Im Sommer 2022 tötete das Gift der Brackwasseralge Prymnesium parvum rund 1.000 Tonnen Fische in der Oder. In einer im Journal Ecotoxicology and Environmental Safety veröffentlichten Studie haben Forscherinnen und Forscher des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) die toxische Wirkung der Brackwasseralge Prymnesium parvum auf die Blutzellen verschiedener Oder-Fischarten analysiert. Die Ergebnisse zeigen artspezifische Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber den von der Alge produzierten Giften.
Die giftige Brackwasseralge Prymnesium parvum löste im Sommer 2022 in der Oder ein Massensterben von Fischen, Wasserschnecken und Muscheln aus. Die verantwortlichen Gifte, die Prymnesine, entfalten ihre Wirkung unterschiedlich. Eine mögliche Wirkungsweise der Prymnesine ist die direkte Wechselwirkung mit der Zellwand, wodurch diese durchlässiger wird, der Ionenaustausch gestört ist und die Zelle letztendlich zerplatzt. Bei Blutkörperchen führt dies im schlimmsten Fall zum Erliegen des Gasaustauschs und damit zum Ersticken der Tiere. Bislang war unzureichend erforscht, wie empfindlich die verschiedenen Fischarten auf diese Gifte reagieren.
Barsch und Karpfen besonders empfindlich, Forelle robuster
Die Forschenden untersuchten den während der Algenblüte im Jahr 2022 isolierten Prymnesium-Stamm „Oder1″ hinsichtlich seiner Wirkung auf die Blutzellen von fünf in der Oder vorkommenden Fischarten: Regenbogenforelle, Stör, Barsch, Brachse und Karpfen. Dazu wurden den Fischen nach der Tötung Blut entnommen, die Blutzellen isoliert und 24 Stunden lang mit verschiedenen Algenkonzentrationen inkubiert.
Die hämolytische Aktivität, also die Zersetzung der Blutkörperchen, wurde durch den Rückgang intakter roter Blutkörperchen im Vergleich zur Kontrolle nach 15, 18, 21 und 24 Stunden bestimmt. „Am empfindlichsten reagierten Barsch und Karpfen auf das Gift, am wenigsten empfindlich war die Regenbogenforelle. Solche artspezifischen Unterschiede spiegeln möglicherweise Unterschiede in der Struktur und Zusammensetzung der Membranen der roten Blutkörperchen wider und zeigen, wie unterschiedlich Tiere auf giftige Algenblüten reagieren können“, sagt Margie Glenn, IGB-Forscherin und Erstautorin der Studie.
Erkenntnis wichtig für die Bewertung von Analysemethoden:
Die Erkenntnis aus der Studie ist nicht nur ökologisch relevant, sondern auch wichtig für die Einschätzung giftiger Algenblüten. Da bislang keine andere Methode zur Verfügung steht, wird zur Beurteilung der Toxizität von Prymnesium üblicherweise ein Hämolyse-Test an menschlichen Blutkörperchen durchgeführt. Diese Studie zeigt jedoch, dass die Testergebnisse je nach Herkunft der roten Blutkörperchen erheblich variieren können. „Barsch- und Karpfenblut zeigen die Giftigkeit also besonders sensitiv an“, sagt IGB-Forscher Dr. Jörn Geßner, der die Studie leitete.
Giftigkeit hängt auch von Umweltbedingungen ab:
Die Brackwasseralge Prymnesium kann, je nach Stamm, verschiedene Gifte bilden, aber sie ist nicht immer giftig. Die Giftproduktion wird dabei stark von den Umweltbedingungen und der Nährstoffverfügbarkeit beeinflusst. Während der Blüte 2022 erreichte die Algenkonzentration in der Oder 100.000 Zellen pro Milliliter und führte zu einem massiven Fisch- und Muschelsterben. Bei einer nachfolgenden Blüte desselben Stammes im Jahr 2024 mit über 200.000 Zellen pro Milliliter waren hingegen nur wenige Tiere betroffen.
Giftigkeit in dieser Studie zeigte sich erst nach 15 Stunden:
Angesichts der komplexen Wechselwirkungen zwischen Algen- bzw. Gift-Typ und Umweltbedingungen kann die Zeitspanne, bis das Gift zu wirken beginnt, unterschiedlich sein. Während sich in einer anderen Studie mit einem anderen Algenstamm von Prymnesium parvum Toxizitätseffekte bereits nach einer Stunde zeigten, benötigte der Prymnesium-Stamm Oder1 in dieser Studie über 15 Stunden, um seine Toxizität zu entfalten.
Erst zu diesem Zeitpunkt traten erste hämolytische Effekte bei einer Konzentration von 80.000 Zellen Prymnesium pro Milliliter Wasser auf. Nach 18 Stunden waren hämolytische Effekte und erste Unterschiede zwischen den Fischarten bereits bei Konzentrationen von nur 20.000 Zellen der Alge pro Milliliter Wasser zu erkennen. Nach 24 Stunden waren die Erythrozyten der meisten Arten bei allen Konzentrationen stark reduziert.
„Der Zeitpunkt der Toxizitätsuntersuchungen muss daher sorgfältig abgewogen werden, um sicherzustellen, dass toxische Wirkungen weder über- noch unterschätzt werden“, sagt Sven Würtz. „Unsere Studie belegt noch einmal die Problematik, dass die Ökologie und Giftigkeit der Brackwasseralge der Oder-Katastrophe nicht anhand einfacher Indikatoren vorhergesagt werden kann. Nach wie vor ist also die wichtigste Prävention, den Salzgehalt in der Oder zu reduzieren und die Resilienz des Flusses zu stärken“, so der Forscher.