Forscher finden Mikroplastik bereits in allen Umgebungen und Organismen. Es gibt noch keine klare Meinung über die Gefahren von Mikro- (Partikel unter 5 mm) und Nanopartikeln (unter 100 nm) Kunststoff für den Menschen und die terrestrische Biota im Allgemeinen. Offenbar sind gängige Kunststoffe wie Polyethylen und Polypropylen an sich harmlos. Allerdings können Zusatzstoffe, die Kunststoffen von Herstellern zur Verbesserung ihrer Leistungseigenschaften zugesetzt werden und bei denen es sich um geheimes Know-how der Gesellschaft und der Aufsichtsbehörden handelt, schwerwiegende Schäden für die Umwelt verursachen. Und vor allem sind Kunststoffpartikel Adsorbentien und Träger chemischer und bakterieller Verschmutzung.
Einer der Hauptbestandteile von Mikroplastik sind synthetische Fasern wie Nylon, Polyester, Polypropylen und Acryl, die zur Herstellung von Stoffen verwendet werden. Beim Waschen landen die Fasern in der Kanalisation und schließlich im Meer. Schätzungen zufolge gelangen jedes Jahr zwischen 4,8 und 12,7 Millionen Tonnen verschiedener Kunststoffe in die Weltmeere, wobei Mikroplastik etwa ein Drittel ausmacht. Fasern wiederum machen bis zu 90 Prozent des Mikroplastiks aus.
Forscher haben Mikroplastik bereits in den unterschiedlichsten Tierarten gefunden: Mikrofasern fanden sich in 60 Prozent der Makrowirbellosen, 49 Prozent der Watvögel und einer Vielzahl von Fischen. Im Laufe ihres Lebens nehmen Fische große Mengen an Mikrofasern auf. Zuvor wurde berichtet, dass Mikroplastikfasern nicht länger im Darm von Fischen verblieben als andere Nahrungsbestandteile, und in einem weiteren sechswöchigen Experiment wurde festgestellt, dass Mikrofasern das Maul und die Darmfalten von Fischen schädigten.
Heute ist die Wissenschaft dabei, Erkenntnisse über die Erforschung von Mikroplastik zu sammeln. Wissenschaftler wissen nicht genau, wie viel und welche Art von Kunststoff in verschiedenen natürlichen Umgebungen enthalten ist. Bisher gibt es weder einheitliche Methoden zur Probenahme kontaminierter Umgebungen noch vereinbarte Methoden zur Analyse und Versuchsplanung. Biologen, Ozeanologen, Ökologen, Chemiker und Physiker nutzen in der Forschung völlig unterschiedliche Ansätze.
Es gibt eine große Lücke in den Forschungsmethoden und -objekten zwischen „Labor“-Spezialisten und „natürlichen“ Spezialisten. Erstere führen häufig Experimente unter idealen Laborbedingungen an künstlich simulierten Objekten durch, manchmal sogar an mathematischen Modellen. Experimente stellen oft Umgebungsbedingungen ein, die für reale Objekte unmöglich sind.
Unter natürlichen Bedingungen haben Forscher ein völlig gegenteiliges Problem. Große Mikroplastikpartikel, insbesondere optisch sichtbare, können leicht aus der Umwelt isoliert werden. Und Mikropartikel und die darin enthaltenen Schadstoffe sind äußerst schwer zu isolieren und zu identifizieren. Um ausreichende Mengen an Mikroplastik für die Analyse zu extrahieren, müssen große Mengen an Luft, Wasser und Boden verarbeitet werden. Gleichzeitig sind die zur Analyse eingesetzten Instrumente teilweise sehr unterschiedlich. Darüber hinaus beschränken sich viele Forscher darauf, lediglich das Vorhandensein von Kunststoff in einer bestimmten Umwelt anzugeben, ohne dessen Masse und die damit verbundene Verschmutzung zu bewerten, was es schwierig macht, die Schwere des Problems einzuschätzen.
Verschiedene nicht standardisierte Methoden zur Sammlung und Verarbeitung von Umweltproben, die von verschiedenen Forschergruppen verwendet werden, führen zu einer Unvergleichbarkeit der Ergebnisse. Eine Lösung für das komplexe Problem der Bewertung der Auswirkungen von Mikroplastik auf Mensch und Biota kann nur durch eine enge Zusammenarbeit zwischen Wissenschaftlern aller relevanten Bereiche gefunden werden; Gleichzeitig ist eine umfassende Forschung und die Entwicklung standardisierter Methoden zur Untersuchung der Mikroplastikproblematik zu berücksichtigen.
