Suchergebnisse

I løbet af det seneste årti er man begyndt at erkende, at mikroplast (plastpartikler <5 mm) på globalt plan er allestedsnærværende i både hav- og ferskvandsmiljø. Som konsekvens af den lille størrelse kan mikroplast potentielt påvirke en lang række vandlevende organismer. Selvom antallet af studier omhandlende effekter af mikroplast er stærkt stigende, er forståelsen af processerne, hvormed organismer interagerer med mikroplast og de medfølgende indvirkninger på økosystemer, stadigvæk begrænset. Der er yderligere usikkerhed omkring mikroplastens kemiske sammensætning og dens potentielle rolle som vektor for kemikalier til organismer. På det seneste er der rejst opmærksomhed om den humane eksponering for mikroplast og mulige resulterende helbredseffekter – et emne hvor videnskaben stadig er i sin vorden. I den sammenhæng er målene med denne afhandling: 1) At vurdere og anvende kontrollerede laboratorieforsøg til at analysere optag og effekter af mikroplast i hvirvelløse dyr i både hav- og ferksvandsmiljøer. 2) At undersøge interaktioner mellem plastpartikler og hydrofobe organiske kemikalier. 3) At gennemgå den aktuelle debat og tilgængelige viden indenfor human mikroplasteksponering og mulige humane effekter af denne. De fleste undersøgelser af mikroplasts effekt på hvirvelløse dyr har været med fokus på effekter som følge af indtagelse. For at forstå og fortolke den slags effekter, er det vigtigt at kvantificere indtagelsen og udskillelsen af mikroplast, da disse processer er bestemmende for den overordnede eksponering. I denne afhandling påvises det, at fluorescerende partikler kan bruges til at kvantificere processerne, særligt når partiklerne er i størrelsesordenen af nanometer og få mikrometer. For en pålidelig kvantificering er det ofte nødvendigt at opløse dyrevæv. Baseret på anvendelse og udvikling af forskellige enzymatiske protokoller i denne afhandling, anbefales det at anvende enzymer til at opløse vævet. Enzymatisk opløsning og kvantificering af partikelfluorescens blev anvendt til at måle indtagelse og udskillelse af 100 nm og 2 µm partikler i vandloppen Daphnia magna og blåmuslingelarver (Mytilus edulis). For begge arter blev det påvist, at partikler med en størrelse svarende til dyrenes normale bytte blev optaget i en større grad end mindre partikler. Med hensyn til udskillelse fandtes flere artsspecifikke forskelle. Denne proces kan påvirkes markant af partikelstørrelsen og tilstedeværelsen af føde. Desuden kan partiklerne blive i organismen i længere tid end den tid, det normalt tager at passere gennem tarmsystemet. I både D. magna og larver af M. edulis havde de mindre partikler større negative effekter på dyrenes fysiologi. Kontrollerede laboratorieforsøg, som anvendt i denne afhandling, kan forbedre den mekanistiske forståelse af organisme-partikel interaktionen og derved højne pålideligheden og øge sammenligneligheden mellem studier. En detaljeret karakterisering af partiklerne og eksponeringen mangler dog ofte og dermed mangler også en tilstrækkelig forståelse af partiklernes egenskaber og skæbne i det givne forsøg. På grundlag af erfaringer gjort i forbindelse med nanomaterialer anbefales det, at man også analyserer mikroplastpartiklers størrelse, sammensætning, massefylde, overfladekemi og elektriske ladning såvel som undersøger for mulig partikelaggregering, dispersion og sedimentation. Samtidig er det vigtigt, at eksponeringssystemer har en højere grad af miljørealisme. Det kan opnås ved at bruge lavere partikelkoncentrationer, flere forskellige partikelformer (især fragmenter og fibre), flere forskellige plastpolymere, partikler med biofilm og inkludere kontroller med naturlige partikler såsom ler og silikat. Mikroplast kan ikke altid behandles som inerte partikler, for de kan indeholde mange forskellige kemikalier, som enten stammer fra plastproduktionen, eller er absorberet til plasten fra det omgivende miljø. I begge tilfælde kan kemikalierne transporteres og afgives, og på den måde kan mikroplast måske være en vektor for eksponering af vanddyr til hydrofobe organiske kemikalier. Derfor anbefales det på det kraftigste at inkludere undersøgelser af mikroplastpartiklernes potentielle kemiske toksicitet, når der udføres effektstudier af mikroplast. Som vist i denne afhandling, er sorption af hydrofobe organiske kemikalier til plast styret af diffusionsprocesser og kan optræde som absorption, adsorption eller en kombination af begge. Processen er afhængig af plastpartiklernes egenskaber, de hydrofobe kemikalier og det omgivende miljø. I naturlige matricer som havvand, opløst organisk kulstof og kolloider kan mikroplastens rolle som vektor