Im Original zu lesen im Bienen aktuell Heft Januar 2025

Kristina Gratzer & Robert Brodschneider
Institut für Biologie, Universität Graz, Universitätsplatz 2, 8010 Graz
Email: robert.brodschneider@uni-graz.at

Metalle kommen in der Natur als Spurenelemente im Boden vor und alle Organismen benötigen Metalle in Spurenmengen für lebenswichtige Prozesse. Erhöhte Mengen sind das Ergebnis menschlicher Aktivitäten wie Straßenverkehr (fossile Brennstoffe), Verbrennungen, Bergbau, metallurgischer Prozesse, landwirtschaftlicher Aktivitäten und Auswaschung aus Metallstrukturen. Erhöhte Metallkonzentrationen können biologische Prozesse stören, indem sie zum Beispiel mit der Sulfhydrylgruppe von Enzymen interagieren und so die katalytische Wirkung von Enzymen hemmen. Ausgang ist der Kontakt mit Bodenpartikeln aus der Luft. Diese landen zum Beispiel auf Pflanzenoberflächen wie Blüten oder Baumharz. Durch das Sammeln von Pollen, Nektar und Propolis sind Bienen diesen Metallen ausgesetzt und bringen sie in den Bienenstock ein.

Methodik

In einem INSIGNIA-EU Vorversuch verglichen wir die Entnahme von Bienen mit Propolis zur Schwermetall-Erhebung. Grundsätzlich eignen sich beide Methoden gut, jedoch entschieden wir uns aufgrund von ethischen und benutzerfreundlichen Gründen sowie Rückmeldungen von TeilnehmerInnen für das Propolisgitter für die Hauptstudie 2023. Diese wurden auf die Oberträger der obersten Einheit platziert und für insgesamt 4 Wochen in den Völkern belassen (Abbildung 1). Die Probenahme-Zeitpunkte sind nachfolgend als « Sammelrunde-Monat » genannt: SR-Mai (SR02), SR-Juni (SR04), SR-Juli (SR06) und SR-August (SR08). Nach der Expositionszeit wurden die Gitter aus beiden Testvölkern entnommen, gemeinsam verpackt, und bis zur Analyse im niederländischen Labor Wageningen Environmental Research (WEnR) gekühlt gelagert. Knapp erklärt: die Gitter wurden eingefroren und das verhärtete Propolis abgerieben. Die Propolis-Brösel wurden gesammelt, gewogen und ganz oder teilweise für weitere Analysen verwendet. Dazu wurde die Propolis-Probe in einem Mörser mit Hilfe von flüssigem Stickstoff zu Pulver zermahlen und anschließend bei 450 °C im Ofen verbrannt. Nach dem Abkühlen wurde die Probe in Salpetersäure (HNO₃) aufgelöst, geschüttelt und zentrifugiert, um eine klare Lösung zu erhalten. 15 mL dieser Lösung wurden mit den Geräten „ICP-OEC“ oder „ICP-MSMS“ analysiert.

Ergebnisse

Von allen geplant möglichen Propolisgitter-Proben aus Europa wurden 92,9% an das Labor in den Niederlanden geschickt und analysiert (1171/1260) – aus Österreich wurden alle 40 (100 %) eingeschickt und 38 ausgewertet (genug Propolis vorhanden). Die Zielmetalle umfassten: Magnesium (Mg), Aluminium (Al), Eisen (Fe), Kupfer (Cu), Zink (Zn), Chrom (Cr), Kobalt (Co), Nickel (Ni), Arsen (As), Selen (Se) und Blei (Pb), die alle natürlich in der Umwelt vorkommen und in jeder Probe nachgewiesen wurden.

Auf Europa-Ebene blieben die Metallkonzentrationen im Propolis in den einzelnen Sammelrunden weitgehend stabil, was auf geringe saisonale Schwankungen an den jeweiligen Standorten hinweist. In Südeuropa waren die Metallkonzentrationen im Propolis höher als in den nordeuropäischen Ländern, was den natürlichen Hintergrundwerten im Boden entspricht. Dies lässt sich auf geologische und klimatische Unterschiede, aber auch auf Traditionen in Bergbau, Metallverarbeitung und Feuer (Waldbrände und Rodungen) zurückführen. Metalle, die auf europäischer Ebene in den höchsten Konzentrationen vorkommen, umfassten Aluminium, Kupfer, Eisen, Mangan und Zink.

Obwohl die Metallkonzentrationen in Propolis auf großer räumlicher Skala den natürlich vorkommenden Hintergrundwerten entsprechen, können sie interessante lokale Quellen für Verschmutzung aufzeigen. Ein Beispiel aus den Niederlanden: Der Bienenstand eines Citizen Scientists in der Nähe einer Stahlfabrik ließ vermuten, dass diese Proben hohe Belastungen aufzeigen würden. Das war jedoch nicht der Fall. Im Gegensatz dazu wiesen aber die Proben eines anderen Citizen Scientists, der in einem Naturschutzgebiet beprobte hohe Metallkonzentrationen auf. Der Grund waren südwestliche Winde, die atmosphärische Ablagerungen von Metallen, sowie jene der Stahlfabrik, der Stadt Amsterdam und des Flughafens in das Naturschutzgebiet transportierten. Demnach ist es wichtig Ergebnisse aus Umwelt-Monitoringstudien differenziert zu betrachten und die Eigenschaften von Verflug und Erosion nicht zu unterschätzen.

Auch für Österreich blieben die Werte über die Saison stabil (Abbildung 2). Magnesium hat deutlich höhere Konzentrationen im Vergleich zu den anderen Metallen (zwischen 20 und 70 µg/g Propolis), gefolgt von Zink, Eisen und Aluminium (Abbildung 2a). Die übrigen Metalle haben eine viel geringere Konzentration, als die erste Gruppe (Abbildung 2b). So zum Beispiel hat Kupfer nur ca. 0,4–0,7 µg/g Propolis über die Saison. Andere Metalle, wie Arsen und Selen, sind in sehr niedrigen Konzentrationen vorhanden, fast nicht messbar. Die Veränderungen zwischen den Monaten könnten auf Umwelteinflüsse wie den Wind, die verschiedenen Standorte (es waren insgesamt 10) oder die von den Bienen besuchten Pflanzen zurückzuführen sein. Die in sehr geringen Mengen vorkommenden Metalle Arsen und Cobalt könnten darauf hindeuten, dass keine signifikanten lokalen Verschmutzungsquellen für diese Metalle in Nähe unserer Probenstandorte vorhanden sind oder die natürliche Umwelt diese Metalle nur in minimalen Mengen enthält. Blei wird oft mit veralteten industriellen Praktiken oder stark befahrenen Straßen in Verbindung gebracht. Ein Ansteigen in einem der Sammelrunden könnte also mit vermehrter Umweltverschmutzung zu dieser Zeit zusammenhängen, oder natürliche Schwankungen widerspiegeln. Insgesamt braucht es mehr Vergleichsdaten für dieselben Zeiträume, um genauere Aussagen zu treffen, dennoch geben die Schwermetall-Erhebungen der INSIGNIA-EU Studie interessante Einblicke in die Umwelt in der wir leben.

Im nächsten Artikel werden die Mikroplastik-Ergebnisse vorgestellt, die mit einer neu entwickelten Methode, der APITrap, erhoben wurden. Teil 1 und Teil 2 der INSIGNIA-EU Serie finden Sie in der Bienen aktuell Ausgaben Oktober und Dezember 2024.