Giftiges Nanomaterial: Bringt die Sonnencreme dem Wasserfloh den Tod?
Eine Studie hat erstmals gezeigt: Standard-Testverfahren genügen nicht, um das Umweltrisiko von Nanomaterialien zu bewerten. Unter Umständen sind bereits niedrige Dosen giftig. Ob mit Nanopartikeln versetzte Sonnencreme den Biohaushalt von Gewässern beeinträchtigt, ist noch unklar.
Es macht Fassaden schmutzabweisend und schützt die Haut vor schädlicher UV-Strahlung: Kein Wunder, zählt Nanotitandioxid zu den verbreitetsten Nanomaterialien überhaupt. Wenn wir uns mit Sonnencreme einschmieren und baden gehen, gelangen die darin enthaltenen Nanopartikel ebenso in Flüsse und Seen, wie wenn der Regen die Farbe von der Mauer wäscht. Kein Problem, versichern zahlreiche Standard-Testverfahren für die Risikobewertung, wie sie für Chemikalien angewandt werden: Nanotitandioxid ist nicht umweltschädlich. Jetzt hat eine in der wissenschaftlichen Onlinezeitschrift «Plos One» publizierte Studie aus Deutschland das Gegenteil gezeigt: Setzt man Wasserflöhe statt der üblichen 48 Stunden doppelt so lang Nanotitandioxid in unterschiedlich hohen Konzentrationen aus, wirkt es hoch giftig. In den Versuchen schafften es nur noch zehn Prozent der Wasserflöhe, sich ein zweites Mal zu häuten. Die andern neunzig Prozent starben.
Damit ist zum ersten Mal bewiesen, was RisikoforscherInnen schon seit langem monieren: Um Nanomaterialien auf ihre potenzielle Schädlichkeit für Mensch und Umwelt zu prüfen, genügen Standardverfahren nicht. Denn im Nanobereich zeigen Partikel bekannter Stoffe wie Titandioxid ganz neue chemische und physikalische Eigenschaften. Auf ihnen gründen der grosse Boom und die Innovationskraft der Nanowissenschaften. Je nach ihrer Grösse und Beschichtung lassen sich mit Nanopartikeln Materialien mit ganz neuen Eigenschaften entwickeln: Autolacke, die Kratzer selbst reparieren, Kleider, die Schmutz und Bakterien abweisen, Transportkapseln, die Medikamente gezielt an ihren Wirkungsort im Körper bringen. Oder eben Kosmetika, die vor UV-Strahlung schützen. Hunderte von Produkten, die Nanomaterialien enthalten, sind bereits auf dem Markt. Um ihre Sicherheit zu garantieren, müsste jedes Produkt einzeln getestet werden.
«Unbedingt genauer hinschauen»
Das ist selbst unter Laborbedingungen schwierig. Viele Studien scheitern bereits an der genauen Charakterisierung der Nanopartikel – im Gegensatz zur neuen Studie, wie Renata Behra, Ökotoxikologin an der Eawag, dem Wasserforschungsinstitut des ETH-Bereichs, betont. Trotzdem findet sie die Resultate schwierig zu interpretieren. «Man muss solche Versuche drei bis vier Mal wiederholen, um zu prüfen, ob sich die Resultate reproduzieren lassen.» Eine weitere Schwierigkeit besteht darin, die effektive Konzentration an Nanopartikeln zu bestimmen. Sie binden sich im Wasser unterschiedlich rasch aneinander und an andere Stoffe – sind damit also nicht länger nanoskalig – und sinken zu Boden. Damit reduziert sich auch die anfänglich hohe Konzentration. Die von den Autoren der Studie berechnete mittlere Konzentration im Verlauf der 96 Stunden sei nicht unproblematisch, sagt Behra.
Auch wenn es sich um einen Annäherungswert handelt – die berechnete Konzentration, bei der sich Nanotitandioxid als hochgiftig für Wasserflöhe erwiesen hat, ist sehr niedrig. Das beunruhigt. «Diese Konzentration liegt im Bereich, von dem im Fall eines Worst-Case-Szenarios ausgegangen wird», sagt die Ökotoxikologin. Das bedeutet zwar noch lange nicht, dass in einem kleinen See Wasserflöhe sterben, wenn sich das Nanotitandioxid aus den Sonnencremen der Badenden löst. Aber die Konzentration kann tatsächlich in der Umwelt vorkommen, wie Bernd Nowack von der Eidgenössischen Materialprüfungs- und Forschungsanstalt Empa bestätigt. Er modelliert, mit welchen Mengen an Nanomaterialien in der Umwelt zu rechnen ist, und untersucht, wie sich Nanomaterialien in der Umwelt verhalten. «In unseren neusten Studien zu Flüssen und Bächen gehen wir bei niedrigem Wasserstand sogar von höheren Konzentrationen aus.» Sein Fazit zur «Plos One»-Studie ist klar: «Nach diesem Resultat muss man unbedingt genauer hinschauen.»
