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Einfluss auf Zuckmücken

Die biologische Bekämpfung von Stechmücken (Culicidae) mit Bacillus thuringiensis israelensis Produkten (Bti) gilt als bewährte Methode zur Kontrolle von Stechmückenpopulationen in Gewässern. Doch obwohl Bti für seine hohe Wirksamkeit gegen Stechmückenlarven geschätzt wird, rücken zunehmend auch die möglichen Auswirkungen auf Nicht-Zielorganismen wie Zuckmücken (Chironomidae) in den Fokus wissenschaftlicher Diskussionen.

Zuckmücken spielen eine zentrale Rolle in aquatischen Ökosystemen: Sie dienen als wichtige Nahrungsquelle für Fische, Vögel und andere Tiere und tragen maßgeblich zur Stoff- sowie Energieumsetzung in Gewässern bei [1-7]. Eine potenzielle Beeinträchtigung dieser ökologisch wertvollen Insekten durch Bti wirft Fragen zum Gleichgewicht zwischen effektiver Schädlingsbekämpfung und dem Erhalt der Biodiversität auf.

Obwohl aktuelle Freilandstudien darauf hindeuten, dass eine gezielte Bti-Ausbringung keine langfristige Schädigung der Zuckmückenpopulationen verursacht, besteht weiterhin Forschungsbedarf [8-12]. Die wissenschaftlichen Einschätzungen hierzu gehen teils auseinander, da komplexe Wechselwirkungen zwischen Bti, Zuckmücken und weiteren Umweltfaktoren eine abschließende Bewertung der ökologischen Auswirkungen erschweren.

Warum wirkt Bti auf Zuckmücken?

Obwohl Zuckmücken nicht das Ziel von Bti-Anwendungen sind, teilen sie wesentliche physiologische Merkmale mit den nah verwandten Stechmücken, was sie anfällig für die Wirkung des Biozids macht.

Die Empfindlichkeit von Zuckmückenlarven gegenüber Bti variiert je nach Art und Entwicklungsstadium [13, 14]. Beispielsweise zeigen Erstlarven von Chironomus riparius eine ähnliche Empfindlichkeit wie Stechmücken [11, 13, 15, 16]. Andere Zuckmückenarten hingegen reagierten in verschiedenen Studien erst bei deutlich höheren, mehrfach überdosierten Bti-Konzentrationen [11].

Generell gilt: Das jüngste Larvenstadium (Erstlarven) ist 4- bis 100-mal empfindlicher gegenüber Bti als das Viertlarvenstadium [13, 14]. Dies bedeutet, dass Zuckmückenpopulationen mit einer natürlichen Altersstruktur, die mehrere Larvenstadien umfasst, deutlich widerstandsfähiger gegenüber Bti-Applikationen sind.

Mögliche Risiken für Zuckmücken durch Bti

Mögliche Auswirkungen von Bti auf Zuckmücken hängen stark von der genauen Art, dem Larvenstadium und den vorherrschenden Umweltbedingungen ab:

Direkte Mortalität

Die direkte Mortalität infolge der Bti-Exposition bei Zuckmücken beschreibt das unmittelbare Absterben der Larven nach der Aufnahme des Btis. Dieser Effekt setzt in der Regel innerhalb weniger Stunden bis Tage nach der Exposition ein und hängt maßgeblich vom Larvenstadium sowie der aufgenommenen Dosis ab. Besonders empfindlich sind die frühen Larvenstadien (Erstlarven), während ältere Stadien eine deutlich höhere Überlebensrate aufweisen [11, 13, 15, 17]. Letztere sind durch die in der Stechmückenbekämpfung üblichen Bti-Dosen nur in geringerem Maße betroffen.

Indirekte Effekte

Indirekte Mortalität bezeichnet das verzögerte oder indirekte Absterben von Larven oder erwachsenen Zuckmücken, das nicht unmittelbar durch die toxische Wirkung von Bti verursacht wird, sondern auf sekundäre Effekte zurückzuführen ist. Dazu gehören eine verringerte Fitness, veränderte Fortpflanzungsraten oder ökologische Wechselwirkungen. Langzeitstudien im Freiland konnten jedoch bislang keine dauerhafte und erhebliche Schädigung der Zuckmückenpopulationen nachweisen [8-12].

Langzeitfolgen

Wiederholte Bti-Anwendungen könnten empfindliche Zuckmückenarten in sensiblen Gebieten langfristig gefährden, insbesondere wenn keine Rückzugsräume vorhanden sind [8, 11]. Ein Rückgang der Zuckmückenpopulationen könnte theoretisch das Nahrungsnetz beeinflussen, da Amphibien, Spinnen, andere aquatische Insekten, Fische und Vögel auf Zuckmücken als wichtige Nahrungsquelle angewiesen sind [4, 6, 7, 17, 18]. Diese potenziellen Auswirkungen auf das Nahrungsnetz, bekannt als „Bottom-up“-Effekte, werden derzeit intensiv erforscht. Bisher konnte jedoch kein signifikanter Zusammenhang zwischen einer Bti-Anwendung und negativen Folgen für das Nahrungsnetz nachgewiesen werden [1, 18, 19].

