Neue Forschungen zeigen, wie sich ein neuartiges gentechnisch hergestelltes Pestizid im Boden bewegt und abbaut.
Diese neue Generation von Pestiziden kann Schädlingsinsekten bekämpfen, indem sie die Fähigkeit des Käfers beeinträchtigt, essentielle Proteine zu produzieren. Diese gentechnisch veränderten Pestizide können gentechnisch so in landwirtschaftliche Kulturpflanzen umgewandelt werden, dass diese Pflanzen buchstäblich ihre eigene Abwehrkraft entfalten können.
Auch wenn das Pestizid in der Pflanze vorhanden ist, ähneln die Fragen zu seinem Abbau denen herkömmlicher Pestizide, die an den Außenseiten der Pflanzen angewendet werden: Zersetzt es sich? Wenn ja, unter welchen Bedingungen? In der Erde? In Seen und Flüssen? Was ist das ökologische Risiko?
Bevor Forscher Antworten auf diese Fragen finden können, muss es jedoch eine Möglichkeit geben, das Pestizid aufzuspüren und zu verfolgen, während es sich im Ökosystem bewegt und abbaut.
Kimberly Parker, Assistenzprofessorin für Energie-, Umwelt- und Chemieingenieurwesen an der McKelvey School of Engineering der Washington University in St. Louis, und ein Team von Mitarbeitern entwickelten eine Methode, um dieses neue Pestizid in Böden zu verfolgen und zu verstehen, welche Prozesse sich auswirken seine Lebensdauer.
Dieses neue Pestizid ist ein Molekül doppelsträngiger Ribonukleinsäure oder RNA. Wenn ein Schädling dieses Pestizid isst, verhindert es, dass das Lebewesen essentielle Proteine bildet, was entweder zu Wachstumsstörungen oder zum Tod führt.
RNA ist ein Makromolekül - das heißt: es ist groß - und aufgrund seiner Größe können Forscher es nicht mit den typischen Mitteln untersuchen, die für konventionelle Pestizide verwendet werden.
Das Forscherteam entwickelte eine Methode, um ein Pestizidmolekül mit einem radioaktiven Atom zu markieren, damit sie es verfolgen können, während es durch geschlossene Bodensysteme wandert, die verschiedene Szenarien darstellen. Sie konnten das Pestizid und seine Bestandteile mit nur wenigen Nanogramm pro Gramm Boden quantifizieren.
Mit ihrer Methode zur Pestizidmessung untersuchte das Forscherteam als nächstes, was mit dem Pestizid in mehreren Bodenproben passiert. Sie fanden heraus, dass die Enzyme im Boden das Pestizid abbauen können. Zusätzlich „fressen“ die Mikroben im Boden das Pestizid sowie die Fragmente, die Enzymreaktionen hinterlassen.
In einigen Böden trat jedoch ein anderer Prozess auf: Das Pestizid lagert sich wie Mineralien und organischer Abfall an die Bodenpartikel an. "In landwirtschaftlichen Böden", sagt Parker, "gibt es Adsorption" - wenn Moleküle an einer Oberfläche haften. "Das Pestizid haftet an den Bodenteilchen", sagt sie.
"Wir haben herausgefunden, dass die Bodenpartikel tatsächlich eine schützende Wirkung auf das Pestizid haben", sagt Parker. "Die Geschwindigkeit des Pestizidabbaus wird verlangsamt." Die Enzyme und Mikroben haben es schwerer, Pestizide, die sich im Boden festgesetzt haben, abzubauen Das Ausmaß, in dem der Boden das Pestizid schützt, war jedoch bei den untersuchten Böden unterschiedlich.
„Unsere derzeitige Arbeitshypothese lautet, dass in feinerem Boden mehr Partikel für die Adsorption verfügbar sind“, sagt Parker. Je mehr Bodenpartikel vorhanden sind, desto mehr Oberflächen können von dem Pestizid aufgenommen werden, wodurch der Schutzeffekt verstärkt wird.
"Nachdem wir die wichtigsten Prozesse identifiziert haben, die den Abbau von Pestiziden in Böden steuern, werden wir die Variablen, die diese Prozesse steuern, im Detail untersuchen, um eine genaue ökologische Risikobewertung von doppelsträngigen RNA-Pestiziden zu ermöglichen", sagt Parker. "Dadurch können wir nachvollziehen, ob diese neuen Pestizide ein Risiko für die Ökosysteme darstellen oder nicht."
Über die Autoren
Die Forschung erscheint in Umweltwissenschaft & Technologie.
Die Finanzierung erfolgte aus dem Forschungs- und Innovationsprogramm Horizon 2020 der Europäischen Union. Unterstützung für Parker vom US-Landwirtschaftsministerium; und Unterstützung eines ETH-Forschungsstipendiums an einen Mitarbeiter.
Quelle: Washington Universität in St. Louis
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