Der Einfluss von Nanopartikeln auf die akute Toxizität des neonikotinoiden Insektizids Thiacloprid auf Zuckmückenlarven (Chironomus riparius)

Abstract

Nanopartikel sind kleinste Partikel (1-100 nm) natürlicher oder synthetischer Herkunft, die auf Grund ihrer geringen Größe Eigenschaften besitzen können die von denen des Ursprungsmaterials abweichen. Daraus resultieren viele Anwendungsmöglichkeiten, wie zum Beispiel der Einsatz als Katalysatoren oder die Verwendung als Wirkstoffträger in der Medizin. Da mit zunehmenden Gebrauch auch der Eintrag von Nanopartikeln in die Umwelt zunimmt, ist es notwendig eine umfassende Risikobewertung für diese durchzuführen. Ein Bestandteil dieser Risikobewertung stellt dabei die Erforschung der Effekte von Nanopartikeln auf die Umwelt dar. So können Nanopartikel beispielsweise Biota direkt beeinflussen, indem sie Zellmembranen schädigen und in Zellen eindringen. Sie können aber auch mit anderen Substanzen, wie Schadstoffen, interagieren, wodurch diese gegebenenfalls stärker in Biota aufgenommen werden. Generell sind diese Interaktionen bislang kaum untersucht, weswegen der dringende Bedarf besteht, die Forschung in diesem Feld zu intensivieren. Zu diesem Ziel, soll auch die vorliegende Doktorarbeit beitragen. Gegenstand der Studien dieser Arbeit ist es, die Auswirkungen verschiedener Nanopartikel auf die Toxizität des neonikotinoiden Insektizides Thiacloprid auf Larven der Zuckmückenart Chironomus riparius zu untersuchen. So wurden in der vorliegenden Doktorarbeit akute Toxizitätstests mit Thiacloprid und i) Al2O3-Nanopartikeln durchgeführt, die nachweislich kein Thiacloprid sorbieren, oder ii) zwei verschiedenen Zeolith-Nanopartikeln (Y30 und H Beta(OH) III), die Thiacloprid nachweislich sehr gut sorbieren, durchgeführt. Darüber hinaus wurde der Verbleib dieser Nanopartikel mittels LA ICP-MS Visualisierungstechniken in den Körpern der Laven lokalisiert und eine chemische Analyse des Testmediums sowie der Larven durchgeführt. Zusätzlich wurde eine weitere Methode, die Konfokalmikroskopie, angewandt um fluoreszierenden SiO2-Nanopartikel in den Larven zu detektieren. Die Ergebnisse der akuten Toxizitätstests zeigen, dass sowohl die Al2O3-Nanopartikel als auch die Zeolith-Nanopartikel als singuläre Substanzen nicht toxisch wirkten, in Mischversuchen mit Thiacloprid dessen Toxizität jedoch in konzentrationsabhängiger Weise verminderten. Hinzu kommt, dass alle vier getesteten Nanopartikel (Al2O3, Y30, H Beta(OH) III und SiO2) im Darmlumen der Tiere akkumulierten, es jedoch zu keiner zellulären Aufnahme kam. Im Falle der Al2O3-Nanopartikel stellen die Ergebnisse ein Novum dar, da bisherige Studien Interaktion mit nicht-sorbierenden Nanopartikeln nicht gezielt untersuchten. Folglich ist auch wenig über den Mechanismus hinter dem beobachteten protektiven Effekt bekannt. Es wird vermutet, dass die im Darmlumen akkumulierenden Al2O3-Nanopartikel wie eine Barriere fungieren und somit die die Aufnahme des Thiacloprids über die peritrophische Membran und/oder das Darmepithel reduzieren. Allerdings ist davon auszugehen, dass die Al2O3-Nanopartikel den Tod der Larven nur verzögerten, da alle Tiere – unabhängig von der Präsenz von Al2O3-Nanopartikeln -die gegenüber Thiacloprid exponiert waren starke Verhaltensänderungen aufwiesen. Im Falle der sorbierenden Zeolith-Nanopartikel ist hingegen davon auszugehen, dass durch die Sorption die Bioverfügbarkeit des Thiacloprids vermindert wurde, was sich positiv auf das Überleben der exponierten Larven auswirkte. Ähnliche Befunde können auch aus der Literatur entnommen werden und die chemische Analytik des Testmediums zeigt abnehmende Thiaclopridkonzenrationen mit zunehmenden Zeolithkonzentrationen. Doch trotz reduzierter Mortalität der C. riparius Larven, lag die Sterberate der Larven über denen von Tieren, die gegenüber identischen Thiaclopridkonzentrationen (Einzelsubstanz) im Wasser exponiert waren. Daher wird davon ausgegangen, dass sich das Thiacloprid in den Därmen der Tiere zu einem geringen Prozentsatz von den Zeolith-Nanopartikeln ablöste und wieder bioverfügbar war.