Mikroplastik im menschlichen Blut gefunden
Wissenschaftler in den Niederlanden haben erstmals Mikroplastikpartikel im menschlichen Blut entdeckt. Die schockierende Entdeckung wurde von der Informationsquelle LENTA.RU unter Berufung auf The Guardian gemeldet. Zuvor gab es bereits Daten zur Anreicherungsfähigkeit von Mikroplastik in menschlichen Organen und Geweben.
Experten analysierten Blutproben von 22 anonymen Spendern, allesamt gesunde Erwachsene, und identifizierten bei 17 Personen Plastikpartikel. Die Hälfte der Proben enthielt PET-Kunststoff, der üblicherweise in Getränkeflaschen verwendet wird, und ein Drittel enthielt Polystyrol, das in Lebensmittelverpackungen und anderen Produkten verwendet wird. Ein Viertel der Blutproben enthielt Polyethylen, das zur Herstellung von Plastiktüten verwendet wird.
Wissenschaftler wissen noch nicht, welche Auswirkungen Mikroplastik auf die menschliche Gesundheit hat. Experten befürchten jedoch, dass Mikroplastik unter Laborbedingungen nachweislich schädliche Auswirkungen auf menschliche Zellen hat und dass bereits bekannt ist, dass Luftverschmutzungspartikel in den Körper gelangen und jedes Jahr Millionen von frühen Todesfällen verursachen. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Menschen die winzigen Partikel in Nahrung und Wasser aufnehmen und einatmen.
Eine aktuelle Studie ergab, dass Mikroplastik an den Außenmembranen roter Blutkörperchen haften und deren Fähigkeit zum Sauerstofftransport einschränken kann. Die Partikel wurden auch in der Plazenta schwangerer Frauen gefunden, und bei trächtigen Ratten passieren sie schnell die Lunge und dringen in das Herz, das Gehirn und andere Organe des Fötus ein.
Mikroplastik in atherosklerotischen Plaques der Halsschlagader erhöht das Risiko einer Kombination aus Myokardinfarkt, Schlaganfall oder Tod jeglicher Ursache
Forscher aus Italien haben herausgefunden, dass das Vorhandensein von Mikroplastik in atherosklerotischen Plaques in der Halsschlagader das Risiko einer Kombination aus Myokardinfarkt, Schlaganfall oder Tod jeglicher Ursache erhöht. Wie im New England Journal of Medicine berichtet, sind Polyethylen und Polyvinylchlorid die häufigsten in Plaques vorkommenden Verbindungen. Mehrere Studien haben gezeigt, dass Mikroplastik und Nanoplastik über den Magen-Darm-Trakt, die Lunge und die Haut in den menschlichen Körper gelangen und dort mit Geweben und Organen interagieren.
Erkenntnisse aus In-vitro-Studien deuten darauf hin, dass Mikroplastik oxidativen Stress, Entzündungen und Apoptose in Endothelzellen fördert. Tiermodelle haben gezeigt, dass eine solche Exposition zu Veränderungen der Herzfrequenz, beeinträchtigter Herzfunktion, Myokardfibrose und endothelialer Dysfunktion führt. Es ist jedoch nicht bekannt, wie klinisch bedeutsam diese Beobachtungen beim Menschen sind. Es gibt derzeit keine Hinweise darauf, dass Mikroplastik beim Menschen Gefäßschäden verursachen kann.
Ein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Raffaele Marfella von der Universität Neapel Luigi Vanvitelli führte eine prospektive Studie durch, in der das Vorhandensein dieser Mikroplastiken in chirurgisch entfernten Karotisplaques mithilfe von pyrolytischer Gaschromatographie-Massenspektrometrie, stabiler Isotopenanalyse und Elektronenmikroskopie untersucht wurde. Anschließend untersuchten die Forscher den Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein von Mikroplastik in Plaque und dem kombinierten Ergebnis von Myokardinfarkt, Schlaganfall oder Tod jeglicher Ursache.
Insgesamt wurden 312 Patienten untersucht, die sich einer Karotis-Plaque-Operation unterzogen, wobei 257 Patienten in die endgültige Analyse einbezogen und durchschnittlich 33,7 Monate lang beobachtet wurden. Bei 150 Patienten wurde eine merkliche Menge Polyethylen in der entfernten Plaque gefunden (21,7 ± 24,5 Mikrogramm pro Milligramm Plaque) und bei 31 Patienten wurde eine messbare Menge Polyvinylchlorid gefunden (5,2 ± 2,4 Mikrogramm pro Milligramm Plaque). Gleichzeitig sind den Ärzten keine offensichtlichen Unterschiede in der Nachweishäufigkeit von Mikroplastik je nach Wohnort der Patienten oder dem Standort des medizinischen Zentrums bekannt.
