Decadal shifts of organic contaminants in oceanic plankton

Der Ozean wird oft als eine weite, saubere Ausdehnung vorgestellt, aber er ist auch ein riesiges Reservoir, das die synthetischen Chemikalien sammelt, die die Menschheit produziert. Von den Kunststoffen in unseren Verpackungen über die Medikamente, die wir einnehmen, bis hin zu den Zusatzstoffen in unseren Reifen – Tausende dieser menschengemachten Substanzen gelangen in das Wasser. Einmal dort angekommen, verschwinden sie nicht einfach; sie reisen über gewaltige Distanzen durch Strömungen und die Atmosphäre und erreichen schließlich die entlegensten Winkel des Globus. Ganz unten in der marinen Nahrungskette steht das Plankton, mikroskopisch kleine Pflanzen und Tiere, die in den Oberflächengewässern driften. Diese winzigen Organismen sind das Fundament des Lebens im Ozean, aber sie fungieren auch als Schwamm für Verschmutzung. Da sie so klein und zahlreich sind, absorbieren sie Chemikalien direkt aus dem Meerwasser. Wenn größere Tiere das Plankton fressen, wandern diese Chemikalien die Nahrungskette hinauf. Darüber hinaus sinken sie zu Boden, wenn Plankton stirbt oder Abfall produziert, wodurch sie alles, was sie absorbiert haben, in den tiefen Ozean tragen – ein effektives Transportsystem, das Oberflächenverschmutzung in die dunklen Tiefen befördert, wo sie sehr lange Zeit bestehen kann.

Wissenschaftler wissen schon lange, dass der Ozean verschmutzt ist, aber sie haben meist nach einer spezifischen, kurzen Liste bekannter gefährlicher Chemikalien gesucht, wie etwa alten Pestiziden oder industriellen Lösungsmitteln. Dieser Ansatz übersieht die Tausenden neuerer Substanzen, die seit jenen älteren Chemikalien erfunden wurden, die verboten wurden. Um ein wahres Bild davon zu erhalten, was sich tatsächlich im offenen Ozean befindet, beschlossen ein Team von Forschern aus Spanien und anderen Institutionen, ein viel größeres Netz auszuwerfen. Sie reisten während zweier großer Expeditionen, eine davon ein Jahrzehnt später, in den Atlantik, Pazifik, Indik und den Südpolarmeer. Anstatt nur nach ein paar bekannten Verdächtigen zu suchen, untersuchten sie das gesammelte Plankton gegen eine Datenbank von fast sieben hundert verschiedenen organischen Schadstoffen. Dies umfasste alles von Sonnencremes und Pharmazeutika bis hin zu Reifenzusatzstoffen und Weichmachern. Durch den Einsatz der fortschrittlichen Massenspektrometrie – einer Technik, die Chemikalien basierend auf ihrem einzigartigen Molekulargewicht und ihrer Struktur identifizieren kann – waren sie in der Lage, ein viel breiteres Spektrum an Verschmutzung als je zuvor zu erfassen.

Die Ergebnisse offenbarten eine komplexe und sich verändernde Landschaft der Kontamination. In den Proben, die zwischen 2010 und 2011 gesammelt wurden, fanden die Forscher eine breite Palette von Chemikalien, darunter Tenside aus Reinigungsmitteln, Konservierungsmittel und UV-Filter aus Sonnencremes. Einige dieser Stoffe waren in überraschend hohen Mengen vorhanden und erreichten tausende Nanogramm pro Gramm des Trockengewichts des Planktons. Beispielsweise wurde eine bestimmte Art von Tensid namens Dioctylsulfosuccinat in fast allen Proben dieser ersten Reise gefunden, ebenso wie bestimmte industrielle aromatische Amine, von denen einige als gesundheitsschädlich für den Menschen bekannt sind. Die Studie bestätigte zudem das Vorhandensein von per- und polyfluorierten Alkylsubstanzen, oft als PFAS bezeichnet, die für ihre Beständigkeit bekannt sind. Diese Befunde zeigten, dass selbst im offenen Ozean, fernab jeder Stadt oder Fabrik, das Plankton einen vielfältigen Cocktail moderner Chemikalien akkumuliert.

Als die Forscher ein Jahrzehnt später, zwischen 2020 und 2022, in den Atlantik zurückkehrten, stellten sie fest, dass sich das chemische Profil signifikant verändert hatte. Dieser Wandel bot einen seltenen Einblick darin, wie menschliche Regulierungen und industrielle Veränderungen die Umwelt im Laufe der Zeit beeinflussen. Die Chemikalien, die im ersten Jahrzehnt am häufigsten vorkamen, wie bestimmte PFAS-Verbindungen und spezifische Pharmazeutika, waren weitgehend verschwunden oder deutlich seltener geworden. Dieser Rückgang deckt sich mit den weltweiten Bemühungen, diese Substanzen aufgrund ihrer Toxizität und Persistenz schrittweise abzuschaffen. Doch die Geschichte war nicht die einer einfachen Reinigung. Während die alten Chemikalien verblassten, nahmen neue ihren Platz ein. Die Forscher detektierten einen Anstieg von Chemikalien, die mit Reifen und Kunststoffen in Verbindung stehen, einschließlich Zusatzstoffen, die in der Gummiherstellung verwendet werden, und neuen Arten von Weichmachern. Obwohl die Gesamtzahl der gefundenen verschiedenen Chemikalien in den 2020er-Proben leicht niedriger war, hatten sich die Arten der Chemikalien gewandelt. Alte Additive wurden durch Ersatzstoffe ersetzt, was darauf hindeutet, dass sich die chemische Signatur des Ozeans mit der Produktion mehr Kunststoffe und Kautschuk weiterentwickelt.

