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2026-01-04T13:51:15Z

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'''Biomagnifikation''' ist ein Teilaspekt der [[Bioakkumulation]]. Sie beschreibt die Anreicherung von [[Schadstoff]]en aus der Umwelt in [[Lebewesen]] über die Nahrung. Die Anreicherung von Schadstoffen über die Körperoberflächen von Organismen ([[Lunge]], [[Kieme]], [[Haut]]) ist der zweite Teilaspekt der Bioakkumulation und wird als [[Biokonzentration]] bezeichnet; dieser Aufnahmepfad ist insbesondere für viele aquatische Lebewesen von Bedeutung, die [[Chemischer Stoff|Stoffe]] über Kiemen und die Haut aufnehmen.

== Voraussetzungen der Biomagnifikation ==
Die Biomagnifikation betrifft insbesondere Stoffe, die eine lange [[biologische Halbwertszeit]] besitzen, d. h. nur langsam von Lebewesen abgebaut und ausgeschieden werden und sich aufgrund ihrer chemischen Eigenschaften (siehe [[Octanol-Wasser-Verteilungskoeffizient]]) im [[Fettgewebe]] oder z. B. in der [[Knochensubstanz]] anreichern. Diese Stoffe akkumulieren hierdurch und können über den kontinuierlichen Stofffluss durch die [[Nahrungskette]] in zunehmend höherer [[Konzentration (Chemie)|Konzentration]] auftreten.

Dieser Prozess ist im Wesentlichen darauf zurückzuführen, dass die Substanz eines Endglieds der [[Nahrungskette]] (z. B. [[Fischadler]]) aus sehr viel mehr [[Biomasse]] des nächstniedrigeren Nahrungskettenglieds (z. B. Fisch) aufgebaut worden ist und die fettlöslichen ([[lipophil]]en) Stoffe im Wesentlichen im fressenden Organismus verbleiben und angereichert (akkumuliert) werden. Wenn beispielsweise ein Fischadler zweimal so viel schadstoffbelastete Fischmasse gefressen hat, wie sein Körpergewicht beträgt, dann kann bei ihm auch die zusätzliche Konzentration des Schadstoffes pro Kilogramm Körpergewicht doppelt so hoch sein wie im Fisch. Einige Schadstoffe werden teilweise ausgeschieden oder biochemisch abgebaut, so dass die Belastung zeitlich begrenzt sein kann. Allerdings können Wechselwirkungen verschiedener Schadstoffe und ihrer Abbauprodukte auftreten. Biomagnifikation ist vor allem bei sehr lipophilen Substanzen sowie für manche [[Schwermetalle]] und radioaktive Substanzen bedeutsam, die so gut wie kaum vom Körper abgebaut oder ausgeschieden werden. Bei zunehmender Länge der Nahrungskette wird unter solchen Bedingungen der Bioakkumulationsfaktor zunehmend größer.

Daneben spielt die Anreicherung im Aufbau- und Stützgewebe eine wichtige Rolle. Dies sind bei Wirbeltieren die Knochen und Knorpel.

== Fettlösliche Schadstoffe ==
Als Paradebeispiel für Biomagnifikation galt lange Zeit das [[Insektizid]] [[DDT]], welches zur Bekämpfung von [[Malaria]]-Überträgern eingesetzt wird. Es ist stark fettlöslich und wird im Organismus nur sehr langsam in wasserlösliche Verbindungen metabolisiert. Nach einer klassischen,<ref>{{Literatur |Autor=George M. Woodwell, Charles F. Wurster, Peter A. Isaacson |Titel=DDT Residues in an East Coast Estuary: A Case of Biological Concentration of a Persistent Insecticide |Sammelwerk=[[Science]] |Band=156 |Nummer=3776 |Datum=1967 |Seiten=821–824 |DOI=10.1126/science.156.3776.821}}</ref> bezüglich der Dateninterpretation allerdings teilweise spekulativen<ref>{{Literatur |Autor=[[Bruno Streit]] |Titel=Bioaccumulation processes in ecosystems |Sammelwerk=Experientia |Band=48 |Nummer=10 |Datum=1992 |Seiten=955–970 |DOI=10.1007/BF01919142}}</ref> Untersuchung hat sich die DDT-Konzentration vom [[Zooplankton]] im Ozean (0,04 [[Parts per million|ppm]]) bis zum Endkonsumenten der vermuteten Nahrungskette, dem Fischadler (25 ppm), um das 625fache erhöht. Gemäß diesem Modell ist bei fettlöslichen persistenten Verbindungen für die Endglieder der Nahrungskette die höchste Konzentration und damit die größte Gefährdung zu erwarten. Ein weiteres Beispiel ist die [[Minamata-Krankheit]], die beim Menschen durch Verzehr von Fischen ausgelöst wird, wenn diese über die Nahrungskette mit [[Quecksilberorganische Verbindungen|organischen Quecksilberverbindungen]] angereichert sind.

