Die Sepiasturmtaucher brüten auf Linosa, einer kleinen und abgelegenen Vulkaninsel im Kanal von Sizilien. Die Forschenden fanden heraus, dass weit verbreitete Schadstoffe wie Quecksilber und bestimmte per- und polyfluorierte Alkylverbindungen (PFAS) die Funktion der Mitochondrien beeinträchtigen. Das sind die winzigen Kraftwerke in den Zellen, die Energie für Aktivitäten vom Flug bis zur Fortpflanzung erzeugen.
In den Ozeanen wird Quecksilber durch Bakterien häufig in das hochgefährliche Methylquecksilber umgewandelt. Dieses reichert sich im Gewebe an und konzentriert sich in der Nahrungskette, sodass die höchsten Werte bei Spitzenprädatoren (Räuber an der Spitze der Nahrungspyramide) gemessen werden. PFAS sind synthetische „ewige Chemikalien“, die unter anderem in antihaftbeschichtetem Kochgeschirr und schmutzabweisenden Stoffen enthalten sind. Trotz internationaler Bemühungen, ihre Verwendung zu kontrollieren, reichern sie sich in immer größeren Mengen an. Diese Schadstoffe sind bereits in geringen Konzentrationen hochgiftig und gelangen über die Atmosphäre sowie den Oberflächenabfluss in die Ozeane. Laborstudien haben gezeigt, dass sie die Energieerzeugung in den Mitochondrien beeinträchtigen können. Allerdings spiegeln diese Studien möglicherweise nicht die aktuellen Schadstoffkonzentrationen in Ökosystemen wider. Zudem waren die Auswirkungen auf Wildtiere bisher unbekannt.
Ein internationales Team, geleitet von Stefania Casagrande, Wissenschaftlerin am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz, hat sowohl die Schadstoffwerte als auch die Mitochondrienfunktion bei Sepiasturmtauchern gemessen. Mitochondrien bauen eine elektrische Ladung auf, die die Produktion von Adenosintriphosphat (ATP), der zellulären Energiequelle, antreibt. Bei Vögeln mit höheren Quecksilberwerten werden die Mitochondrienmembranen durch einen als „Protonenleck” bekannten Prozess poröser: Dadurch geht mehr Energie verloren, ohne dass ATP produziert wird – ähnlich wie Wasser, das an den Turbinen eines Wasserkraftwerks vorbeifließt. Hohe Konzentrationen bestimmter PFAS haben den gegenteiligen Effekt: Sie versteifen die Membranen und reduzieren den Energieverlust, blockieren jedoch ein Sicherheitsventil, das die Ansammlung schädlicher Moleküle verhindert. Dies kann möglicherweise zu einer anderen Art von oxidativem Zellschaden führen.
„Schadstoffe von globaler Bedeutung, wie PFAS und Quecksilber, sind bekanntermaßen giftig. Doch erst jetzt ermöglichen uns Fortschritte in der Feinmesstechnik und minimalinvasive Methoden im Feld, ihre Auswirkungen auf Wildtiere auf Ökosystemebene zu verstehen. Dies hat wichtige Implikationen für die Entwicklung von Umweltschutzkonzepten“, sagt Guadalupe Lopez-Nava, Erstautorin und Doktorandin am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz. „Wir haben festgestellt, dass Quecksilber und bestimmte PFAS die Energieproduktion in den Zellen von wildlebenden Sturmtauchern stören und die Energieeffizienz der Zellen beeinträchtigen. Die Zellen können dies zwar durch eine Steigerung der Energieproduktion kompensieren, doch das ist mit hohen Kosten verbunden – selbst geringfügige Veränderungen der Zelleffizienz können die Fitness unbemerkt beeinträchtigen.“
Zusammenhang zwischen Ernährung, Exposition und Zellschäden
Als Spitzenprädatoren mit einer Lebensdauer von mehreren Jahrzehnten reichern Sturmtaucher im Laufe der Zeit Schadstoffe an und sind somit Indikatoren für die Gesundheit der Ozeane. Das Team untersuchte in zwei Saisonen 52 brütende, ausgewachsene Vögel. Es maß bei allen Vögeln den Quecksilbergehalt und die Mitochondrienfunktion und analysierte bei 20 Vögeln aus einer Saison den PFAS-Gehalt. Stabile Isotope – chemische Fingerabdrücke, die Aufschluss über die Ernährung und die Futterstellen geben – stellten einen Zusammenhang zwischen der Ernährung der Vögel und ihrer Schadstoffbelastung sowie den Auswirkungen auf ihre Zellen her. Der Quecksilbergehalt war bei älteren Vögeln und Männchen höher (Weibchen scheiden Quecksilber durch die Eiablage aus). Bei PFAS zeigte sich kein Zusammenhang mit Alter, Geschlecht oder Ernährung, was auf grundlegend andere Kontaminationswege als bei Quecksilber hindeutet. Das Verständnis dieser unterschiedlichen Expositionswege trägt entscheidend zum Schutz der Seevogelpopulationen und der Entwicklung gezielter Strategien zur Verringerung der Umweltverschmutzung bei.
„Chemische Verschmutzung ist aufgrund ihrer Unauffälligkeit und vielfältigen Auswirkungen eine der komplexeren Bedrohungen für marine Ökosysteme“, sagt Lucie Michel, Erstautorin und Doktorandin and der Universität Giessen. „Die Brutzeit ist für erwachsene Vögel besonders anspruchsvoll: Sie wechseln zwischen langen Selbstversorgungstouren und kurzen Futtersuchexpeditionen und versorgen gleichzeitig ihre Küken. In dieser Zeit könnten die Energiekosten aufgrund der Schadstoffbelastung besonders hoch sein. Zukünftige Arbeiten müssen nun die Auswirkungen auf das Überleben, den Bruterfolg und die allgemeine Fitness untersuchen. Es ist auch wichtig, diese Auswirkungen im Zusammenhang mit anderen Bedrohungen für die Tierwelt zu verstehen, wie zum Beispiel Überfischung, Plastikverschmutzung und globale Erwärmung. Dazu ist eine langfristige Überwachung unerlässlich – was auch Einfluss auf das Verständnis der menschlichen Gesundheit hat, da wir ähnlichen Belastungen ausgesetzt sind.“
MPI für biologische Intelligenz
Originalpublikation:
Guadalupe Lopez-Nava, Lucie Michel, Giacomo Dell’Omo, Petra Quillfeldt, Paco Bustamante, Stefania Casagrande: Pollutant Exposure Shapes Mitochondrial Bioenergetics in a Wild Seabird, Environment & Health, online 22 December 2025, https://doi.org/10.1021/envhealth.5c00297
