen sowohl mit der in den Populationen beobachteten Altersverteilung als auch mit den biologischen Markern, die das Team zur Altersbestimmung heranzog, in engem Zusammenhang standen. Andere nachgewiesene Pestizide zeigten keine derart konsistente Beziehung.

Das Pestizid Chlorpyrifos wird in den Vereinigten Staaten zur Behandlung von 11 Nutzpflanzen eingesetzt.

Altersmarker verbinden Exposition mit kürzerer Lebensdauer

Um zu testen, ob der demografische Wandel eine beschleunigte Alterung widerspiegelte, wandten sich die Forscher zellulären Indikatoren zu. Fische aus kontaminierten Seen hatten kürzere Telomere – Schutzstrukturen an den Enden der Chromosomen, die mit zunehmendem Alter und physiologischem Stress abgebaut werden. Sie wiesen auch höhere Konzentrationen von Lipofuszin auf, einem altersbedingten Pigment, das sich im Gewebe ansammelt.

Diese Marker weisen auf allmähliche Veränderungen in der Zellpflege hin, die sich im Laufe des Lebens eines Organismus ansammeln und in diesem Fall mit den Populationsdaten übereinstimmen: In Seen mit der höchsten Pestizidbelastung überlebten weniger Fische bis ins hohe Alter.

Alterung von Vergiftung trennen

Da Feldsysteme Raum für Störfaktoren lassen, führte das Team kontrollierte Laborversuche durch. Unter chronischen, niedrig dosierten Bedingungen, die realistische Konzentrationen in der Umwelt widerspiegeln sollten, entwickelten die exponierten Fische altersbedingte Veränderungen, die mit denen in den Seen beobachteten übereinstimmten, und zeigten im Laufe der Zeit eine verringerte Überlebensrate.

Die Studie verglich auch chronische Exposition mit kurzfristiger Exposition gegenüber hohen Dosen. Hohe Dosen töteten Fische durch bekannte toxische Wirkmechanismen, aber chronische Exposition führte zu einem anderen Muster, das eher mit beschleunigter Alterung als mit akuter Vergiftung übereinstimmte.

Diese Unterscheidung verdeutlicht, dass eine geringe Kontamination die Lebensdauer beeinträchtigen kann, selbst wenn sie nicht die Endpunkte auslöst, die üblicherweise zur Definition von „Toxizität“ in Kurzzeitversuchen herangezogen werden.

Realitäten der Umweltrisiken

Die Ergebnisse tragen zu einer Forschungslandschaft bei, in der chronische Umweltexposition in der Natur oft nur wenige offensichtliche Spuren hinterlässt, was auf Formen ökologischer Schäden hinweist, die eher durch die Alterung der Population als durch deren Fortbestehen zutage treten.

Ob ähnliche altersbedingte Muster auch bei anderen Wasserorganismen auftreten oder bei Exposition gegenüber anderen Arten von Schadstoffen, bleibt eine offene Frage.