Aachen: Wasserflöhe weisen RWTH-Forschern den Weg

Aachen : Wasserflöhe weisen RWTH-Forschern den Weg

Kleine Wasserflöhe sind eine große Hilfe für die Forscher der Aachener Biologie und Biotechnologie (ABBT) der RWTH. Das Problem: Immer mehr Menschen haben ein Auto, immer mehr Schadstoffe gelangen in die Luft und belasten die Umwelt. Die Forscher wollen daher weg von Benzin und Diesel und hin zu Holz und Pflanzen.

Den Biokraftstoffen hat sich ein Team des Lehr- und Forschungsgebiets Ökosysteme (ESA) an der RWTH Aachen angenommen. „Wir möchten mehr über Biokraftstoffe erfahren, um so früh wie möglich eventuelle Folgen für die Umwelt vorauszusehen,“ sagt die Biologin Kerstin Bluhm, die am Exzellenzcluster „Maßgeschneiderte Kraftstoffe aus Biomasse“(TMFB) mitarbeitet.

Bei ihren Untersuchungen helfen den Forschern die Wasserflöhe. Sie schwimmen in Bechergläsern, zu denen unterschiedliche Biokraftsstoffe gegeben werden. „Wir gucken, wie die Wasserflöhe reagieren. Zum Beispiel, ob sie sterben oder sich vielleicht vermehren“, erzählt der Leiter des ESA, Henner Hollert. So wollen die Biologen weitere Schlüsse für die Umwelt ziehen: „Dank der Reaktionen der Wasserflöhe können wir mathematische Modelle entwickeln und auf größere Populationen im Freien schließen.“

Chemikalien analysieren

Doch da sind sie nicht die Einzigen. Am Institut für Umweltforschung der RWTH — einem Teil der ABBT — dreht sich alles um den Umweltschutz und die Erforschung von Umweltgiften. „Wir analysieren Chemikalien und setzen sie in Verbindung zu ihrer Wirkung in der Umwelt. Nur durch diese Kombination können wir chemische Stoffe richtig einschätzen und für die Zukunft vorbeugen“, sagt der Leiter des Lehrstuhls für Umweltbiologie und Chemodynamik (UBC) Andreas Schäffer.

Das Institut vereint im Lehrstuhl ESA und verschiedenen Arbeitsgruppen „Forschung und Lehre“ in den Bereichen Ökologie, Ökochemie (Was passiert mit chemischen Stoffen?) und Ökotoxikologie (Wie wirkt ein Stoff in der Umwelt?). Es ist diese Mischung, die die Arbeit des Aachener Instituts in Deutschland einmalig macht. Andernorts wird in der Regel nur eine Frage in den Fokus gerückt. Aber: „Die Bereiche sind alle miteinander verzahnt. Die eine Disziplin hilft der Anderen“, erklärt Schäffer. In diesem Jahr wurde zehnjähriges Bestehen gefeiert.

Es gibt weit größere Institute an der RWTH Aachen. Das Werkzeugmaschinenlabor WZL oder das Institut für Textiltechnik etwa. Sie sind in der Nachbarschaft ein Begriff, ein Synonym für die Ingenieurkunst der Hochschule. Doch gleichfalls die Wissenschaftler der Umweltforschung sind international unterwegs und sitzen für ein Projekt auch mal im Schiff auf dem Jangtse in China. Bundesweit hat sich das Aachener Institut neben seinen Kooperationspartnern, den Helmholtz-Instituten in Jülich und Leipzig, der Universität Koblenz-Landau, München, Berlin, Hamburg und Tübingen, einen Namen gemacht.

Es gibt mit wissenschaftlichen Mitarbeitern mehr als 70 Beschäftigte plus zahlreiche Bachelor- und Masterstudenten am Institut, die sich Fragen stellen, die letztlich unsere Umwelt und auch unsere Gesundheit betreffen. Was passiert mit Medikamenten, die wir Menschen einnehmen, ausscheiden und die dann auf Umwegen in unseren Gewässern landen können? Sind diese dann noch toxisch, also giftig für andere Organismen? Und welche Wirkung haben sie dann noch auf Böden und Tiere? Wie reagieren sie, wenn Pflanzenschutzmittel versickern und in ihren Lebensraum treten? Fragen über Fragen.

Es sei Fakt, dass die Vielfalt der Insekten in den letzten 30 Jahren drastisch abgenommen hat, sagt Wissenschaftlerin Martina Roß-Nickoll. Die Experten nennen dies eine Schädigung von Nichtzielorganismen, wenn Pflanzenschutzmittel nicht nur auf die Feinde der Pflanzen, die sie vertreiben sollen, wirken. Wer nach den Ursachen sucht, der wird auch eine Spur zu Pflanzenschutzmitteln finden. Und gleichzeitig ist Umweltforschung auch Technologiefolgenabschätzung, meint Andreas Schäffer. Und dafür interessiert sich die Industrie.