Die Studie verdeutlichte auch, dass diese Veränderungen nicht weltweit einheitlich verlaufen. In den Proben von 2010 wurden bestimmte Flammschutzmittel und Weichmacher in hohen Konzentrationen im Südatlantik und Indischen Ozean gefunden. Bis zur zweiten Expedition waren diese spezifischen Verbindungen seltener geworden, während andere Industriesubstanzen, wie solche aus Körperpflegeprodukten und der Reifenherstellung, im Südpolarmeer prominenter wurden. Die Forscher stellten fest, dass einige der gefundenen Chemikalien, insbesondere solche im Zusammenhang mit Reifen, in den neueren Proben seltener auftraten, aber in einer größeren Vielfalt an Formen erschienen. Dies deutet darauf hin, dass, obwohl Regulierungen einige Schadstoffe erfolgreich reduziert haben, die kontinuierliche Produktion neuer synthetischer Materialien sicherstellt, dass der Ozean ein dynamisches Reservoir für eine ständig wechselnde Ansammlung von Kontaminanten bleibt.

Die vielleicht kritischste Erkenntnis ist die Rolle des Planktons als Wächter für den gesamten Ozean. Da diese winzigen Organismen Chemikalien aus dem Wasser aufnehmen und dann absinken, sind sie nicht nur Indikatoren für das, was an der Oberfläche schwimmt; sie sind der Mechanismus, der die Verschmutzung in die Tiefsee transportiert. Die Studie fand heraus, dass das Plankton eine Mischung aus sowohl hydrophoben Chemikalien, die an Fetten haften, als auch polareren, wasserlöslichen Chemikalien enthielt, von denen man zuvor annahm, dass sie weniger wahrscheinlich in Meereslebewesen akkumulieren würden. Das bedeutet, dass die „biologische Pumpe“ – der natürliche Prozess, durch den organisches Material von der Oberfläche in die Tiefsee gelangt – wahrscheinlich eine viel breitere Palette an Schadstoffen transportiert als bisher angenommen. Der tiefe Ozean, mit seinen kalten Temperaturen und dem Mangel an Licht, ist ein Ort, an dem Chemikalien über Jahrhunderte bestehen können. Indem sie aufzeigen, dass das Plankton aktiv diese vielfältige chemische Last sammelt und transportiert, unterstreicht die Forschung, dass der tiefe Ozean kein sicherer Zufluchtsort vor der Verschmutzung ist, sondern vielmehr ein Endlager für die synthetischen Chemikalien, die wir jeden Tag verwenden.

Die Forscher unterschieden sorgfältig zwischen dem, was sie präzise messen konnten, und dem, was sie nur schätzen konnten. Sie verwendeten Referenzstandards für etwa die Hälfte der gefundenen Chemikalien, was es ihnen ermöglichte, exakte Konzentrationen zu berechnen. Für die anderen verwendeten sie ein prädiktives Modell basierend darauf, wie sich die Chemikalien im Instrument verhielten, um deren Mengen zu schätzen. Trotz dieser Unterschiede in der Messpräzision war das Gesamtbild klar: Die chemische Zusammensetzung des offenen Ozeans ist nicht statisch. Sie reagiert auf menschliche Aktivitäten und verändert sich, wenn wir bestimmte Substanzen verbieten und andere einführen. Die Tatsache, dass diese Veränderungen im Plankton des offenen Ozeans sichtbar waren, weit entfernt von jeder direkten Verschmutzungsquelle, bestätigt, dass diese Chemikalien in der Lage sind, riesige Distanzen zurückzulegen und in den globalen Nahrungsnetz einzudringen.

Diese Arbeit beansprucht nicht, das Problem der Meeresverschmutzung gelöst zu haben, noch legt sie nahe, dass die Situation hoffnungslos sei. Stattdessen liefert sie eine detaillierte, evidenzbasierte Karte unseres aktuellen Standes. Sie zeigt, dass während Regulierungen erfolgreich einige der gefährlichsten Altlasten beseitigt haben, der Ozean nun mit einer neuen Generation von synthetischen Substanzen gefüllt wird. Die Studie legt nahe, dass sich der Fokus der Umweltüberwachung über die traditionelle Liste der Schadstoffe hinaus erweitern muss, um die Tausenden von aufkommenden Chemikalien einzubeziehen, die ständig auf den Markt kommen. Oh-ne diese breitere Sichtweise riskieren wir, genau jene Substanzen zu übersehen, die die Zukunft unserer Ozeane definieren. Das Plankton, das lautlos in den dunklen Wassern driftet, erzählt uns eine Geschichte des Wandels – eine Geschichte, die uns dazu auffordert, genauer hinzusehen, was wir in die Welt hinausgeben.