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Risikodebatte Nanomaterialien : Guter Ackerboden in Gefahr?

Nanopartikeln (hier aus Titandioxid) in einer Falschfarbenaufnahme. Bild: Bramaz / ISM / Agentur Focus

Nanomaterialien finden sich mittlerweile in vielen Alltagsprodukten. Doch was passiert, wenn sie in großen Mengen in die Umwelt gelangen? Eine neue Studie zeigt: Metalloxid-Partikeln in hoher Dosis können das Wachstum von Sojapflanzen hemmen.

          Ob in Kosmetika, Textilien oder in Farben - nanometergroße Partikeln aus Metalloxid werden wegen ihrer besonderen Eigenschaften mittlerweile vielen Produkten zugesetzt. Doch je stärker man die Nanomaterialien nutzt, desto größer ist auch das Risiko, dass sie unkontrolliert in die Umwelt gelangen. Seit einigen Jahren diskutieren Umweltwissenschaftler und Toxikologen über die möglichen Auswirkungen auf die Natur und die Gesundheit. Dass sich industrielle Nanopartikeln unter Umständen in Ackerpflanzen anreichern und das Wachstum sowie die Ernteerträge verringern können, zeigt nun erstmals eine Studie von Forschern der University of California in Santa Barbara.

          Manfred Lindinger

          Redakteur im Ressort „Natur und Wissenschaft“.

          Zwei Tausendsassa im Nanoreich

          Die Wissenschaftler um Patricia Holden wählten für ihre Untersuchung eine der wichtigsten Ackerpflanzen weltweit, die Sojapflanze. Die Bodenproben für das Experiment wurden mit rund zehn Nanometer großen Partikeln aus Zink- und Ceroxid - zwei industriell häufig verwendete Stoffe - vermischt. Zinkoxid, ein weißes Farbpigment mit antiseptischer Wirkung, wird in vielen pharmazeutischen Produkten, Hautpflegemitteln, Kosmetika, Zahncremes, und als UV-Schutz in Sonnencremes verwendet. Ceroxid setzt man Katalysatoren und Brennstoffen zu, da es den Verbrennungsprozess steigert und den Kohlenmonoxid-Ausstoß verringert. Beide Substanzen können vergleichsweise leicht über das Abwasser und über Abgase in das Erdreich gelangen.

          Holden und ihre Kollegen präparierten in ihren Gewächshausversuchen Böden mit unterschiedlich hohen Partikel-Konzentrationen. Die höchsten Belastungen betrugen bei Zinkoxid 0,5 Gramm pro Kilogramm Erde und für Ceroxid ein Gramm pro Kilogramm Erde. Zur Kontrolle ließ man einige Pflanzen auf unbehandeltem Boden wachsen. Von der Keimung bis zur Ernte verfolgte man das Wachstum und protokollierte nach fünfzig Tagen den Ertrag. Anschließend trockneten die Forscher die Pflanzen und untersuchten deren Bestandteile.

          Partikeln wandern in die Pflanzen

          Dabei machten sie unterschiedliche Beobachtungen. So hatten jene Pflanzen, die auf mit Zinkoxid verunreinigten Boden gediehen waren, die Metallpartikeln aus dem Erdreich aufgenommen und akkumuliert. Die Partikeln waren in den Wurzeln, Stängeln und Blättern ebenso zu finden wie in den Bohnen, wie Messungen mit dem Elektronenmikroskop zeigten. Der gemessene Gehalt korrelierte mit der Partikel-Konzentration im Boden und erreicht in den Stängeln den sechsfachen, in den Blättern den vierfachen und in den Bohnen den dreifachen Wert der unbehandelten Pflanzen

          Sojapflanzen im Gewächshaus am Julius Kuehn Institut (JKI) in Gross Luesewitz
          Sojapflanzen im Gewächshaus am Julius Kuehn Institut (JKI) in Gross Luesewitz : Bild: dapd

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          Wachstum gehemmt

          Anders verhielt es sich mit den Ceroxid-Teilchen. Sojapflanzen, die auf entsprechenden Böden gewachsen waren, hatten die Partikeln zwar nicht aufgenommen. Sie gediehen aber sichtlich schlechter. Unabhängig von der Partikel-Konzentration im Boden, fiel die Zahl der Blätter und die Zahl der Bohnen deutlich geringer aus als bei den Pflanzen der Kontrollgruppe. Die behandelten Pflanzen waren im Schnitt kleinwüchsiger. Die Ursache für diese Veränderungen im Pflanzenwachstum fanden die Forscher an den Wurzeln. Dort hatte das Metalloxid die Knöllchenbakterien abgetötet, mit denen die Pflanze üblicherweise in Symbiose lebt. Die Mikroben nehmen Stickstoff auf und verwandeln ihn in lebenswichtiges Ammonium. Sind weniger Bakterien vorhanden, verringert sich folglich auch die natürliche Düngung, wie die Forscher in den „Proceedings“ der amerikanischen Nationalen Akademie der Wissenschaften (doi: 10.1073/pnas.1205431109) berichten.

          Unbekannte Folgen

          Die Forscher schlagen vor, reduziertes Pflanzenwachstum durch zusätzliches Düngen zu kompensieren - was natürlich zusätzliche Umweltbelastungen zur Folge hätte. Sie können  aber keine Aussagen machen,  ob der Verzehr von Sojabohnen, die Zinkoxid in großen Mengen enthalten, irgendwelche Auswirkungen auf die Gesundheit hat. Allerdings, so räumen die amerikanischen Forscher selbst ein, sind die Konzentrationen, die die Pflanzen in den Versuchen zum Teil ausgesetzt waren, extrem hoch und mit den deutlich geringeren Expositionen in natürlichen Kulturböden nicht zu vergleichen. „Es könnte aber durchaus Orte geben, wo sich Nanopartikeln im Erdreich anreichern, etwa in der Umgebung von Fabriken, die diese Materialien herstellen,“ erklärt Holden. Man habe bislang nur begrenzte Informationen darüber, welche Auswirkung synthetische Nanopartikeln auf die Umwelt haben. Die Versuche zeigten zumindest, dass man Abwasserströme, künftig stärker auf Expositionen mit Nanopartikeln kontrollieren müsse.

          Die Tücke der Nanostudien

          Auch in Deutschland werden die Studien zu den Auswirkungen auf die Umwelt mit großer Aufmerksamkeit verfolgt. „Die Grundlagenforschung auf diesem Gebiet ist sehr wertvoll, auch wenn wir gegenwärtig noch keine Aussagen machen können, welche Relevanz die Daten für die Praxis haben“, meint Antje Grobe von der Universität Stuttgart. Die verwendeten nanoskaligen Zinkoxide in der kosmetischen Industrie sind in der Regel eher 20 bis 30 Nanometer groß und verhalten sich je nach Art und chemischer Einbindung durchaus unterschiedlich. Dennoch sei es wichtig, Informationen über den gesamten Lebensweg zu sammeln und auch die Abwasserströme genauer in den Fokus zu nehmen. Das Problem mit den Nanomaterialien ist dabei, dass tatsächlich das einzelne Material bewertet werden muss, generelle Aussagen lassen sich nicht treffen so Grobe. Die Verantwortung liegt dabei bei der Industrie.

          Quelle: F.A.Z.

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