Wo leben Zuckmücken, und warum werden sie von Bti getroffen?

Zuckmücken sind vor allem dann gefährdet, wenn sich ihre Lebensräume zeitweise mit denen der Stechmückenlarven überschneiden [8, 11, 20, 21]. In solchen Fällen könnte Bti unbeabsichtigt ihre Populationen beeinflussen und damit ökologische Funktionen in den betroffenen Gewässern verändern. Aufgrund der meist eher unterschiedlichen Habitatpräferenzen beider Gruppen treten solche Überschneidungen jedoch nur in vereinzelten ökologischen Gebieten auf. Bei einer gezielten Stechmückenbekämpfung kommt es daher nur während bestimmter Zeiträume oder in kleinräumigen Gebieten zu Überlappungen der Lebensräume.

Zuckmücken gehören zu den artenreichsten und am weitesten verbreiteten Insektenfamilien in aquatischen Lebensräumen. Sie besiedeln eine Vielzahl von Gewässertypen – von permanenten über semipermanente bis hin zu temporären Wasserflächen – und spielen eine zentrale Rolle in der Ökologie dieser Ökosysteme:

  • Permanente Gewässer: Seen, Flüsse und Teiche bieten stabile Lebensräume für zahlreiche Arten und optimale Bedingungen für Zuckmücken, da sie eine kontinuierliche Nahrungsversorgung und geschützte Entwicklungsräume gewährleisten. Besonders in stehenden oder langsam fließenden, nährstoffreichen Gewässern können sich Zuckmücken massenhaft vermehren. Diese Bedingungen begünstigen das Wachstum von Algen und Mikroorganismen, die häufig als Nahrungsgrundlage für die Larven dienen. In solchen Habitaten können Besiedlungsdichten von mehreren tausend Larven pro Quadratmeter erreicht werden [11, 17].
  • Semipermanente Gewässer: Saisonale Wasserflächen, die nach Regenfällen oder Überflutungen entstehen und über mehrere Monate hinweg Wasser führen, sind essenzielle Habitate für spezialisierte Zuckmückenarten [8, 11, 17, 21-24].
  • Temporäre Gewässer: In kurzlebigen Wasseransammlungen agieren einige Zuckmückenarten als Pioniere und besiedeln diese Gewässer schnell. Sie tragen maßgeblich zur Primärproduktion und zur Umwandlung organischer Substanz bei. Ihre Besiedlungsdichten sind hier meistens jedoch geringer [8, 11, 17, 20-24].

Wichtige Filtrierer

Die Larven der Zuckmücken leben entweder pelagisch in der Wassersäule oder benthisch am Gewässergrund [3, 17, 25]. Durch ihre vielfältigen Lebensweisen – vom Filtrieren von Schwebstoffen über das Grasen auf Sedimenten bis hin zur Räuberstrategie gegenüber Kleinstlebewesen – tragen sie wesentlich zur Umwandlung organischer Materialien bei und stabilisieren die Sedimentstruktur [2, 3, 17, 26, 27].

Diese ökologischen Funktionen machen Zuckmücken zu unverzichtbaren Organismen in aquatischen Nahrungsnetzen. Sie dienen nicht nur als Nahrungsquelle für zahlreiche Tiere, sondern fördern auch die Stoffkreisläufe im Wasser und beeinflussen somit die gesamte Dynamik ihrer Lebensräume.

Die kontroverse Debatte: Sind Zuckmücken durch Bti gefährdet?

Die Anwendung von Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) zur biologischen Bekämpfung von Stechmücken (Culicidae) hat zu kontroversen Diskussionen über die Auswirkungen auf Nicht-Zielorganismen wie Zuckmücken (Chironomidae) geführt. Während Labor- und Mesokosmenstudien oft eine hohe Mortalität bei Zuckmückenlarven dokumentieren, fallen die Ergebnisse aus Freilandstudien häufig differenzierter aus. Die große Variabilität der Ergebnisse aus Freilandstudien lässt sich auf die Vielfalt der Versuchsansätze, die natürlichen Puffermechanismen in Ökosystemen und artspezifische Unterschiede zurückführen [8, 11, 28-30]. Somit spiegelt der wissenschaftliche Diskurs die Komplexität ökologischer Systeme sowie die Unterschiede zwischen den Studienansätzen wider.

 

Ergebnisse der Literaturauswertung zur Sensitivität von Zuckmücken

Eine umfassende Auswertung von 60 Studien unterstreicht, dass die Auswirkungen von Bti auf Zuckmücken stark von der Umgebung und den spezifischen Arten abhängen [11]. Während Laborstudien konsistent hohe Mortalitätsraten zeigen, mildern natürliche Puffermechanismen wie Sedimentation, Verdünnung und Habitatkomplexität die Effekte im Freiland deutlich ab.

