Studie dokumentiert, wie Zooplankton Mikroplastik in die Tiefsee transportiert

Mikroplastikkügelchen im Zentralrohr eines Ruderfußkrebses (seinem Darmtrakt), wie hier gezeigt, erleichtern die Visualisierung und Identifizierung. © PML

Eine neue Studie hat erstmals in Echtzeit aufgezeichnet und gemessen, wie schnell Mikroplastik den Darmtrakt einer wichtigen Zooplanktonart passiert, und anhand dieser Messungen abgeschätzt, wie viel Plastik diese winzigen Tiere täglich durch den Ozean transportieren und dort absinken lassen.

Zooplankton erweist sich bereits als wichtiger biologischer Transportweg für Mikroplastik in marinen Ökosystemen. Da sich schätzungsweise über 125 Billionen Mikroplastikpartikel im Ozean angesammelt haben, ist es unerlässlich zu verstehen, wie sich diese Schadstoffe durch marine Ökosysteme und Nahrungsnetze bewegen, um langfristige Folgen für die Gesundheit der Ozeane vorherzusagen.

Ruderfußkrebse gelten allgemein als die zahlreichsten Zooplanktonarten in unseren Ozeanen und dominieren die Zooplanktongemeinschaften in nahezu allen Meeresregionen, von der Wasseroberfläche bis zur Tiefsee. Ihre enorme Anzahl bedeutet, dass selbst geringfügige Handlungen einzelner Tiere – wie die Aufnahme von Mikroplastik – in ihrer Gesamtheit erhebliche Veränderungen auf Ebene des Ökosystems bewirken können.

Neue Forschungsergebnisse, verfasst von Dr. Valentina Fagiano (Ozeanographisches Zentrum der Balearen, COB-IEO-CSIC) und Dr. Matthew Cole, Dr. Rachel Coppock und Professorin Penelope Lindeque vom PML, zeigen, dass Ruderfußkrebse möglicherweise jeden Tag Hunderte von Mikroplastikpartikeln pro Kubikmeter Meerwasser durch die Wassersäule transportieren.

Die in der Zeitschrift „Journal of Hazardous Materials“ veröffentlichte Studie mit dem Titel „Real-time visualization reveals copepod mediated microplastic flux“ liefert eines der bisher klarsten quantitativen Bilder davon, wie Mikroplastik durch Zooplankton im Ozean recycelt wird.

Zooplankton, insbesondere Ruderfußkrebse, spielen eine zentrale Rolle im marinen Nahrungsnetz. Sie ernähren sich von Mikroalgen und dienen ihrerseits Fischen, Seevögeln und Meeressäugern als Nahrung. Zudem treiben sie die „biologische Pumpe“ an, indem sie Kohlenstoff in Kotpillen verpacken, die in tiefere Wasserschichten sinken.

In den letzten Jahren wurden Ruderfußkrebse auch als Überträger von Mikroplastik identifiziert – sie nehmen winzige, im Meerwasser schwebende Plastikpartikel auf und geben diese möglicherweise an Fressfeinde weiter oder scheiden sie über ihre Exkremente und Kadaver in tieferen Wasserschichten aus. Bislang gab es jedoch keine präzise Methode, um zu messen, wie viel Plastik ein einzelner Ruderfußkrebs verarbeitet und wie schnell.

Im Rahmen der Studie sammelten die Forscher die Ruderfußkrebse Calanus helgolandicus   (ein häufiger Ruderfußkrebs aus dem Nordatlantik) durch ein feinmaschiges Planktonnetz an der Station L4 des Western Channel Observatory – etwa sechs Seemeilen südlich von Plymouth – an Bord des Forschungsschiffs Quest von PML.

Im Labor wurden die Ruderfußkrebse drei gängigen Arten von Mikroplastik ausgesetzt:

• fluoreszierende Polystyrolkügelchen
• Polyamid (Nylon) Fasern
• Polyamid (Nylon)-Fragmente

Diese wurden unter verschiedenen Nahrungsbedingungen angeboten, sodass die Wissenschaftler testen konnten, ob die Form des Kunststoffs oder die Verfügbarkeit von Nahrung die Geschwindigkeit beeinflusst, mit der sich die Partikel durch den Darm bewegen.

Mithilfe von Echtzeitvisualisierung verfolgten die Forscher einzelne Mikroplastikpartikel während ihrer Aufnahme und späteren Ausscheidung. Dies ermöglichte es ihnen, zwei wichtige Kennzahlen mit hoher Präzision zu messen:

• Darmpassagezeit – wie lange ein Mikroplastikpartikel im Inneren des Ruderfußkrebses verbleibt
• Aufnahmeintervall – wie oft ein neues Kunststoffpartikel aufgenommen wird

In allen Versuchen lagen die Darmpassagezeiten im Median bei etwa 40 Minuten und waren unabhängig von der Kunststoffform und der Futterkonzentration. Anders ausgedrückt: Kügelchen, Fasern und Fragmente passierten den Darm mit ähnlicher Geschwindigkeit, und die Fütterungsbedingungen hatten keinen signifikanten Einfluss auf die Kunststoffpassage.

Durch die Kombination dieser Messungen mit realistischen Schätzungen der Copepodenhäufigkeit im westlichen Ärmelkanal – einem der am besten untersuchten Gewässer der Welt – berechnete das Team, dass Copepoden in dieser Region Mikroplastikflüsse in der Größenordnung von etwa 271 Partikeln pro Kubikmeter Meerwasser pro Tag verursachen könnten.

Bislang fehlten vielen groß angelegten Computermodellen zum Mikroplastiktransport artspezifische, prozessbasierte Parameter für die Aufnahme und Ausscheidung durch Zooplankton. Der hier entwickelte quantitative Rahmen – basierend auf Darmpassagezeiten, Aufnahmeintervallen und realistischen Populationsdichten – bietet eine Möglichkeit, Folgendes zu erreichen:

• Das Verhalten von Zooplankton in Modelle für den Transport von Plastik im Ozean integrieren
• Die Unsicherheit darüber verringern, wo sich Mikroplastik im Laufe der Zeit ansammelt.
• Verbesserung der Risikobewertungen für ökologisch oder wirtschaftlich wichtige Regionen

Letztendlich hilft dies Wissenschaftlern und politischen Entscheidungsträgern, Hotspots der Mikroplastikbelastung und potenzielle Interventionspunkte zu identifizieren.