Umwelthormone – kleine Mengen mit großer Wirkung

Forschung Kompakt / 1.4.2014

Leere Fangnetze und weniger Fischarten – Umwelthormone werden für den Rückgang von Fischzahlen verantwortlich gemacht. Doch wie schädlich sind diese Substanzen wirklich? Studien, die ein komplettes Fischleben abbilden, geben Aufschluss.

© Foto Fraunhofer IME

Durchflussanlage am Fraunhofer IME. Jedes Testbecken kann sowohl erwachsene Tiere als auch die Larvenstadien aufnehmen.

Man kann sie nicht sehen, riechen oder schmecken – dennoch sind Umwelthormone Bestandteile vieler Materialien und Produkte. Sie finden sich beispielsweise in Farben, Pflanzenschutzmitteln, Kosmetika, Kunststoffen und in Pharmazeutika. Umwelthormone sind Moleküle, die sich wie Hormone verhalten, weil sie diesen in ihrer Struktur ähneln. Man vermutet, dass die Substanzen, die über die Luft, die Haut, Lebensmittel und Medikamente in den Organismus gelangen, das Fortpflanzungssystem des Menschen beeinflussen und beispielsweise eine sinkende Spermienqualität und damit eine abnehmende Fruchtbarkeit bewirken. Die Tierwelt ist ebenfalls betroffen: Neben anderen Faktoren werden die Umwelthormone für den Rückgang von Fischpopulationen verantwortlich gemacht.

Lebenszyklusstudie mit Süßwasserfisch

Ob die Bestände von Fischen und Amphibien tatsächlich durch eine mögliche Belastung von Gewässern mit hormonaktiven Substanzen bedroht werden, diskutieren Experten und Wissenschaftler seit über zwei Jahrzehnten kontrovers, denn tatsächlich sind die Wirkungen der Umwelthormone nur unzureichend geklärt. Licht ins Dunkel wollen Forscher des Fraunhofer-Instituts für Molekularbiologie und Angewandte Oekologie IME in Schmallenberg bringen. Um die Auswirkungen von hormonaktiven Substanzen auf Fische zu untersuchen, haben die Wissenschaftler Lebenszyklusstudien mit dem Zebrabärbling, einem Süßwasserfisch, etabliert und stetig weiterentwickelt. »Mit dem Lebenszyklustest können wir in einem überschaubaren Zeitrahmen alle relevanten Leistungen eines Fischlebens abbilden«, sagt Matthias Teigeler, Ingenieur in der Abteilung Ökotoxikologie am IME. »Dazu gehören das Wachstum, die Embryonal- und insbesondere die Sexualentwicklung sowie die Reproduktionsfähigkeit der Tiere. Das sind alles Faktoren, die empfindlich gegenüber hormonaktiven Substanzen reagieren.«

In einer Durchflussanlage werden Fischgruppen gleicher Größe potenziell hormonaktiven Substanzen ausgesetzt, die in verschiedenen Konzentrationen dosiert werden. Eine Kontrollgruppe, in der die Fische in unbelastetem Wasser gehalten werden, dient zum Vergleich, um mögliche Auswirkungen auf die exponierten Tiere erkennen zu können. »Ein Lebenszyklustest beginnt mit dem Einsatz von befruchteten Eiern, die von unbelasteten Elterntieren gewonnen werden. Nach drei Tagen schlüpfen die Fischembryos. Wir bestimmen die Anzahl der überlebenden Tiere und messen die Körperlänge am Computer. Nach etwa drei Monaten sind die Tiere soweit gereift, dass sie sich fortpflanzen können. Die Reproduktionsfähigkeit lässt sich sehr gut über die Anzahl der gelegten Eier belegen. In der Laichphase entnehmen wir täglich Eier aus den Testbecken und zählen sie. Da sie durchsichtig sind, kann man untersuchen, ob sie befruchtet wurden oder nicht«, erläutert Teigeler.

Tatsächlich konnten die Forscher nachweisen, dass Zebrabärblinge unter der Zugabe von sehr kleinen Konzentrationen von Ethinylestradiol, einem synthetischen Östrogen, das Bestandteil der Antibabypille ist, nicht mehr fähig waren, sich fortzupflanzen – Balz und Eiablage blieben aus. Negative Wirkungen beobachteten sie auch bei weiteren Prüfsubstanzen: So führten Tests mit dem synthetischen Sexualhormon Trenbolon zu einer Vermännlichung der Tiere. Das Geschlechterverhältnis verschob sich eindeutig, 100 Prozent der Fische entwickelten nach Zugabe der Prüfsubstanz ein männliches Geschlecht. Dies konnte auch für Aromatasehemmer beobachtet werden, die als Antipilzmittel im Pflanzenschutz eingesetzt werden. Zum Vergleich: In der unbelasteten Kontrollgruppe würden die Forscher ein Geschlechterverhältnis von 50 Prozent Männchen zu 50 Prozent Weibchen erwarten. »Einige bekannte Substanzen beeinflussen das Hormonsystem negativ. Für den Rückgang von Fischarten werden neben den hormonaktiven Substanzen aber auch weitere Faktoren wie schlechte Gewässerstruktur und der Klimawandel diskutiert«, sagt Teigeler.

Verschärfte Zulassungsanforderungen für Pflanzenschutzmittel und Co.

Hersteller von Pflanzenschutzmitteln sehen sich inzwischen mit einem Verbot konfrontiert, wenn sich herausstellt, dass ein Wirkstoff das hormonelle System von Mensch und Tier nachhaltig stört. Inzwischen muss auch die Pharmaindustrie Daten zur Wirkung von hormonartigen Substanzen in Gewässern erheben, wenn sie in Europa ein neues Präparat auf den Markt bringen will. Das Testsystem des Fraunhofer IME genießt sowohl in der Industrie als auch bei den Zulassungsbehörden hohe Akzeptanz. Darüber hinaus unterstützen die IME-Forscher mit ihrer Expertise beim Durchführen von Lebenszyklustests, ihren Studien und Testergebnissen die Gremien der OECD, der EU und ihrer Mitgliedstaaten, die Fischtest-Richtlinien entwickeln und Testergebnisse bewerten müssen. Sie helfen, Antworten auf die Fragen zur Problematik hormonaktiver Substanzen in der Umwelt zu finden.