Spätere Untersuchungen und Experimente haben allerdings vielfach gezeigt, dass in rein aquatischen Nahrungsketten (vom Wasser über das Plankton bis zu den Fischen) der Vorgang der [[Biokonzentration]], also die direkte Aufnahme der Schadstoffe über die Haut oder Kiemen der Organismen, die quantitativ meist größere Bedeutung als die Biomagnifikation hat. Allerdings stellt sich über diese Oberflächen auch ein gewisses Gleichgewicht ein und bei Absinken der Konzentration im Wasser eine (teilweise allerdings nur moderate) Auswaschung des fettlöslichen Stoffs aus dem Fisch. Wenn fischfressende Vögel eine deutlich höhere Konzentration als Fische oder Wirbellose aufweisen, hängt dies daher auch damit zusammen, dass bei ihnen die Verbindung nicht im gleichen Sinne in einem Austauschgleichgewicht zum umgebenden Medium stehen kann, sondern höchstens über die Ausscheidung teilweise verringert werden kann.<ref>[[Bruno Streit]]: Uptake, accumulation and release of organic pesticides by benthic invertebrates. 3. Distribution of <sup>14</sup>C-atrazine and <sup>14</sup>C-lindane in an experimental 3-step food chain microcosm. Arch. Hydrobiol./ Suppl. 55: 374–400 (1979).</ref> Biomagnifikation spielt dafür bei Nahrungsketten auf dem Festland eine bedeutsame Rolle für die Schadstoffanreicherung.<ref>{{Literatur |Autor=Stephan Winter, [[Bruno Streit]] |Titel=Organochlorine compounds in a three-step terrestrial food chain |Sammelwerk=[[Chemosphere (Zeitschrift)|Chemosphere]] |Band=24 |Nummer=12 |Datum=1992 |Seiten=1765–1774 |DOI=10.1016/0045-6535(92)90231-F}}</ref>

== Quantifizierung ==
Die Biomagnifikation wird durch zwei komplementäre Messgrößen quantifiziert:<ref name=":0" />

=== Biomagnifikationsfaktor ===
Der Biomagnifikationsfaktor (BMF) beschreibt das Verhältnis der Schadstoffkonzentration in einem [[Prädator]] zur Konzentration in seiner Beute bei Erreichen des [[Stationärer Zustand|stationären Zustands]]. Der BMF ist [[Dimensionslose Größe|dimensionslos]] und wird besonders dann verwendet, wenn die direkte Aufnahme von Schadstoffen aus dem Wasser schwierig ist (etwa bei stark lipophilen Stoffen). Ein BMF > 1 zeigt an, dass sich der Schadstoff im fressenden Organismus stärker anreichert als in seinem Futter. BMFs werden typischerweise durch Laborstudien mit kontrollierter Fütterung oder durch Feldbeobachtungen bestimmt und ermöglichen die direkte Messung des Transferprozesses zwischen [[Trophische Ebene|trophischen Ebenen]].<ref name=":0">{{Literatur |Autor=Kate M. Fremlin, John E. Elliott, [[Frank A. P. C. Gobas]] |Titel=Guidance for measuring and evaluating biomagnification factors and trophic magnification factors of difficult substances: application to decabromodiphenylethane |Sammelwerk=[[Integrated Environmental Assessment and Management]] |Band=21 |Nummer=2 |Datum=2025 |Seiten=263–278 |DOI=10.1093/inteam/vjae025 |PMC=11844767 |PMID=39886942}}</ref><ref>{{Literatur |Titel=Test No. 305: Bioaccumulation in Fish: Aqueous and Dietary Exposure |Reihe=OECD Guidelines for the Testing of Chemicals, Section 3 |Verlag=[[OECD]] |Datum=2012 |ISBN=978-92-64-18529-6 |DOI=10.1787/9789264185296-en}}</ref>