Transmissionselektronenmikroskopische Aufnahmen bei zehn zufällig ausgewählten Patienten zeigten das Vorhandensein von Partikeln mit gezackten Kanten in den schaumigen Makrophagen der Plaque. Fast alle Partikel waren kleiner als ein Mikrometer. Die Rasterelektronenmikroskopie zeigte einen verringerten Kohlenstoff- und Sauerstoffgehalt dieser Partikel sowie einen hohen Chlorgehalt.
Die Analyse stabiler Isotope zeigte, dass das Verhältnis von Kohlenstoff-13 zu Kohlenstoff-12 bei den Patienten ohne erkennbares Muster variierte. Die lineare Regressionsanalyse ergab eine positive Korrelation zwischen der Menge an vorhandenem Polyethylen und den Expressionsniveaus von Interleukin-18, Interleukin-1β, Interleukin-6 und Tumornekrosefaktor-α sowie den Niveaus von CD3- und CD68-Zellen. Die Menge an Kollagen wurde reduziert.
Patienten mit Mikro- oder Nanoplastik im atherosklerotischen Plaque der Halsschlagader hatten ein höheres Risiko für Herzinfarkt, Schlaganfall oder Tod jeglicher Ursache als Patienten ohne diese Substanzen im Plaque (Hazard Ratio 4,53, p < 0,001). Die unbereinigte Hazard Ratio betrug 2,84 (p = 0,007). Die Ergebnisse dieser Studie deuten darauf hin, dass Mikro- und Nanoplastik das Risiko schwerwiegender kardiovaskulärer Ereignisse erheblich erhöhen kann. Diese Daten weisen auf einen Zusammenhang zwischen Umweltverschmutzung und einer Verschlechterung der öffentlichen Gesundheit hin und sind daher wichtig für die Entwicklung interdisziplinärer Programme zur Reduzierung der Umweltverschmutzung.
Mikroplastikfasern verursachen bei japanischen Medakas Kiemenschäden und Aneurysmen, erhöhen aber bei Weibchen die Eiproduktion
Es sind nicht nur die Fasern, die sie fressen, die im Körper der Fische landen. Hunderte oder sogar Tausende von Fasern passieren täglich mit Wasser ihre Kiemen. Der Kiemenapparat und der Darm sind Mikroplastik am stärksten ausgesetzt, doch Laborstudien zu Veränderungen im Zusammenhang mit der Belastung durch Fasern reichen noch nicht aus, um Rückschlüsse auf mögliche Schäden zu ziehen, berichtet die Fachzeitschrift PLoS One.
Ein Team unter der Leitung von David Hinton von der Duke University beschloss, diese Lücke zu schließen und führte eine Reihe von Experimenten mit dem japanischen Medaka (Oryzias latipes) durch, einem Fisch, der jeden Tag laicht, was die Untersuchung möglicher Fortpflanzungsveränderungen erheblich erleichtert. 27 Paare ausgewachsener Fische wurden zufällig in Gruppen eingeteilt; eine Kontrollgruppe aus neun Fischpaaren wurde in Reinwasseraquarien gehalten. Zwei Versuchsgruppen, ebenfalls bestehend aus neun Fischpaaren, wurden in Aquarien mit einem hohen Anteil an Polyester- oder Polypropylenfasern, den häufigsten Kunstfasern, gehalten.
Jedem Becken der Versuchsgruppe wurden 10.000 Fasern pro Liter Wasser zugesetzt, gefolgt von der Zugabe von 1.000 Fasern pro Fisch und Tag während des Wasserwechsels, um die in den Fäkalien entfernten Mikrofasern zu korrigieren. Die durchschnittliche Länge der Polyesterfasern betrug im Experiment 350 Mikrometer, die von Polypropylen 380 Mikrometer.
Das Experiment dauerte drei Wochen, in denen die Forscher täglich das Gewicht des Fisches, die Eiproduktion sowie die Aufnahme und Absorption von Mikrofasern überwachten – wie viel Ballaststoffe ein- und wie viel ausgingen. Die Ergebnisse des Experiments zeigten, dass die Fasern keine sichtbaren Veränderungen des Zustands oder des Körpergewichts verursachten und keinen Einfluss auf die Embryonalsterblichkeit, die Eientwicklung oder das Schlüpfen von Jungtieren hatten. Nach Abschluss des Experiments untersuchten die Wissenschaftler das Fischgewebe, um festzustellen, welche Veränderungen in den Organen und Geweben aufgetreten waren.