muligvis være forsvindende lille (i særdeleshed på global skala). I denne afhandling understreges det dog, at rumlig variation på lokal skala samt eksponering af mikroplast-associerede kemikalier til organismer nødvendigvis må adresseres. I de sidste år har der været et øget fokus på human eksponering og de mulige resulterende helbredseffekter. Bekymringen blev primært vakt på grund af fund af plastpartikler i vanddyr, som bruges til mad, og andre fødevarer. Der er grund til at antage, at mikroplast kan have partikel- eller kemikalier-relateret toksicitet, men ingen studier har endnu undersøgt helbredseffekter relateret til indtagelsen af mikroplast. Mennesker er eksponeret til mikoplast og associerede kemikalier fra en række forskellige kilder og selvom forurenede fødevarer har fået mest opmærksomhed, argumenteres der i denne afhandling for, at den største eksponering kommer fra brug af plastmaterialer i hverdagen. På grund af mange usikkerheder og manglende viden er det ikke muligt endnu at konkludere i hvilken udstrækning mikoplast udgør en trussel for miljø og mennesker. Der er i dag en stærk folkestemning imod plastforurening i miljøet, som fremmer handlinger i samfund og lovgivning. Processen går hurtigere end konsensus i det videnskabelige miljø og dermed er der en risiko for, at fokus ikke er rettet mod mest pressende emner set fra et videnskabeligt synspunkt og der derved ikke bliver taget de mest effektive skridt for at begrænse plastforureningen i miljøet. ; Within the past decade, it has been widely recognised that microplastics (commonly referred to as plastic particles <5 mm) are ubiquitous in freshwater as well as in marine environments globally. Owing to their small size, microplastics can interact with and potentially affect a wide range of aquatic organisms. Although the number of studies on microplastic effects is quickly increasing, there is still limited understanding of the processes by which organisms interact with microplastics as well as impacts in natural ecosystems. Further uncertainties relate to the chemical nature of microplastics and their potential role as vectors for chemical pollutants to organisms. More recently, questions have been raised about human exposure to microplastics and potential health effects – a topic where science still is at the very start of providing answers. In this context, the aims of this thesis are: 1) To critically evaluate and use controlled laboratory experiments for analysing uptake and effects of microplastics in aquatic invertebrates. 2) To examine the interaction between plastic particles and hydrophobic organic chemicals. 3) To review the current debate and state of knowledge on microplastic exposure and potential effects on humans. Most effects of microplastics on aquatic invertebrates have been studied as a result of particle ingestion. In order to understand and interpret such effects, it is important to quantify ingestion and egestion of microplastics, as this determines the overall exposure that an organism is facing. In this thesis, it is shown that fluorescent particles can be used to quantify these processes. This is especially useful for particles in the nano- and small micrometre size range. To achieve a reliable quantification, it is often necessary to digest animal tissue. Enzymes are recommended for digestion, based on the use and development of different enzymatic protocols within this thesis. Enzymatic digestion and quantification of particle fluorescence were successfully applied to measure ingestion and egestion of 100 nm and 2 µm particles in the water flea Daphnia magna and larvae of the blue mussel Mytilus edulis. For both species, it was found that, on a mass basis, a higher amount of particles which are similar to the size of normal prey were ingested than smaller particles. Regarding particle egestion, more species-specific differences were observed in comparison to ingestion. It was found that egestion can strongly be influenced by particle size and the presence of food. Also, particles have the potential to remain in organisms for a time exceeding the normal gut passage time. Both for D. magna and larvae of M. edulis the smaller particles were found to cause more adverse effects on the animals' physiology. Controlled laboratory tests, as employed in this thesis, can be a useful tool to obtain a mechanistic understanding of organism-particle interactions and increase the reliability of and comparability between studies. It was, however, found that a detailed particle and exposure characterisation is often missing and thus particle behaviour and fate in laboratory exposure systems are not