In biologischen Frühwarnsystemen werden, neben den in Hamburg eingesetzten Geräten, an anderen Standorten auch Systeme mit anderen Organismen eingesetzt. Dazu zählen Geräte wie ...
Bakterientoximeter
Einige Organismen wie auch das Leuchtbakterium Vibrio fischeri (früher Photobacterium phosphoreum) sind in der Lage, einen Teil der durch die Stoffwechselreaktionen freiwerdende Energie als Licht zu emittieren. Der Leuchtbakterientest mit Vibrio fischeri nach DIN 38412 Teil 34 ist ein etabliertes Verfahren zur Untersuchung von Wasserproben auf toxische Wirkungen und wird auch als Screeningtest herangezogen.
Der „Regensburger Leuchtbakterientest“ ist ein automatisierter Leuchtbakterientest. Er beruht auf der Hemmung der bakteriellen Biolumineszenz durch Schadstoffe. Leuchtbakterien des Stammes Vibrio fischeri (P. phosphoreum) NRRL B-11177 werden den Wasserproben zugesetzt. Die Lumineszenz wird vor und nach Beendigung der vorgegebenen Einwirkzeit gemessen. Die Differenz zeigt die Hemmwirkung an. Eine Hemmung über 20 Prozent wird als toxische Wirkung angesehen. Neben der Biolumineszenz werden auch Wachstum, Atmung und andere Stoffwechselfunktionen erfasst.
Das Gerät ist für den unbeaufsichtigten Dauerbetrieb über eine Woche in Gewässergütemessstationen und für die Überwachung von Kläranlagen konzipiert.
Fischtoximeter
Bei der Untersuchung der subletalen (chronischen) toxischen Wirkung auf Fische können unter anderem Verhaltensänderungen bei den Testfischen, z.B. Goldorfen (Leuciscus idus melanotus) oder Zebrabärblingen (Brachydanio rerio) als Anzeichen von toxischen Effekten aufgefasst werden. Dies sind neben dem Fressverhalten vor allem Veränderungen des Schwimmverhaltens.
Die Verhaltensmesssysteme des Fischtoximeter der Firma bbe und BehavioQuant® (Firma Metacom) werten Videobilder aus und ermöglicht so das Verhalten der Fische zu analysieren.
Das bbe-Fischtoximeter basiert bei der Aus- und Bewertung des Schwimmverhaltens nach Prinzip und Technik des bbe-Daphnientoximeters. Das heißt, das Verhalten der Testtiere wird unter anderem mittels der Parameter Mittlere Geschwindigkeit, Geschwindigkeitsverteilung, Schwimmhöhe, Fraktale Dimension und Anzahl bewegungsfähiger Tiere erfasst und klassifiziert. Analog zum Alarmindex werden die Daten der einzelnen Messparameter durch verschiedene Auffälligkeitstest überprüft und diese Ergebnisse zu einem geräteinternen „Toxindex“ zusammengefasst.
Beim Fischtoximeter BehavioQuant® wird das Flusswasser mit einer Durchflussrate von ca. 5L/min durch zwei Messaquarien geleitet. Die Fische werden mit je einer Videokamera pro Messaquarium über einen Spiegel, der im 45-Grad-Winkel vor den Becken angebracht ist, kontinuierlich im 15-Minuten-Rhythmus für jeweils 2 Minuten beobachtet. Die Kameras sind über einen Multiplexer gekoppelt, der insgesamt 16 Videokameras verwalten kann. Das fortlaufende Videosignal wird digitalisiert und in einem PC mit einer systemeigenen Software ausgewertet. Die aktuelle Messung wird jeweils mit den Messungen der vorangegangenen 2 Stunden statistisch verglichen und hinsichtlich eines Gewässeralarms bewertet.
Muscheltoximeter
Der Einfluss von Schadstoffen auf Muscheln kann anhand von Änderungen im Schalenbewegungsmuster erkannt werden. Die Erfassung dieser Verhaltensänderung und damit eine schnelle Indikation toxisch wirkender Schadstoffe in Gewässern erfolgt mit Hilfe eines Mess- und Auswertesystems. Für dieses Effektmonitoring mit dem Muschelmonitor werden lebende Muscheln, zum Beispiel Dreikantmuscheln (Dreissena polymorpha), in einem kontinuierlich mit Flusswasser durchströmten Becken eingesetzt.
