Bei Bioindikatoren handelt es sich um Lebewesen, die auf eine Veränderung in dem Ökosystem, in dem sie leben, mit einer Anpassung ihrer Lebensfunktion reagieren. Meist sind diese Veränderungen auf menschliche Einflüsse zurückzuführen. Grundsätzlich sind aber sowohl abiotische als auch biotische Faktoren möglich.
Synonyme für Bioindikatoren sind Zeigerart, Indikatorart oder auch Indikatororganismus.
Bioindikatoren – Definition und Funktion
Abiotische Umweltfaktoren = Umweltfaktoren, an denen keine Lebewesen beteiligt sind, z. B. Klima, Wasser, Temperatur, Licht oder die Nährstoffkonzentrationen.
Biotische Umweltfaktoren = Umweltfaktoren, an denen andere Lebewesen beteiligt sind, dazu gehören z. B. auch Einflüsse des Menschen auf die Umwelt.
Bioindikatoren helfen Forscher*innen bei der Messung und Bewertung von Ökosystemen, um eine Einschätzung über dessen Gesamtzustand geben zu können. Je empfindlicher ein Organismus auf Schwankungen in seinem Ökosystem reagiert, desto höher ist seine Aussagekraft.
Indikatorarten ersparen oftmals aufwendige Untersuchungen eines Gebietes. Grundsätzlich weisen die Organismen eher auf negative Umwelteinflüsse hin, z. B. auf Temperaturveränderungen, Umweltverschmutzung durch den Einsatz von Schadstoffen, Bebauung etc. Auf diese Beobachtungen kann mit entsprechenden Naturschutzmaßnahmen oder ähnlichem reagiert werden, um weitere Schäden zu vermeiden.
Tierische und Pflanzliche Bioindikatoren – Verwendung
Bioindikatoren werden bereits seit mehreren Jahrzehnten zur Umweltkontrolle verwendet. Neuerdings werden sie auch in der Naturschutz- und Landschaftsplanung sowie der Naturschutzforschung eingesetzt. Es eignen sich viele verschiedene Tier- und Pflanzenarten als Bioindikator – in einigen Fällen können auch Bakterien verwendet werden. Welches Individuum gewählt wird, hängt von der genauen Aufgabe und dem Ziel der Untersuchungen ab.
Bakterien können als mögliche Zeiger dienen, da sie teilweise das Wachstum von Giftstoffen stark fördern. Wenn also ein hoher Anteil von Bakterien vorhanden ist, lässt das auf das Vorhandensein eines Giftstoffes schließen.
Merkmale von Bioindikatoren
Um als Bioindikator zu gelten, müssen die Organismen bestimmte Kriterien erfüllen. Zum einen sollten sie aussagekräftige Informationen über andere Arten in gleichen Ökosystemen liefern, statt nur über die eigene Art. Zum anderen sollten die Reaktionen generell deutlich erkennbar und gut messbar sein. Dieser Punkt ist wichtig, damit die Zeigerart quasi als Frühwarnsystem gilt und sich somit Schritte einleiten lassen, um weitere Schäden zu vermeiden.
Systematik der Bioindikation – Zeigerorganismen
Im Folgenden werden die wichtigsten Begrifflichkeiten in der Bioindikation genauer erläutert. Eine Übersicht findest du in Abbildung 1.
Bei den Testorganismen handelt es sich um standardisierte Organismen, die speziell für Laborversuche gezüchtet werden. Zeigerorganismen geben generelle Rückschlüsse über den Zustand eines Ökosystems. Mithilfe von Monitororganismen lassen sich qualitative und quantitative Forschungen in der Umwelt durchführen.
Bei der Beobachtung von Bioindikatoren in einem Ökosystem kann zudem in aktives und passives Monitoring unterschieden werden. Diese beiden Faktoren lassen sich wiederum unterteilen in Reaktions- und Akkumulationsindikatoren.
Abbildung 1: Übersicht der Begrifflichkeiten in der Bioindikation.Quelle: spektrum.de
Bioindikation: Aktives Monitoring
Beim aktiven Monitoring werden Organismen in einer standardisierten Form extra in ein Ökosystem gesetzt – diesen Vorgang bezeichnet man auch als "exponieren". Die Individuen werden beobachtet oder für eine Analyse später wieder entnommen.
Die Aussetzung von Flechten an verschieden Standorten, um Aussagen über die allgemeine Belastung eines Ökosystems zu erhalten. Flechten dienen häufig als ein Indikator für die Luftverschmutzung.