well understood. Drawing on experience and developments within the field of engineered nanomaterials, it is therefore recommended to include analyses of particle size, composition, density, surface chemistry and charge, as well as particle aggregation/agglomeration, dispersion and sedimentation. At the same time, it is important that exposure systems attain a higher degree of environmental realism. To achieve this, it is suggested to use lower particle concentrations, a variety of particle shapes (especially fragments and fibres), a variety of different plastic polymers, biofouled particles, and to include controls with natural particles, such as clay or silica. Moreover, microplastics cannot always be treated as inert particles since they may contain a multitude of different chemicals, either stemming from plastic production or having sorbed to the plastics in the environment. In both cases, chemicals have the potential to get transported and released, and in this way microplastics may act as vectors for hydrophobic organic chemicals (HOCs) to aquatic animals. It is therefore strongly recommended to include controls for potential chemical toxicity in microplastic effect studies. As reviewed in this thesis, sorption of HOCs to plastics is governed by diffusive mass transfer and occurs as either adsorption, absorption or a combination of both. The process strongly depends on the properties of the plastic particle, the chemical and the surrounding environment. In comparison to natural matrices, such as water, dissolved organic carbon and colloids, the role of plastics as a vector may be negligible on a global scale. However, in this thesis it is emphasised that spatial variation on a smaller scale as well as the exposure route of microplastic-associated chemicals to organisms are important to consider. In recent years, there has been an increasing focus on human exposure to and potential health effects of microplastics. This was mainly sparked by findings of plastic particles in aquatic species used for human consumption as well as other food products, and has evoked many concerns. While there is reason to assume that microplastics can exhibit particle- and/or chemical-related toxicity, no studies have investigated human health effects of consuming microplastics to date. Humans are exposed to plastic particles and associated chemicals by a variety of pathways. Even though contaminated food products have received most attention, in this thesis it is argued that the main exposure is most likely related to abrasion of particles from the use of plastic materials in everyday life. Because of many uncertainties and knowledge gaps, it is to date not possible to conclude to what degree microplastics are a threat to the environment and to humans. However, a strong public opinion against environmental plastic pollution has formed, which drives societal and legislative action. This is moving faster than consensus within the scientific community and thus entails the risk that not the most urgent issues are addressed or the most effective measures to reduce environmental plastic pollution are taken.

Sinja Rist untersucht die Auswirkungen von Mikroplastik, das in marinen Sedimenten weltweit verbreitet ist, auf die Grünlippmuschel Perna viridis. Sie zeigt, dass nach einer 6-wöchigen Exposition im Labor mit steigender Partikelzahl starke Einschränkungen physiologischer Funktionen wie Filtration, Atmung, Bewegung und Byssusproduktion sowie eine erhöhte Mortalität auftreten. Signifikante Effekte waren dabei schon bei geringen Partikelmengen messbar. Insgesamt lassen die Ergebnisse dieser Studie auf eine deutliche Dezimierung der Energiereserven der Muscheln schließen. Die Kontamination der Partikel mit dem organischen Schadstoff Fluoranthen hatte dagegen keinen eindeutig messbaren Effekt auf die Tiere. Diese Studie verdeutlicht, dass im Angesicht einer steigenden Mikroplastikbelastung benthischer Habitate mit diversen Auswirkungen auf die Organismen gerechnet werden muss.   Der Inhalt Die globale Müllproblematik GAME - Globaler Ansatz durch Modulare Experimente Auswirkungen der Mikroplastikbelastung auf verschiedene Antwortvariablen Mikroplastik-Monitoring in der Bucht von Jakarta Die Zielgruppen Dozierende und Studierende der (Meeres-)Biologie, Umweltwissenschaften, Toxikologie und Ozeanologie Die Autorin Sinja Rist hat ihre Masterarbeit im Rahmen des internationalen Forschungs- und Ausbildungsprogramms GAME (Global Approach by Modular Experiments) des GEOMAR angefertigt und an der TU Dresden vorgelegt. Derzeit promoviert sie zum Thema Mikro- und Nanoplastik an Dänemarks Technischer Universität