Es stellte sich heraus, dass eine große Menge an im Wasser enthaltenen Ballaststoffen nach dem Durchgang durch die Kiemenhöhle und den Darm akute und chronische Veränderungen im Körper von Fischen verursacht. Dies führte insbesondere zu strukturellen Veränderungen der Kiemenplatten, einer erhöhten Schleimproduktion in den Kiemen und im Darm, zur Bildung von Aneurysmen in den Gefäßen und zu Veränderungen der Epithelzellen. Wissenschaftler betonen, dass Veränderungen im Kiemenapparat zu Sauerstoffmangel führen können, was die Fische anfällig für Raubtiere und weniger konkurrenzfähig bei der Nahrungsbeschaffung und im Kampf mit anderen Männchen um das Laichen macht.
Das Experiment zeigte, dass die am Experiment teilnehmenden Weibchen mit der Zeit begannen, mehr Eier zu produzieren. Statistisch signifikante Ergebnisse (p < 0,05) wurden für die Versuchsgruppe mit polypropylenhaltigem Wasser in der dritten Expositionswoche erzielt. Die durchschnittliche Anzahl der Eier in dieser Gruppe betrug 14 Stück, während die Kontrollgruppe in der dritten Expositionswoche 12 Eier hatte , obwohl innerhalb der Gruppe keine statistische Signifikanz erreicht wurde. Veränderungen in der Anzahl der Eier sind ein häufiger Biomarker für endokrine Störungen bei Fischen, was auf den Einfluss von Mikrofasern auf die endokrinen Funktionen und das Fortpflanzungssystem von Fischen hinweisen kann.
Forscher vermuten, dass dies auf Chemikalien zurückzuführen ist, die Textilien zugesetzt werden. Dabei handelt es sich beispielsweise um Farbstoffe oder Tenside, die dazu dienen, statische Elektrizität aus synthetischen Stofffasern zu entfernen. Um Fragen zu den Mechanismen zu beantworten, durch die diese Chemikalien Fische beeinflussen, werden Wissenschaftler ihre Forschung fortsetzen und im Rahmen dieses Experiments gewonnene Wasser- und Gewebeproben analysieren.
Plastiksteine, gefunden auf einer ökologisch sauberen, unbewohnten Insel
Es gibt nur wenige Orte auf der Erde, die so isoliert sind wie die unbewohnte Vulkaninsel Trindade, die mit dem Boot in 3 bis 4 Tagen von der Küste Brasiliens aus erreicht werden kann. Auf der Insel wurden Steine gefunden, die durch überschüssiges Plastik im Meer entstanden sind.
Laboranalysen ergaben, dass das Plastik hauptsächlich aus Resten von Fischernetzen entstand – einer äußerst häufigen Art von Müll im Meer. Der Prozess der Bildung einer neuen Rasse ist einfach. Strömungen werfen Netzfragmente an die Küste der Insel; unter dem Einfluss von Sonnenlicht schmilzt das Plastik langsam und verschmilzt mit dem Untergrund – lokalen Steinen. Dadurch entsteht ein neues haltbares Gestein. Es hat bereits einen wissenschaftlichen Namen – Plastiglomerate (Kunststoff + Agglomerat).
Ähnliche Fels-Plastik-Formationen wurden seit 2014 in Hawaii, Großbritannien, Italien und Japan registriert. Aber Trindade Island ist der abgelegenste Ort auf dem Planeten, an dem Plastiglomerate entdeckt wurden. „Umso schrecklicher war es, sie an einem der umweltfreundlichsten Strände zu finden“, kommentieren die Wissenschaftler. Sie befürchten, dass durch die Erosion des Gesteins Mikroplastik in die Umwelt gelangt und die Nahrungskette der Insel weiter verschmutzt, heißt es in der Zeitschrift Marine Pollution Bulletin.
Künstliche Gegenstände werden für Meerestiere zur Falle und führen zu deren Tod
Einsiedlerkrebse werden im Gegensatz zu den meisten Krabben mit einem weichen Körper geboren und wählen selbstständig einen schützenden Panzer. Wenn sie wachsen, lassen sie ihre Abwehrkräfte fallen und suchen nach einer größeren. Heutzutage sind Strände auf der ganzen Welt so stark mit Plastik und anderen Abfällen befallen, dass Krebse darauf zurückgreifen, Plastikbecher, Flaschenverschlüsse, Glühbirnenfassungen und ähnliche Abfälle als Muscheln zu verwenden.
