Fraunhofer-Institut für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME
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© Fraunhofer IME

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Studien zur Gefährdungs- und Risikobewertung

Höherstufige aquatische Tests

Standardtests stellen oft eine unrealistische Expositionssituation dar. Insbesondere bei stark absorbierbaren Substanzen kann durch Tests in Wasser/Sedimentsystemen die Situation in einem Freilandgewässer besser widergespiegelt werden. Weiterhin wird in den Standardtests meist nur ein bestimmtes Lebensstadium getestet, während im Freiland Populationen mit einer gemischten Altersstruktur vorliegen. Wir erabeiten daher Tests, die eine realistischere Exposition der Testorganismen erlauben, z. B.

  1. Tests in Wasser-Sedimentsystemen oder gepulster Exposition und Wiedererholungsphase (z. B. Daphnia und andere Invertebraten, Lemna und andere Makrophyten).
  2. Erweiterte Fischtests:
    1. Exposition von gekäfigten Fischen (z. B. Regenbogenforelle) in Mikrokosmen zur Erfassung von Überleben und Wachstum unter realitätsnahen Expositionsbedingungen.
    2. Fish Early Life Stage Tests mit verschiedenen Fischarten.
    3. Neben Fish Full Life Cycle- oder Mehrgenerationentests mit dem Zebrabärbling Danio rerio oder Medaka im Durchfluss führen wir auch statische Full Life Cycle Tests mit Danio rerio unter Anwesenheit von Sediment durch. Drei verschiedene Lebensstadien werden dabei gleichzeitig den Folgen einer realistischen Applikationsserie ausgesetzt und bis zur nächsten Generation verfolgt.
  3. Modifizierte Bioakkumulationsstudien mit Fischen oder Invertebraten bei realistischer Exposition in Wasser/Sediment-Systemen.

Tests mit »Nicht-Standardarten«

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Weiterhin führen wir für probabilistische Effektabschätzungen Tests mit »Nicht-Standardarten« wie Algen, Makrophyten, Makroinvertebraten und Fische durch und berechnen »Species Sensitivity Distributions« (SSD).

In diesem Rahmen haben wir aktuell ein System für chronische Tests mit Fließwasser-Invertebraten entwickelt:

Species Sensitivity Distributions (SSDs) with invertebrates.

 

Publikation:

Brüggemann, M., Hund-Rinke, K., Böhmer, W. und Schäfers, C.
Development of an Alternative Test System for Chronic Testing of Lotic Macroinvertebrate Species: A Case Study with the Insecticide Imidacloprid.
(2021) Environmental Toxicology. doi.org/10.1002/etc.5070

Mikrokosmen, Mesokosmen und TMEs

Tests mit Lebensgemeinschaften stehen an der Spitze einer gestuften Vorgehensweise bei der Testung von Pflanzenschutzmitteln. Sie erlauben es, unter realitätsnahen Expositionsbedingungen an einer Vielzahl von Arten auch indirekte Effekte einer Testsubstanz durch veränderte Räuber-Beute- oder Konkurrenzbeziehungen sowie die Wiedererholung nach Effekten zu erfassen.

Mikro- und Mesokosmenstudien sind in der aquatischen Ökotoxikologie und insbesondere bei der Pflanzenschutzmittelprüfung ein etabliertes und häufig eingesetztes Mittel, um Unsicherheit bei der Extrapolation von Labordaten auf die Freilandsituation zu verringern.

Durch Kooperation mit gaiac, einem Aninstitut der RWTH Aachen, und dem Institut für Gewässerschutz MESOCOSM GmbH, Homberg, ist das IME einer der international führenden Anbieter mit 32 hauseigenen Mikrokosmen von je 1 m³ im Gewächshaus in Schmallenberg, 5 künstlichen Teichen für jeweils bis zu 28 Enclosures von je 2 m³ (Mesocosm GmbH) und 2 Anlagen mit je 15 Mesokosmen mit 5 m³ (gaiac).

Bisher hat das Fraunhofer IME ca. 30 GLP-Studien in Mikro- oder Mesokosmen durchgeführt.

In ähnlicher Weise wie in aquatischen Mikro- und Mesokosmen können in so genannten Terrestrischen Modellökosystmen (TMEs) Effekte auf Bodenbiozönosen analysiert werden.  Solche Studien werden in Schmallenberg oder in Kooperation mit gaiac, Aachen durchgeführt.

In den Mikrokosmen und TMEs am Standort Schmallenberg können bei Bedarf auch radioaktiv markierte Substanzen getestet werden.