=== Trophischer Magnifikationsfaktor ===
Der Trophische Magnifikationsfaktor (TMF) bietet eine umfassendere Perspektive, indem er die Biomagnifikation über ein komplettes [[Nahrungsnetz]] quantifiziert. Der TMF wird berechnet, indem der [[Logarithmus]] der Schadstoffkonzentration gegen das [[Trophisches Niveau|trophische Niveau]] verschiedener Organismengruppen aufgetragen wird; der TMF entspricht dann dem [[Antilogarithmus]] der [[Regressionssteigung]]. Ein TMF > 1 indiziert Biomagnifikation, während TMF < 1 trophische Verdünnung bedeutet. Der TMF wird aus Feldstudien abgeleitet und ermöglicht damit eine Betrachtung realer Nahrungsnetzstrukturen und [[Ökosystem]]<nowiki />dynamiken.<ref name=":0" /><ref>{{Internetquelle |url=https://pollution.sustainability-directory.com/learn/how-is-the-trophic-magnification-factor-tmf-calculated-and-what-does-its-value-signify/ |titel=How Is the Trophic Magnification Factor (TMF) Calculated and What Does Its Value Signify? |werk=Pollution → Sustainability Directory |sprache=en-US |abruf=2025-12-29}}</ref><ref>{{Literatur |Autor=Lorenzo Ricolfi, Yefeng Yang, Patrice Pottier, Kyle Morrison, Coralie Williams, Pietro Pollo, Daniel Hesselson, G. Gregory Neely, Matthew D. Taylor, Shinichi Nakagawa, Malgorzata Lagisz |Titel=Unravelling the magnitude and drivers of PFAS trophic magnification: a meta-analysis |Sammelwerk=[[Nature Communications]] |Band=16 |Nummer=1 |Datum=2025 |Seiten=10720 |DOI=10.1038/s41467-025-65746-4}}</ref>

== Konsequenzen ==

Infolge der Biomagnifikation können die Wirkungen von Giften, Schadstoffen und ihrer Abbauprodukte verheerende Auswirkungen auf die Endglieder der Nahrungskette (einschließlich auf den Menschen) haben, weshalb zahlreiche dieser Verbindungen heutzutage (zumindest in Europa) nicht mehr ausgebracht werden dürfen.

== Sonstiges ==

Der Begriff Biomagnifikation wird nicht nur auf bewusst eingesetzte Gifte (z. B. chemische Pflanzenschutzmittel) angewendet, sondern z. B. auch auf toxische Substanzen, wie [[Quecksilber]], die passiv oder durch Entsorgung in Gewässer gelangen oder als Altlasten (Kriegsmunition, Abfallablagerung) im Boden vorhanden sind. So akkumuliert Quecksilber in Form des lipophilen [[Methylquecksilber]]s im Fischgewebe und bei anschließendem Fischverzehr auch im Menschen.

Im Stoffwechsel ist zu beobachten, dass einige Substanzen durch chemisch ähnliche, aber eigentlich unerwünschte Stoffe ersetzt werden. Radioaktives [[Cäsium]] wird bei Pflanzen stark angereichert, weil es sich chemisch ähnlich verhält wie [[Kalium]].<ref>{{Internetquelle |url=https://idw-online.de/de/news39379 |titel=Erforschung derUmwelt-Radioaktivität – eine Naturwissenschaft in der Krise |sprache=de |offline=1 |archiv-url=http://web.archive.org/web/20210709183613/https://idw-online.de/de/news39379 |archiv-datum=2021-07-09 |abruf=2026-01-04}}</ref> [[Cadmium]] wird bei [[Calcium]]-Mangel als Ersatzstoff aufgenommen.<ref>Umwelt-Survey Band IV a, im Auftrag des Umweltbundesamtes, Berlin 1993.</ref>

== Einzelnachweise ==
<references />

== Übersichtsliteratur ==
* {{Literatur
|Autor=Bernd Beek
|Titel=Bioaccumulation – New Aspects and Developments
|Reihe=The Handbook of Environmental Chemistry
|BandReihe=2J
|Verlag=Springer-Verlag
|Ort=Berlin/Heidelberg
|Datum=2000
|ISBN=3-540-62575-5
|DOI=10.1007/10503050}}
* {{Literatur
|Autor=[[Karl Fent]]
|Titel=Ökotoxikologie: Umweltchemie, Toxikologie, Ökologie; 63 Tabellen
|Auflage=3., überarb. und aktualisierte Aufl
|Verlag=Thieme
|Ort=Stuttgart
|Datum=2007
|ISBN=978-3-13-109993-8}}
* {{Literatur
|Autor=[[Bruno Streit]], Thomas Braunbeck
|Titel=Lexikon Ökotoxikologie
|Auflage=2., aktualisierte und erw. Aufl
|Verlag=VCH
|Ort=Weinheim New York Basel Cambridge Tokyo
|Datum=1994
|ISBN=3-527-30053-8}}

[[Kategorie:Ökotoxikologie]]
[[Kategorie:Nahrungsnetz]]

Biomagnifikation - Versionsgeschichte

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