In Abhängigkeit von der Art und Konzentration des Schadstoffes zeigen die Muscheln ein geändertes Schalenbewegungsmuster. Durch die Wirkung eines Schadstoffes öffnen und schließen die Muscheln ihre Schalen deutlich häufiger als in der Zeit davor. Einige Muscheln schließen für kurze Zeit ihre Schalen ganz. Mit dem Muscheltoximeter werden Änderungen im Muster der Schalenbewegungen erfasst und ausgewertet.
Zur Aufdeckung subletaler Effekte werden beim „Mosselmonitor" der Firma Delta Consult drei Auswertekriterien in ihrem zeitlichen Verlauf bewertet. Für die Alarmgebung ist es erforderlich, dass genügend Muscheln nahezu gleichzeitig eine ähnliche Verhaltensänderung gegenüber dem vorhergehenden Schalenbewegungsmuster aufweisen.
Auffälligkeits-Kriterien im „Mosselmonitor“
"Ansteigende Schalenbewegungsaktivität": Aufgrund eines Schadstoffeintrages öffnet und schließt eine Muschel ihre Schale häufiger als es dem normalen Verhaltensmuster entspricht.
"Schalen geschlossen": Eine Muschel ist in der Lage ihre Schale vollständig zu schließen, um sich vor äußeren Einflüssen zu schützen.
"Abnehmende Schalenöffnungsweite": Der durchschnittliche Wert der Schalenöffnungsweite einer einzelnen Muschel nimmt, über einen längeren Zeitraum betrachtet, aufgrund eines Schadstoffeintrages ab. Hierbei kann es sich einerseits um eine stetige Reduzierung, andererseits um einen sich neu einstellenden, mittleren Wert während hoher Schalenbewegungsaktivität handeln.
Die Schalenöffnungsweite einer Muschel wird mit speziellen Sensoren ermittelt. Das Sensorsystem besteht - für jede Muschel separat - aus zwei Koaxialkabeln, an deren Enden je eine kleine wasserdicht verschlossene Spule angebracht ist.
Fließt ein hochfrequenter Strom durch eine der Spulen, so bildet sich um diese Spule ein Magnetfeld, dessen Feldstärke radial abnimmt. In der zweiten Spule wird in Abhängigkeit von der vorhandenen Magnetfeldstärke eine Spannung induziert. Die Größe des Spannungssignals steht im reziproken Verhältnis zum Abstand der beiden Spulen und ist somit ein Maß für den Abstand der beiden Schalenhälften zueinander.
Als ein typischer Wasserfiltrierer eignet sich die Dreikantmuschel auch als Indikatororganismus für das Akkumulationsmonitoring (Erfassung der Bioakkumulation von Schadstoffen), da sie folgende Eigenschaften wie Standorttreue, ganzjähriges Vorhandensein von adulten und juvenilen Tieren, gutes Akkumulationsvermögen und hohe Schadstofftoleranz aufweist.
Elektron- Daphnientoximeter
Im Elektron Daphnientestgerät dient die Änderung der Schwimmaktivität von Daphnia magna Straus als Testkriterium.
Im Durchflusssystem wird die Schwimmaktivität der Daphnien mit Hilfe von Lichtschranken registriert. Sobald Veränderungen in der Qualität des Testwassers auftreten, reagieren die Tiere mit Abweichungen ihres Schwimmverhaltens. Sie schwimmen langsamer oder reagieren mit gesteigerten Aktivitäten. Das Testgerät besteht im wesentlichen aus zwei Testkammern mit einem Selbstansaugenden Pumpensystem. Mit optischen Sensoren werden die Verhaltensänderungen in einem bestimmten Messzyklus gemessen und als Impulse elektronisch ausgewertet. Der Parameter "Impulse pro 10 Minuten-Messzyklus" beider Messkammern wird automatisch an einen Computer gesendet.
Die signifikante Abweichung des Impulsverlaufs vom Normalverhalten wird als Alarm gewertet. Außerdem wird bei Unterschreiten eines definierten statischen Alarmwertes ein Alarm ausgelöst. Nach längerem parallelem Einsatz mit den Daphnientoximetern der neueren Generation, der Firma bbe, wurden diese Geräte in Hamburg Anfang 2000 stillgelegt.