Abbildung 2: Flechten an einem BaumQuelle: Pexels.com
Ein weiteres Beispiel ist das Anlegen von Graskulturen, wodurch die Belastung von verschiedenen Schadstoffen wie z. B. Schwefel, Fluor oder Schwermetallen messbar gemacht werden kann.
Bioindikation: Passives Monitoring
Das passive Monitoring verwendet Organismen, die im jeweiligen Ökosystem bereits vorhanden sind. Es werden also Individuen in ihrer natürlichen Umgebung betrachtet und eventuell Proben für eine genauere Analyse entnommen.
Nadelgehölze in einem Waldbestand dienen für Aussagen über die chronische Belastung von Luftverunreinigungen oder zur Überwachung der langfristigsten Belastung durch verschiedene Schadstoffe.
Abbildung 3: NadelgehölzeQuelle: Pexels.com
Ein weiteres Beispiel findet sich bei krautige Pflanzen, wie z. B. Gräser, Sträucher und Gehölze, diese können durch die Bestimmung der zeitlichen Veränderung in ihren Entwicklungsphasen Auskunft über Klimaänderungen geben.
Bioindikatoren: Reaktionsindikatoren
Bei den Reaktionsindikatoren handelt es sich um sensitive oder reaktive Bioindikatoren. Heißt, diese Organismen reagieren besonders schnell und sehr sensibel gegenüber Schadstoffen in ihrem Ökosystem.
- Flechten
- Nadelgehölze im Waldbestand
- Krautige Pflanzen
- Tabakpflanzen
- Klonfichten
Bioindikatoren: Akkumulationsindikatoren
Akkumulative Bioindikatoren sind meistens Pflanzen, die bestimmte Schadstoffe sammeln, ohne dabei selbst zu Schaden zu kommen. Dadurch werden diese Stoffe nachweisbar gemacht.
- Moosmonitoring
- Nadelgehölze im Waldbestand
- Klonfichten
- Graskulturen
Bioindikatoren – Vorteile vs. Nachteile
Wie bei so vielen Dingen im Leben, sollten stets beide Seiten einer Münze betrachet werden und so verhält es sich auch mit den Bioindikatoren. Damit du auch die Bioindikatoren ganzheitlich betrachten kannst, sind im folgenden Abschnitt jeweils ein paar Vor- und Nachteile von Bioindikatoren gegenübergestellt.
Vorteile von Bioindikatoren
Ein Vorteil bei der Verwendung von Bioindikatoren gegenüber chemisch-physikalischen Methoden ist zum einen die kostengünstigere Durchführung. Zum anderen können diese Tests schnellere Ergebnisse liefern. Weiterhin sind flächendeckend relativ exakte Aussagen möglich. Und es können auch Langzeitprognosen aufgestellt werden.
Weitere Vorteile sind, dass eventuell neue Giftstoffe nachgewiesen werden können. Zudem können Schadstoffe auch über einen längeren Zeitraum hinweg wahrgenommen werden. Dadurch kann die Einhaltung von Toleranzwerten kontrolliert werden.
Nachteile von Bioindikatoren
Ein Nachteil bei der Verwendung von Bioindikatoren ist, dass die Quantifizierung, sprich das zahlenmäßige Erfassen der Ergebnisse, teilweise etwas unpräzise ist. Dazu kommt, dass die Messwerte von Bioindikatoren meistens deutlich mehr schwanken als bei direkten Analysen. Zudem reagieren chemische Analysen deutlich empfindlicher und lassen somit mehr Informationstiefe zu.
Ein weiterer Nachteil ist, dass sich komplexe Wechselbeziehungen zwischen Organismen nur schwer in den Ergebnissen widerspiegeln lassen. Außerdem können natürliche Umweltumgebungen die Resultate verfälschen.
Bioindikatoren – Beispiele
Wie bereits erwähnt, kann zwischen natürlichen und künstlichen Zeigerorganismen unterschieden werden. Beispiele für natürlich vorkommende Bioindikatoren wären zum einen Wasserlebewesen zur Bestimmung der Gewässergüte. Zum anderen eignen sich diverse Pflanzenarten sehr gut zur Bestimmung der Bodenqualität.
