Einführung: Weltweites Insektensterben

Insekten stellen die weitaus grösste und vielfältigste Gruppe innerhalb des Tierreichs dar. Dabei ist nicht nur ihr taxonomischer Reichtum bemerkenswert, sondern auch ihre Funktionalität für zahlreiche, unersetzliche Ökosystemleistungen. Eine dieser unerlässlichen Ökosystemleistungen ist die Bestäubung, deren Wert weltweit auf 153 Milliarden Euro geschätzt wird. In den letzten Jahren verzeichnen Wissenschaftler rund um den Globus jedoch einen dramatischen Rückgang der Insektenfauna und dies nicht nur hinsichtlich Vielfalt, sondern auch in der Biomasse. Die Aussterberate ist fast achtmal so hoch wie die von Säugetieren und Vögeln. Verschwinden wichtige Glieder eines gut abgestimmten Interaktionsnetzwerks aus einem System, so ist das Funktionieren eines gesamten Ökosystems gefährdet und kann gar zum Erliegen kommen. Als Hauptursachen für den weltweiten Insektenrückgang gelten der Verlust von Lebensräumen, hauptsächlich durch die Intensivierung der Landwirtschaft und die Ausbreitung der Siedlungsräume, sowie die Umweltverschmutzung, vor allem durch den Einsatz von synthetischen Pestiziden und Düngemitteln. Darüber hinaus gibt es aber auch biologische Faktoren, wie invasive Arten oder Krankheitserreger, und nicht zuletzt die Folgen des Klimawandel, die sich negativ auf Insektenpopulationen auswirken. In vielen Lebensräumen treten all diese Stressfaktoren gleichzeitig auf. Bestimmte Kombinationen davon sind äusserst schädlich und führen schlussendlich zu einer hohen Belastung für exponierte Organismen oder ganzen Gemeinschaften.

Im Fokus: Persistente organische Schadstoffe und ihre Verbreitung

Im Rahmen ihrer Masterarbeit hat Sabrina Gurten sich mit einem der eben genannten Stressfaktoren vertieft auseinandergesetzt und zwar mit der Umweltverschmutzung. Eine bestimmte Gruppe von Schadstoffen, so genannte persistente organische Schadstoffe (kurz: POPs), erlangten Ende des 20. Jahrhunderts aussergewöhnliche wissenschaftliche und politische Aufmerksamkeit, weil sie aufgrund stark verzögerter Abbauprozesse über Jahrzehnte in der Umwelt nachweisbar sind - und dies selbst weit entfernt von ihrem Ursprung. Immer mehr Studien konnten sehr deutlich aufzeigen, dass POPs stark schädliche Effekte auf die Natur haben, weshalb es im Jahr 2004 schlussendlich zu einem internationalen Abkommen kam: In der Stockholm Konvention wurde die Produktion und Verwendung von insgesamt 12 chemischen Stoffklassen weltweit verboten. Trotz der Verabschiedung dieser Konvention sind die chemischen Verbindungen noch heute in der Natur nachweisbar. POPs haben die besondere Eigenschaft, dass sie mit der Luft über weite Distanzen verfrachtet und dann durch den Niederschlag selbst in den entlegensten Gebieten abgelagert werden können. Gebirgsregionen zeichnen sich durch besonders hohe Niederschlagsraten aus, was zu einer entsprechend hohen Ablagerung von mit der Luft transportierten POPs führt. Dennoch haben sich bisher nur wenige Feldstudien auch wirklich mit den toxikologischen Auswirkungen von POPs auf den Gesundheitszustand und die Entwicklungsfähigkeit alpiner Organismen auseinandergesetzt.

Hummeln - wertvolle, pelzige Bestäuber der Alpenflora

Als geeigneter Organismus zur Untersuchung der POP-Belastung von Insekten hat sich Sabrina für zwei Hummelarten entschieden, und zwar für die Wiesenhummel (Bombus pratorum, LINNAEUS 1761) und die Bergwaldhummel (Bombus wurflenii, RADOSZKOWSKI 1859). Hummeln sind an die Kälte angepasste Bienen, die von der Talebene bis ins Hochgebirge vorkommen und aufgrund ihrer grossen Anpassungsfähigkeit fähig sind, selbst die höchsten Gipfel zu erklimmen. Aufgrund ihrer aussergewöhnlichen Fähigkeit, Wärme zu erzeugen, sind Hummeln die effizientesten Bestäuber in alpinen Ökosystemen. Aufgrund der saisonalen Lebensdauer von Hummeln ist die Menge der im Körper eines Individuums nachgewiesenen POPs nicht repräsentativ für das Ausmaß der Bioakkumulation über Jahre hinweg. Hummeln stellen deshalb eine Momentaufnahme der tatsächlichen Belastung in ihrem eingegrenzten Nahrungssammelgebiet dar. Hummeln können mit POPs über verschiedenste Wege in Kontakt kommen. Zum einen geschieht dies über die Luft. Gerade während heissen Sommermonaten verdampfen POPs sehr leicht aus dem Boden und die Luftschicht direkt über der Bodenoberfläche wird mit diesen giftigen Substanzen gesättigt. Des weiteren können Hummeln als Bestäuber auch über den Pollen und Nektar die in der Pflanze akkumulierte Stoffe aufnehmen, oder dann natürlich über das Nest im Boden.