Wie sie in der Fachzeitschrift „Science of The Total Environment“ schreiben, wird weltweit ein ähnliches Verhalten von Einsiedlerkrebsen beobachtet. Forscher fanden weltweit 386 in Müll eingewickelte Personen. Etwa 85 % davon nutzten Plastikmüll, der Rest nutzte Metall, Glas und andere Materialien.
Müll ist leichter zu finden und leichter zu transportieren als eine herkömmliche Muschel. Darüber hinaus sorgt es für eine bessere Tarnung und die Farbe und der Geruch des Kunststoffs locken einen Partner an. Untersuchungen zeigen, dass Krabben die von Kunststoffprodukten freigesetzten Chemikalien mögen. Aus diesem Grund bevorzugen Krabben Müll gegenüber Muscheln. Eine solche Wahl führt jedoch zum Tod von Tieren. Oft wird die künstliche Hülle für sie zur Falle. So starben allein vor der Küste Australiens mehr als eine halbe Million Einsiedlerkrebse durch Müllgranaten.
Weitere Mikroplastikquellen im Meer
Kanadische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass der Großteil des Mikroplastiks, das die Arktis verschmutzt, überhaupt nicht aus Plastikmüll, sondern aus gewöhnlicher Haushaltswäsche stammt. Auf jeden Kubikmeter Meerwasser kommen durchschnittlich 40 Mikroplastikpartikel. 92,3 % davon sind Fasern, 73,3 % davon sind Polyester. Die Quelle dieser Fasern ist das Waschen von synthetischen Stoffen, da Kläranlagen noch nicht in der Lage sind, Mikroplastik herauszufiltern – sie passieren jedes Jahr mehr als 20 Milliarden Partikel.
Amerikanische Wissenschaftler haben herausgefunden, dass bis zu 30 % des Mikroplastiks, das in die Weltmeere gelangt, Partikel aus Autoreifen sind, die beim Autofahren freigesetzt werden. Sie vermischen sich mit Straßenstaub, gelangen in Boden, Grundwasser und Atmosphäre und werden auch mit Niederschlägen verteilt.
Eine Möglichkeit, diese Quelle von Mikroplastik-Emissionen zu beseitigen, wurde von einer Gruppe britischer Designstudenten vorgeschlagen – sie entwickelten ein Gerät, das an Rädern befestigt wird und bis zu 60 % der Gummipartikel auffängt. Gesammeltes Mikroplastik soll für die Herstellung von Farbstoffen, Schallschutzmaterialien und 3D-Druck wiederverwendet werden.
Mikroplastik aus Trinkwasser entfernen
Untersuchungen zeigen, dass Mikroplastik besonders häufig im Leitungswasser vorkommt. Neue Forschungsergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass eine mögliche Low-Tech-Lösung zur Entfernung von Mikroplastik auf dem Vormarsch ist. In dem Experiment erstellten die Forscher Modelle von Leitungswasser, das typischerweise mit Mineralien und Plastikpartikeln beladen ist, und stellten fest, dass fünfminütiges Kochen und Durchleiten der Flüssigkeit durch einen Filter die Belastung durch Nano- und Mikroplastik um 90 Prozent reduzierte. Der Studie zufolge fängt das Calciumcarbonat-Mineral, wenn es bei ausreichend hohen Temperaturen fest wird, Kunststoffpartikel ein und kann durch einen Kaffeefilter herausgefiltert werden.
„Hier ist es wichtig zu beachten, dass die Wirksamkeit des Einfangens dieser Mikro-/Nanoplastiken in diesen mineralischen Feststoffen davon abhängt, wie hart und mineralbeladen das Wasser ist: Je härter das Wasser, desto mehr Feststoffe werden produziert, desto mehr Mikroplastik wird eingefangen“, sagt Anya Brandon erzählte GesundLinie, stellvertretender Direktor für US-Kunststoffpolitik bei Ocean Conservancy und Umweltingenieur, der nicht an der Studie beteiligt war.
Die Autoren der Studie warnten zwar davor, dass weitere Untersuchungen erforderlich seien, bevor diese Praxis in großem Umfang empfohlen werde, es könne jedoch nicht schaden, sie auszuprobieren. Wissenschaftler sagten der Washington Post, dass man nach dem Kochen 5 bis 10 Minuten warten sollte, damit sich die Feststoffe absetzen und das Wasser abkühlen kann, und dann filtern sollte.