Als nächsten Schritt, so Behra, müsste man die Wasserflöhe der niederen Konzentration aussetzen und wiederum über längere Zeit beobachten. «Lassen sich erneut Effekte auf die Häutung beobachten, dann ist das wirklich bedeutsam», sagt sie. In der deutschen Studie erfolgte die zweite Häutung der Wasserflöhe erst verzögert oder gar nicht mehr. Die Autoren beobachteten, dass sich die Nanotitandioxidpartikel an die Haut der Wasserflöhe anlagerten und diese mit einer Schicht überzogen. Vermochten die Wasserflöhe diese Schicht mit der ersten Häutung noch abzustreifen, bereitete ihnen die erneute, rasche Beschichtung danach grosse Probleme. Vermutlich, so die Autoren, hätten die angelagerten Partikel die Wasserflöhe so schwer gemacht, dass sie sich nicht mehr bewegen konnten und starben.
Ganze Nahrungskette betroffen
«Ich vermute eher, dass die beobachteten Effekte auf den reaktiven Sauerstoff zurückzuführen sind, den die Nanopartikel entstehen lassen», sagt Behra. «Denn solche freien Radikalen können bei Wasserflöhen Probleme bei der Bildung neuer Haut verursachen.» Ausserdem sei nicht klar, ob der toxische Effekt erst bei der niederen Konzentration einsetze oder schon früher, wenn die Konzentration an Nanotitandioxid noch hoch ist.
Warum all die Aufregung um einen Wasserfloh? Daphnien, wie sie in der Fachsprache heissen, spielen eine Schlüsselrolle in Wasserökosystemen. Deshalb gelten sie wie Algen und Fische als Modellorganismen für ökotoxikologische Abklärungen. Einerseits reagieren Wasserflöhe sehr empfindlich auf Veränderungen in ihrer Umwelt. Andrerseits fressen sie Algen und sorgen so für klares Wasser, während sie ihrerseits den Fischen als Hauptnahrungsquelle dienen. Wasserflöhe pflanzen sich ungeschlechtlich fort und wachsen, indem sie sich häuten; erst nach drei oder vier Häutungen sind sie geschlechtsreif und produzieren danach zwischen jeder weiteren Häutung bis zu zwanzig Eier, aus denen die Nachkommen schlüpfen. Verzögert sich dieser Prozess, dann sinkt damit auch die Fruchtbarkeitsrate der Wasserflöhe.
Piet Spaak, der Daphnienexperte der Eawag, ist ob der Studienresultate alarmiert: «Die Daphnien sind gestorben, bevor sie das reproduktionsfähige Alter erreicht haben. Das ist für eine Population tödlich: Sie stirbt aus.» Kommt hinzu, dass in Schweizer Seen nicht die vergleichsweise robusten Labor-Daphnien leben, sondern kleinere, empfindlichere Exemplare. «Bei ihnen wären schon bei viel niedrigeren Konzentrationen solch negative Effekte zu beobachten», ist Spaak überzeugt. Die Auswirkungen auf die Nahrungskette im Wasserökosystem wären seiner Meinung nach «desaströs». Als Beispiel verweist er auf den Brienzersee: Im Jahr 1999 waren aus bis heute ungeklärten Gründen plötzlich keine Wasserflöhe mehr da – worauf die Fischer die ganze Saison über keine Felchen fingen. Die Fische waren so unterernährt und klein, dass sie durch die Maschen der Netze schlüpften. Bis heute hat sich weder der Wasserfloh- noch der Felchenbestand im Brienzersee erholt. Die wenigen Felchen, die ins Netz gehen, sind viel kleiner als im benachbarten Thunersee.
Sonnenschutzsprays : Risiko für Kinder
Die Schweiz hat europaweit eine der höchsten Hautkrebsraten – sich nicht vor UV-Strahlen zu schützen, ist unverantwortlich. Bloss: Steht man vor den Gestellen mit Sonnencremes, beschleicht einen das Gefühl, zwischen Teufel und Beelzebub wählen zu müssen. Vor UV-Strahlen schützen entweder chemische oder mineralische Filter. Die chemischen enthalten Stoffe, die im Verdacht stehen, wie Hormone zu wirken. Die mineralischen basieren auf Nanotitandioxid. Ob sie tatsächlich unbedenklich sind, wird in einzelnen Studien aber immer wieder bezweifelt.
Anfang Jahr sah sich das Bundesamt für Gesundheit BAG gezwungen, zu einer solchen Studie eine Stellungnahme zu veröffentlichen: Gesunde Haut stelle eine gute Barriere für Nanopartikel dar, hiess es darin. «Kritischer muss die Aufnahme von freien Nanotitandioxidpartikeln über die Atemwege betrachtet werden. Solche Produkte dürften allerdings nicht im Handel sein.»
Irrtum! In der Schweiz sind mindestens drei Sonnenschutzsprays erhältlich, die Nanotitandioxid enthalten: Einer ist von Lavera, einer Bio-Naturkosmetiklinie, einer von Eucerin. Den dritten von Nivea verkaufen auch die meisten Grossverteiler. Wie viele andere Produkte kombinieren die Sprays von Eucerin und Nivea Nanotitandioxid mit chemischen UV-Filtern. Und: Alle drei sind – ausgerechnet – speziell für Kinder.
Wer sicher gehen will, Sonnencreme – oder Kosmetika überhaupt – ohne Nanotitandioxid zu kaufen, lese das Kleingedruckte zu den Inhaltsstoffen: Wo «Titanium Dioxide» draufsteht, ist es in Nanoform drin.