Ziele der Untersuchung

Das erste Ziel ihrer Forschung war die Bewertung der Schadstoffbelastung der beiden Hummelarten - eines Gebirgsspezialistin (Bergwaldhummel) und eines Höhengeneralistin (Wiesenhummel) - oberhalb der Baumgrenze durch Messung der POP- und QuecksilberKonzetrationen. Die Studie wurde auf zwei subalpinen Wiesen in der Nähe der beiden meteorologischen Stationen Schneefernerhaus auf der Zugspitze (Deutschland) und Sonnblick-Observatorium auf dem Hohen Sonnblick (Österreich) durchgeführt, wo die POPKonzentrationen in der Atmosphäre seit 2005 kontinuierlich gemessen und nachgewiesen werden können. In der zweiten Fragestellung beschäftigte Sabrina sich mit den konkreten Auswirkungen von potentiellen POP-Belastungen auf die Hummeln. Grundsätzlich gibt es zwei Faktoren, die ein Organismus in seinem Erscheinungsbild und seiner Funktionalität stark beeinflussen können: Zum einen sind das Umweltparameter, zum anderen aber auch vererbte, genetische
Eigenschaften. Ist ein Organismus einer Umweltbelastung ausgesetzt, wie beispielsweise POPs, ist eine Veränderung in der Genexpression eine sehr wahrscheinliche Folge. Störungen in heiklen Entwicklungsstadien des Individuums führen letztlich zu phänotypischen Veränderungen wie Modifikationen in Körperform, Grösse oder gar Asymmetrien. So kann es durchaus passieren, dass eine Hummel als Folge auf einwirkenden Stress zwei ganz unterschiedliche Flügelpaare (in Form und Grösse) ausbildet. Kann man dabei genetische Faktoren, wie Inzucht, ausschliessen, ist eine solche Asymmetrie die Folge von Umwelstress. Ihr Ziel war es schlussendlich, herauszufinden, inwieweit POPs im Spektrum der UmweltStressfaktoren eine Rolle spielen, die auf Alpenhummeln wirken.

Schadstoffbelastung der Berge vergleichbar mit chinesischer Industriestadt

Fast die Hälfte von insgesamt 77 untersuchten POPs konnten in den Körpern der Hummeln nachgewiesen werden. Auch Quecksilber, das zu den giftigsten Schadstoffen innerhalb der Schwermetallen gehört und hauptsächlich von der Industrie und Verkehr freigesetzt wird, konnte in den Hummeln in alarmierend hoher Konzentration nachgewiesen werden. Als Vergleich dazu: Vor ein paar Jahren ist eine Studie erschienen, die unter anderem Ameisen auf ihren Quecksilbergehalt untersuchte, die in einem wichtigen Chemiegebiet im Nordosten Chinas gefangen worden sind. Vergleicht man nun die Quecksilber-Messwerte der untersuchten Gebirgshummeln mit denen aus China, so zeigt sich deutlich, dass die Belastung der Gebirgshummeln sich tatsächlich in der gleichen Grössenordnung bewegt, wie die der chinesischen Industrie-Ameisen. Die Werte aus unseren Alpen sind also erschreckend! Zudem konnte Sabrina in ihrer Arbeit klar aufzeigen, dass die gemessene Asymmetrie der Flügel bei den schadstoffbelasteten Hummeln auf Umweltstressfaktoren, wie Schadstoffbelastungen und Klimawandel, zurückzuführen ist.

Fazit

Die Ergebnisse dieser Masterarbeit zeigen auf sehr eindrückliche Art und Weise, dass selbst die abgelegensten Orte in den Alpen (leider) keine heile Welt mehr darstellen - ganz im Gegenteil, sie können massiv belastet sein. Gebirgsregionen erleben derzeit gar einige der drastischsten Auswirkungen des globalen Klimawandels. Durch die zunehmende Luftverschmutzung sind spezialisierte Gebirgsarten, wie die untersuchte Bergwaldhummel, besonders gefährdet. Im Gegensatz zu überall vorkommenden Arten haben sie praktisch keine Chancen, kontaminierte und ungünstige Lebensräume zu umgehen. Da Klimawandel, Schadstoffbelastungen und andere Bedrohungen nicht an Ländergrenzen Halt machen, sind wir alle nun dazu aufgerufen, uns mit länder- und kontinentübergreifenden Ansätzen zu befassen, um das längerfristige Überleben spezialisierter Arten zu sichern. Wir alle sind herausgefordert, die menschlichen Aktivitäten zu überdenken, denn die Zahlen der vorliegenden Arbeit zeigen klar: Was unten im Tal passiert, hat einen mindestens so grossen Einfluss auf die doch so schützenswerte Bergwelt!