Neben Biokraftstoffen wird daher in einem anderen Projekt gemeinsam mit Kollegen aus der Botanik und dem Maschinenbau untersucht, wie pflanzliche Biomasse für die Erzeugung technischer Produkte eingesetzt werden kann. In der Produktentwicklung sollte bereits in einem ganz frühen Stadium über die Umweltfolgen gesprochen werden. „Sonst sind Umweltschützer am Ende die Spielverderber, und wenn nach vielen Jahren Produktentwicklung festgestellt wird, dass ein Produkt nicht umweltverträglich ist und nicht in den Markt kann, dann ist das reine Geldverschwendung“, sagt Thomas-Benjamin Seiler von der Umweltforschung.

Bei der Feier des zehnten Geburtstags bemühte Andreas Schäffer das Bild des schiefen Turms von Pisa. Es war ein Foto, auf dem Touristen so tun, als würden sie den Turm stützen. Schäffer sagte: „Unsere Umwelt ist gefährdet, sie ist in einer Schieflage.“ Sie müsse endlich besser geschützt und gestützt werden. Die Geschichten von Plastikmüll in den Ozeanen haben gerade erst für Aufsehen gesorgt. Es müsse ein Umdenken her. Die Forscher liefern dafür Fakten.

Schon winzig kleine Nanopartikel können in der Umwelt enormen Schaden verursachen. Also Partikel, die kleiner sind als ein Nanometer. Und der ist mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Die Aachener Umweltforscher untersuchen diese Nanopartikel seit ein paar Jahren. In einem Fall geht es um Kohlenstoffnanoröhrchen, die in Kunststoffe eingesetzt werden, um diese etwa für Tennisschläger, Fahrradhelme oder Autobauteile härter oder in anderen Fällen einen Kunststoff elektrisch leitbar zu machen.

Sie sehen aus wie Makaroni, sind aber nur ein paar Mikrometer lang und Nanometer breit und werden — das wurde in Aachen erforscht —, wenn sie in Gewässer kommen, von Wasserflöhen, Algen und auch Fischen aufgenommen. Die Frage ist: Was hat das für Folgen? Die Forscher haben nämlich herausgefunden, dass die Röhren zunächst keine toxikologische Wirkung haben, sich aber in den Zellen ablagern. Die Tiere sterben nicht, tragen die Röhrchen aber weiter — möglicherweise bei Fischen bis auf unseren Essenstisch.

Und wie ist das bei Silbernanopartikeln, die in unseren Socken stecken, damit die länger getragen werden können, bevor sie riechen? Was ist, wenn die über Kläranlagen in den Klärschlamm und dann auf die Felder und weiter bis ins Grundwasser kommen? Sind die nach dem Geschmack der Regenwürmer im Boden und vieler anderer Lebewesen? Bodensäulen, die ausgestochen, mit dem Traktor aus dem Boden gezogen und dann in ein Labor oder Versuchsfeld gebracht werden, sollen darüber Aufschluss geben. Das Projekt ist auf drei Jahre angelegt, die Ergebnisse fließen wie in anderen Fällen in Umweltrisikobewertungen ein.

In einem anderen Projekt wurden Titandioxidnanopartikel untersucht, das ist ein weißer Farbstoff. Die erste Erkenntnis: Die normalen Tests mit Wasserflöhen unter Laborbedingungen zeigten keine nennenswerte Wirkung. Doch als eine Lampe mit einem speziellen Spektrum Sonnenlicht simulierte, wurde das Titandioxid förmlich aktiviert und entfaltete eine toxische Wirkung selbst bei sehr niedrigen Konzentrationen. Umwelt und Labor sind eben zwei verschiedene Welten, und zunehmend werden viele Labortests überarbeitet — um die Situation im Freiland besser darstellen zu können. Schritt für Schritt geht es voran.

Mit kleinen Schritten

„Uns ist bewusst, dass wir auch nicht von heute auf morgen auf Biokraftstoffe umsatteln können“, sagt Kerstin Bluhm. Erst einmal geht es der Gruppe darum, eine zuverlässige Methode zu entwickeln, um unterschiedliche Arten von biologischen Kraftstoffen auf ihre Umweltverträglichkeit testen zu können. „Wir möchten eine Perspektive für die Zukunft schaffen, mit der dann weiter gearbeitet werden kann“, sagt Bluhm.

Mit kleinen Schritten geht es in die richtige Richtung. Nach Arbeiten mit Zellkulturen wurden die ersten Reproduktionstests mit den Tieren gestartet. „Die Wasserflöhe sind gute Tester. Auch im nächsten Jahr werden wir mit ihnen weiterarbeiten“, sagt Bluhm.

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