Ausgewählte Projekte

Ausgewählte Publikationen

Hommen, U., Knopf, B., Rüdel, H., Schäfers, C., Schamphelaere, K. de, Schlekat, C., Rogevich Garman, E.:
A microcosm study to support aquatic risk assessment of nickel: community-level effects and comparison with bioavailability-normalized species sensitivity distributions. Environmental Toxicology and Chemistry (2016) Open access, 37 pp. (DOI: 10.1002/etc.3255)

Brock, T.C.M., Hammers-Wirtz, M., Hommen, U., Preuss, T.G., Ratte, H.-T., Roessink, I., Strauss, T., Brink, P.J. van den:
The minimum detectable difference (MDD) and the interpretation of treatment-related effects of pesticides in experimental ecosystems. Environmental Science and Pollution Research International ESPR 22 (2015) 1160–1174 (DOI: 10.1007/s11356-014-3398-2)

Schäfers, C.:
Ecological approaches to aquatic ecotoxicology challenged by the needs of risk assessment. Fraunhofer IME (Hrsg.), Fraunhofer Verlag, Stuttgart (2013) 200 pp., ISBN 978-3-8396-0542-4 (Download)

Knauer, K., Hommen, U.:
Sensitivity, variability, and recovery of functional and structural endpoints of an aquatic community exposed to herbicides. Ecotoxicology and Environmental Safety 78 (2012) 178–183 (DOI: 10.1016/j.ecoenv.2011.11.019)

Knacker, T., Boettcher, M., Frische, T., Rufli, H., Stolzenberg, H.-C., Teigeler, M., Zok, S., Braunbeck, T., Schäfers, C.:
Environmental effect assessment for sexual endocrinedisrupting chemicals: Fish testing strategy. Integrated Environmental Assessment and Management, Vol. 6 (2010) No. 4: 653 – 662 (DOI: 10.1002/ieam.92)

Belanger, S.E. ; Sanderson, H. ; Fisk, P.R. ; Schäfers, C. ; Mudge, S.M. ; Willing, A. ; Kasai, Y.; Nielsen, A.M. ; Dyer, S.D. ; Toy, R.:
Assessment of the environmental risk of long-chain aliphatic alcohols. Ecotoxicology and Environmental Safety 72 (4) (2009) 1006-1015 (DOI: 10.1016/j.ecoenv.2008.07.013)

Schäfers, C., Boshof, U., Jürling, H., Belanger, S.E., Sanderson, H., Dyer, S.D., Nielsen, A.M., Willing, A., Gamon, K., Kasai, Y., Eadsforth, C.V., Fisk, P.R., Girling, A.E.:
Environmental properties of long-chain alcohols. Part.2: Structure-activity relationship for chronic aquatic toxicity of long-chain alcohols. Ecotoxicology and Environmental Safety 72 (2009) No. 4: 996-1005 (DOI: 10.1016/j.ecoenv.2008.07.019)

Knauert, S., Dawo, U., Hollender, J., Hommen, U., Knauer, K.:
Effects of photosystem II inhibitors and their mixture on freshwater phytoplankton succession in outdoor mesocosms. Environmental Toxicology and Chemistry 28 (2009) 836-845 (DOI: 10.1897/08-135R.1)

Schäfers, C., Teigeler, M., Wenzel, A., Maack, G., Fenske, M., Segner, H.:
Concentration- and time-dependent effects of the synthetic estrogen, 17alpha-ethinylestradiol, on reproductive capabilities of the zebrafish, Danio rerio. Journal of Toxicology and Environmental Health, Pt. A 70, No. 9 (2007) 768-779
(DOI: 10.1080/15287390701236470)

Knauer, K., Maise, S., Thoma, G., Hommen, U., Gonzalez-Valero, J.:
Long-term variability of zooplankton populations in aquatic mesocosms. Environmental Toxicology and Chemistry 24 (2005) 1182-1189 (DOI: 10.1897/04-010R.1)

Giddings, J.M.; Brock, T.C.M.; Heger, W.; Heimbach, F.; Maund, S.J.; Norman, S.M.; Ratte, H.T.; Schäfers, C.; Streloke, M. (eds.):
Community-level aquatic system studies. Interpretation criteria: Proceedings from the CLASSIC Workshop held at the Fraunhofer Institute Schmallenberg, Germany, 30.05.-02-06.1999. SETAC, Pensacola, Fla., 44 pp.; ISBN 1-880611-49-X