Medikamentenrückstände, Glyphosat auf den Äckern oder Chemikalien, die aus Deponien ins Grundwasser sickern: all diese Szenarien bedrohen eine sichere Wasserversorgung. Wie die Verschmutzungen mittels substanzspezifischer Isotopenanalyse aufgedeckt und anschließend besser beseitigt werden können, hat ein internationales Forschungsteam mit Beteiligung von Wissenschaftler:innen der Universität Duisburg-Essen zusammengefasst. Die Ergebnisse wurden in Nature Water veröffentlicht. Die Projektleitung hatten die TU München und die EAWAG aus der Schweiz inne.
Stabile Isotope sind nicht nur bei der Dopinganalytik äußerst nützlich, sie spielen auch eine entscheidende Rolle bei der Identifikation von Umweltverschmutzungen. Isotopen sind Variationen eines chemischen Elements mit unterschiedlicher Anzahl der Neutronen im Kern. Durch die Analyse der Isotop-Zusammensetzung können Forschende nicht nur teils Jahrzehnte zurückliegende Ursprünge von Schadstoffen in der Umwelt feststellen, sondern auch beurteilen, welche Prozesse die Stoffe verändert haben. Â
Im Artikel empfehlen die Autor:innen die sogenannte substanzspezifische Isotopenanalyse in drei prototypischen Szenarien der Gewässerverschmutzung. Diese umfassen (1) Punktquellenverschmutzung von Grundwasser (2) diffuse Verschmutzung von Böden und Oberflächengewässern durch Pestizide (3) Reduzierung von Arzneimitteln und Desinfektionsnebenprodukten in Wasseraufbereitungssystemen. „Analysiert wird bei dieser Methode das Isotopenverhältnis von Elementen, meist Kohlenstoff, in einzelnen Verbindungen, die aus komplexen Umweltgemischen extrahiert werden“ erklärt Prof. Dr. Torsten C. Schmidt von der Universität Duisburg-Essen (UDE).
„Bei punktuellen Gewässerverschmutzungen, beispielsweise durch Jahrzehnte zurückliegende Unfälle, bei denen Wasser-, Boden- und Sedimentproben oft schwer zu entnehmen sind, ermöglicht die Isotopenanalyse, Quellen von Kontaminationen zu identifizieren sowie die relevanten (bio)degradativen Prozesse in einem komplexen Untergrund aufzuzeigen“, so Laborleiter Dr. Maik A. Jochmann (UDE). Auch diffuse Verschmutzungen in der Landwirtschaft kann die Methode zuverlässig bewerten. Denn auf Äckern ausgebrachte Pestizide werden häufig durch Niederschlag und Bewässerung in ihrer Konzentration verändert, weshalb eine Analyse der Schadstoffkonzentration keine belastbare Aussage zum Abbau liefert. „Unsere kombinierte Analyse der Isotopenzusammensetzung von Pestiziden und ihren Transformationsprodukten hingegen ermöglicht eine genaue Bewertung.“
Schmidts Fazit: „Die Untersuchungen und Beispielszenarien zeigen, dass die substanzabhängige Isotopenanalyse dort präzise Daten liefert, wo andere Methoden an ihre Grenzen kommen. Daher empfehlen wir die Methode nicht nur für die Umweltchemie, sondern auch bei der Zulassung und Risikobewertung von Chemikalien.“
Schlafen ist gesund – dieses populäre Wissen lässt sich wissenschaftlich untermauern. So konnten Forschende bereits früher zeigen, dass Personen, die nach einer Impfung geschlafen hatten, im Schnitt doppelt so starke Immunantworten zeigten wie Personen, die in der Nacht nach der Impfung nicht geschlafen haben. Die zellbiologischen Hintergründe waren bislang nur wenig erforscht. Ein Team um Professorin Luciana Besedovsky vom Institut für Medizinische Psychologie konnte nun zeigen, dass Schlaf die Fähigkeit von Zellen des Immunsystems – den T-Zellen – fördert, in Lymphknoten zu wandern.
Eine neue Studie zeigt, dass die Phasentrennung - ein Phänomen, welches auftritt, wenn man versucht Öl und Wasser zu mischen - auch im Immunsystem von Pflanzen eine wichtige Rolle spielt. Hierbei zeigte sich, dass eine wichtige Gruppe von Immunproteinen sich in Tröpfchen kondensieren muss, um aktiviert zu werden und dadurch Pflanzen vor Infektionen mit mikrobiellen Krankheitserregern zu schützen.
Forscher am MPQ haben eine neue Technik zur Entschlüsselung der Eigenschaften von Licht und Materie entwickelt, die gleichzeitig viele Substanzen mit hoher chemischer Selektivität nachweisen und genau quantifizieren kann. Atome und Moleküle können damit im ultravioletten Spektralbereich bei sehr schwachen Lichtstärken analysiert werden. Dieser Fortschritt ebnet damit auch den Weg für neuartige Anwendungen der Photonendiagnostik, unter anderem auch die Präzisionsspektroskopie einzelner Atome oder Moleküle für grundlegende Tests der Physik oder der UV-Photochemie in der Erdatmosphäre oder im Weltraum.
Der Alterungsprozess ist mit einem veränderten Bedarf an essenziellen Mikronährstoffen verbunden. Zudem werden Veränderungen der Bioverfügbarkeit und der postprandialen Variabilität verschiedener Nährstoffe mit dem Altern in Verbindung gebracht. Wie schnell und in welchem Ausmaß Mikronährstoffe aus einer Mahlzeit ins Blut gelangen und ob dies altersabhängig ist, war bislang jedoch unklar. Um Antworten darauf zu finden, haben Wissenschaftler*innen vom Deutschen Institut für Ernährungsforschung Potsdam-Rehbrücke (DIfE), vom Leibniz-Institut für Gemüse- und Zierpflanzenbau und von der Universität Potsdam die BioMiEL-Studie durchgeführt.
Industriebrachen können mit verschiedenen Metallen wie Zink, Eisen, Blei oder Seltenen Erden belastet sein. Diese Rückstände schädigen die Umwelt und machen die Flächen unbrauchbar. Um sie aus dem Boden zu entfernen und zu recyceln, müssen die Betreiber*innen erhebliche Investitionen aufwenden. Um verlässliche Aussagen über die Wirtschaftlichkeit eines solchen Vorhabens treffen zu können, hat ein Team der TH Köln im Rahmen eines internationalen Forschungsprojekts eine KI-basierte Software entwickelt. Das Tool ist frei nutzbar.