Bioindikatoren Beispiele: Natürliche Bioindikatoren
- Libellen sind Zeigerarten für Still- und Fließgewässer, da sie sehr komplexe Ansprüche an ihren Lebensraum stellen. Zudem lässt sich durch ihre Fortpflanzung indirekt die Gewässergüte ermitteln.
- Die Eier vom Wanderfalken weisen eine dünnere Schale auf, sobald sich in der Umgebung das Pestizid DDT befindet.
DDT = Dichlordiphenyltrichlorethan; eine Chemikalie für die Schädlingsbekämpfung, die mittlerweile verboten ist.
- Frösche/Kröten sind gute Bioindikatoren, da sie aufgrund ihrer dünnen Haut neben Sauerstoff auch sehr leicht Giftstoffe aufnehmen. Zudem reagieren sie als ein Reaktionsindikator sehr sensibel auf Veränderungen in der Wasser- und/oder Luftqualität.
Bioindikatoren Beispiele: Künstliche Bioindikatoren
Bei künstlichen Bioindikatoren handelt es sich um standardisierte Organismen (Testorganismen), die aktiv in einem Ökosystem "ausgesetzt" werden. Beispiele dafür sind Flechten für die Beurteilung der Luftverunreinigung, das Anpflanzen einer Graskultur zur Bewertung der Luftbelastung oder auch Bodenmoose, um die Belastung durch Schwermetalle zu untersuchen.
Moose werden bereits seit den 1960er-Jahren als Bioindikator verwendet. Das Prinzip basiert darauf, dass Moose aufgrund ihrer relativ großen Oberfläche Schadstoffe aus Niederschlägen und Ablagerungen in der Luft leicht aufnehmen und über einen längeren Zeitraum abspeichern können.
Abbildung 4: Moose in einem WaldQuelle: Pexels.com
Das sogenannte Moosmonitoring wird hauptsächlich zur flächendeckenden Überwachung von Schwermetallen verwendet. Dabei wird in der Regel ein aktives Monitoring verwendet. Moosmonitoring wird Europaweit durchgeführt. Es lässt eine zeitliche und räumliche Beurteilung über die Veränderung des Schwermetall-Ausstoßes zu. Dadurch können wiederum entsprechende Maßnahmen zur Reduzierung der Luftverschmutzung eingeleitet werden.
Ein weiteres Beispiel bezieht sich nun auf Flechten. Flechten dienen als Bioindikator zur Beurteilung der Luftqualität. Von Vorteil ist dabei, dass sie relativ empfindlich auf Luftverschmutzungen reagieren. Für eine genauere Beurteilung werden meistens Flächenkartierungen vorgenommen. Bei der Beurteilung mittels Flechten unterscheidet man die zwischen der Flechtenexposition, sprich dem gezielten Aussetzen der Pflanze, und der natürlichen Flechtenvegetation. Also dem, was an Flechtenbewuchs sowieso schon vorhanden ist. Auch bei den Flechten wird meistens ein aktives Monitoring verwendet.
Bioindikatoren Beispie Fließgewässer
Für die Überwachung der Gewässergüte wird häufig ein sogenanntes Saprobiensystem verwendet. Saprobien sind bestimmte Arten von Pilzen, Bakterien und Protozoen (Einzeller). Diese geben Rückschlüsse über den Verschmutzungsgrad eines Gewässers.
Grundsätzlich kann man die Wasserqualität in Gewässergüteklassen unterteilen. Für jede Stufe gibt es typische Bioindikatoren, die auch als aquatische Indikatororganismen bezeichnet werden.
- Krebse (z. B. Daphnien) dienen als allgemeine Zeigerart zur Identifikation eines Süßwassergewässers.
- Für die Beurteilung der Trinkwasserqualität werden z. B. Elritzen (Fische) verwendet.
Bioindikatoren – Das Wichtigste
- Bioindikatoren sind Organismen, die auf eine Veränderung im eigenen Ökosystem durch die Anpassung ihrer Lebensfunktion reagieren.
- Veränderungen in einem Lebensraum sind auf abiotische oder biotische Faktoren zurückzuführen – meistens jedoch auf menschliche Einflüsse.
- Bioindikatoren helfen Forscher*innen bei der Messung und Beurteilung von Ökosystemen, um eine Einschätzung über dessen Gesamtzustand geben zu können.
- Eine Indikatorart weist meistens auf negative Umwelteinflüsse, wie z. B. Temperaturveränderungen oder Umweltverschmutzung durch den Einsatz von Schadstoffen etc. hin.
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