Institut für Ökologie, Evolution und Diversität
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In recent decades the embryo of Gallus g. domesticus has been widely used as a model for the study of early sexual development and the potential impact of substances affecting development, including endocrine disrupting chemicals (EDCs). Since there is no standardized procedure available for experiments with the chicken embryo, the objective of our project is to expedite the protocol to assess the potential effects of EDCs on early sexual differentiation. The main aim of the present study was to systematically investigate the natural variability of individual developmental and histological key parameters in untreated and solvent-treated control groups, since this has been insufficiently addressed so far. A further aim was to provide robust values for all parameters investigated in control and substance experiments, using two known estrogenic compounds, bisphenol A (75/150/300 μg/g egg) and 17α-ethinylestradiol (20 ng/g egg). On embryonic day 1 eggs were injected with the estrogenic compounds. On embryonic day 19 histological gonadal data as well as morphological parameters were noted. In baseline experiments with control groups the selected endpoints showed reproducible results with low variabilities. Furthermore, gonadal endpoints responded sensitively to the treatment with the two model EDCs. Thus, these endpoints are recommended for the assessment of suspected EDCs in which the values provided for all parameters can serve as validity criteria in future experiments. The embryo of G. domesticus has shown to be a suitable alternative to currently accepted mammalian bioassays for the impact assessment of EDCs on reproductive tissues.
In den vergangenen Jahren gab es verschiedene Initiativen, die auf die unzureichende Fördersituation der Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften in der Bundesrepublik Deutschland aufmerksam gemacht haben. Um eine objektive Analyse über die Fördersituation der Ökotoxikologie und Umweltchemie in Deutschland zu erhalten, wurde eine anonyme Online-Befragung ausgearbeitet. Mit Unterstützung der Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) – German Language Branch und der Gesellschaft Deutscher Chemiker (GDCh) – Fachgruppe für Umweltchemie und Ökotoxikologie wurde eine Einladung zur Teilnahme an der Befragung an alle Mitglieder dieser beiden maßgeblichen Verbände der Ökotoxikologie und Umweltchemie im deutschsprachigen Raum versendet. Nur leitende Mitarbeiter aus den Bereichen Forschung, Behörden und Industrie sollten an der Befragung teilnehmen. Die Befragung gliedert sich in eine Sektion zur sozioökonomischen Charakterisierung der Teilnehmer, eine zur Förderung der Forschung durch die DFG und eine zur Förderung durch andere Geldgeber. Insgesamt haben 71 Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen in leitenden Positionen aus verschiedenen Sparten an der Befragung teilgenommen. Die Ergebnisse zeigen, dass die Teilnehmer als sehr leistungsstark eingestuft werden können. 48,5 % der Befragten hatten bereits einen Antrag bei der DFG gestellt. Ein Drittel der Befragten gaben an, eine Förderung durch die DFG erhalten zu haben. 64 % sind mit der Förderung Schadstoffbezogener Umweltwissenschaften durch die DFG nicht zufrieden, nur 7 % sind zufrieden. Es zeigte sich, dass die Anträge insgesamt sehr heterogen auf verschiedene Fachbereiche der DFG verteilt sind. Geowissenschaften, Wasserforschung und Chemie nehmen die ersten Ränge ein, vor Biologie und Ökologie. Im Gegensatz dazu gaben 91,2 % der Befragten an, dass Sie bereits Drittmittelanträge bei anderen Förderinstitutionen (außer der DFG) gestellt haben, und 83,6 % wurden bereits entsprechende Drittmittelanträge bewilligt. 62,3 % der Befragten sind der Meinung, dass sich die Fördersituation für die Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften in den letzten Jahren insgesamt verschlechtert oder sogar deutlich verschlechtert hat. Der überwiegende Anteil der Befragten (60,9 %) ist mit der Fördersituation durch Drittmittelgeber unzufrieden, nur 10,9 % sind damit zufrieden. Auf die Frage „Ist die Forschungsförderung im europäischen Ausland insgesamt besser als in Deutschland?“ antworteten 30 % mit „ja“, 9 % mit „nein“ und 61 % mit „ich weiß nicht“. Zusammenfassend ergab die Befragung, dass die Fördersituation der Ökotoxikologie und Umweltchemie in Deutschland insgesamt als steigerungsbedürftig, bei der DFG jedoch als problematisch zu bewerten ist. Die auffällige Unterrepräsentation der DFG im Vergleich zu anderen Drittmittelgebern verdeutlicht, dass die wichtigste Förderinstitution Deutschlands den Bedürfnissen der Schadstoffbezogenen Umweltwissenschaften nicht hinreichend Rechnung trägt. Insbesondere die Antworten auf die offenen Fragen bezüglich Verbesserungsmöglichkeiten der Forschungsförderung sollten als Grundlage für einen offenen Dialog der Schadstoffbezogenen Umweltforschung mit den Drittmittelgebern DFG, BMBF und DBU bzw. den entsprechenden Institutionen in CH und A genutzt werden.