Die Literaturauswertung zeigt, dass viele Zuckmückenarten, insbesondere Vertreter der Unterfamilie Chironominae theoretisch von Bti-Konzentrationen, wie sie auch für die Stechmückenbekämpfung eingesetzt werden, beeinträchtigt werden könnten.

Die jeweiligen Ergebnisse weisen jedoch unterschiedliche Effekte abhängig von Studienansatz und Umweltbedingungen auf:

Laborstudien: Präzise, aber keine Umwelteinflüsse

Bioassay-Studien dokumentieren eine hohe Empfindlichkeit von Arten aus der Chironomus-Gattung. Diese unter kontrollierten Laborbedingungen durchgeführten Studien bieten präzise Ergebnisse, die jedoch oft keine natürlichen Puffermechanismen berücksichtigen  [11, 13, 15, 31-33].

Mesokosmenstudien

In Mesokosmenstudien, die die Wirkung von Bti unter semi-natürlichen Bedingungen untersuchen, zeigte sich eine mittlere bis hohe Reduktion der Individuenzahlen (50–75 %). Einige Taxa, wie Chironomus plumosus oder Vertreter der Gattung Tanypodinae, erreichten sogar Mortalitätsraten von bis zu 100 % [14]. Dabei ist zu beachten, dass die in den Studien verwendeten Bti-Konzentrationen oft deutlich über denen von der KABS am Oberrhein eingesetzten Werten lagen und daher nicht auf die Bekämpfungssituation im KABS-Gebiet übertragbar sind  [14].

Freilandstudien

Freilandstudien weisen oft geringere Effekte auf Zuckmückenpopulationen nach. Dies wird auf Rückzugsräume, Verdünnungseffekte und mikrobielle Abbauprozesse zurückgeführt. Studien von Lagadic et al. (2014, 2016) und Wolfram et al. (2018) weisen darauf hin, dass natürliche Rückzugsräume und Habitatkomplexität die negativen Effekte im Freiland deutlich mindern können [9, 10, 12]. In den March-Thaya-Auen beispielsweise blieb die Zuckmückendiversität trotz routinemäßiger Bti-Anwendungen stabil [12]. Einzelne Studien belegen eine Reduktion der Zuckmücken bei Bti-Konzentrationen, wie sie auch im Oberrhein eingesetzt wird [5, 14, 31, 34-36]

Einfluss von Umweltfaktoren auf die Bti-Wirksamkeit

Die Effektivität von Bacillus thuringiensis israelensis (Bti) im Freiland wird durch eine Vielzahl abiotischer und biotischer Umweltfaktoren beeinflusst, die die Langlebigkeit der Bti-Kristalle und damit die Insektizidwirkung herabsetzen können. Unter Freilandbedingungen ist die Transformation und Inaktivierung von Bti schneller als unter Laborbedingungen, was zu einer verringerten Wirksamkeit und einem geringeren Risiko für Nicht-Zielorganismen wie Zuckmücken führt [28-30, 37, 38].

  • Abiotische Faktoren:
    Temperatur, Sonneneinstrahlung und UV-Strahlung sind wichtige Faktoren, die die Wirksamkeit von Bti negativ beeinflussen [38-43]. Auch die Wassertiefe, Sedimentationsgeschwindigkeit und Trübung reduzieren die Verfügbarkeit von Bti für Zielorganismen [1, 44-46].
  • Biotische Faktoren:
    Biotische Einflüsse wie aquatische Makrophyten und organisches Material im Wasser können ebenfalls die Wirkung von Bti mindern. So kann Bti durch Bindung an Pflanzenoberflächen aus der Wassersäule entfernt und von Konsumenten aufgenommen werden [16, 28, 47, 48]
  • Rolle von Zielorganismen und Nahrungsangebot:
    Die Abundanz von Zielorganismen und anderen Filtrationsorganismen kann die Bti-Konzentration im Wasser senken [43, 44, 47]. Eine hohe Partikeldichte im Wasser reduziert die Aufnahme von Bti durch Zielorganismen [47, 49, 50]. Allerdings führt eine höhere Temperatur auch zu einer verstärkten Fressaktivität von Chironomidenlarven, was die Toxinaufnahme erhöhen kann [51, 52]

Weitere Themen

Eine weibliche Zuckmücke sitzt auf einem Blatt.

Über Zuckmücken

Zuckmücken sind sehr anpassungsfähig und besiedeln daher eine große Bandbreite unterschiedlicher Lebensräume und ökologischer Nischen.
Systematik Zuckmücken Beitragsbild.

Systematik der Zuckmücken

Die Familie der Zuckmücken gliedert sich in elf Unterfamilien die insgesamt 450 Gattungen beinhaltet. Die meisten einheimischen Arten gehören dabei
Nahaufnahme des Bti-Eisgranulats, die einzelnen gefrorenen Kügelchen sind gut erkennbar.

Bti

Bti ist der einzige zugelassene Wirkstoff zur Bekämpfung von Stechmücken und besteht aus Proteinen, die aus einem Bodenbakterium gewonnen werden.

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