There is a growing body of evidence that indicates common environmental pollutants are capable of disrupting reproductive and developmental processes by interfering with the actions of endogenous hormones. Many reports of endocrine disruption describe changes in the normal development of organs and tissues that are consistent with genetic damage, and recent studies confirm that many chemicals classified to have hormone-modulating effects also possess carcinogenic and mutagenic potential. To date, however, there have been no conclusive examples linking genetic damage with perturbation of endocrine function and adverse effects in vivo. Here, we provide the first evidence of DNA damage associated with the development of imposex (the masculinization of female gastropods considered to be the result of alterations to endocrine-mediated pathways) in the dog-whelk Nucella lapillus. Animals (n = 257) that displayed various stages of tributyltin (TBT)-induced imposex were collected from sites in southwest England, and their imposex status was determined by physical examination. Linear regression analysis revealed a very strong relationship (correlation coefficient of 0.935, p < 0.0001) between the degree of imposex and the extent of DNA damage (micronucleus formation) in hemocytes. Moreover, histological examination of a larger number of dog-whelks collected from sites throughout Europe confirmed the presence of hyperplastic growths, primarily on the vas deferens and penis in both TBT-exposed male snails and in females that exhibited imposex. A strong association was found between TBT body burden and the prevalence of abnormal growths, thereby providing compelling evidence to support the hypothesis that environmental chemicals that affect reproductive processes do so partly through DNA damage pathways.
The German postgraduate degree program in ecotoxicology (SETAC GLB and GDCh) : a success story
(2016)
This article gives a comprehensive overview on the strategy, the development and the progress of the German postgraduate degree program in ecotoxicology (SETAC GLB and GDCh). The program soon prompted positive results: more than 10 years now the courses had an average enrolment rate of 90 %, and employment-seeking graduates from the first courses mostly succeeded in quickly finding employment relevant to their training. With over 450 students enrolled to date, the degree program contributes significantly to the field of Environmental Chemistry and Ecotoxicology.
Background: Approximately 90% of German surface waters do not meet the objectives of the European Water Framework Directive (EU-WFD). This is primarily due to deficits in water body structure and biological quality components, which in turn are negatively affected by chemical pollution. In this context, hydromorphological restoration measures have often been conducted to improve habitat and species diversity and, therefore, the ecological status of water bodies. However, habitat improvement is not necessarily accompanied by biota enhancement and thus by the improvement of the ecological status of rivers. To prioritize water management measures, decision criteria for the water management practice are necessary, which enable the prognosis, whether chemical pollution and its resulting effects or other factors, such as structural deficits of the water bodies, are the main cause for the failure to meet the objective of a good ecological status.
Results: To address this need, we applied the freshwater mudsnail Potamopyrgus antipodarum and the amphipod Gammarus fossarum in active monitoring campaigns and in laboratory experiments with combined water/sediment samples and analyzed water and sediment samples with in vitro assays quarterly over the course of 1 year to provide evidence and guideline to assess if chemical contamination is a relevant stress factor for the aquatic biodiversity in rivers of the Nidda catchment (Hessen, Germany). On the basis of these results, an ecotoxicological, WFD–compliant assessment system was developed which, in comparison with the ecological status classes of the EU-WFD, permits the identification of the probable causes for the failure to meet the objectives of the EU-WFD. From these findings, recommendations for action were derived for the implementation of priority measures in water management practice. For the rivers Nidda, Usa, and Horloff, we identified a need for action to improve water and sediment quality at all investigated sampling sites except for the reference sites in the headwaters. The ecotoxicological assessment system also highlighted that hydromorphological restoration measures on their own will not lead to a good ecological status of rivers, as long as water and sediment quality are deficient.
Conclusion: Hydromorphological restoration measures should be performed in conjunction with measures to reduce chemical contamination to achieve a good ecological status of the rivers Nidda, Usa, and Horloff.