, Volume 13, Issue 6, pp 319-333

Östrogenartige wirkungen von bisphenol a auf vorderkiemenschnecken (Mollusca: Gastropoda: Prosobranchia)

Zusammenfassung

Im Rahmen eines vom Umweltbundesamt geförderten Forschungsprojektes zur Entwicklung eines biologischen Tests mit der Süßwasserschnecke Marisa cornuarietis für geschlechtshormonähnlich wirkende Substanzen wurden unter anderem die Effekte des als Xenoöstrogen verdächtigten Bisphenols A (BPA) untersucht. Zusätzlich zu den Laborversuchsreihen mit der Apfelschnecke M. cornuarietis wurden Versuche mit der Zwergdeckelschnecke Potamopyrgus antipodarum als Süßwasserspezies sowie zwei marinen Arten, der Netzreusenschnecke Nassarius reticulatus und der Nordischen Purpurschnecke Nucella lapillus, durchgeführt. Während N. reticulatus als sediment-bewohnende Art über Kunstsedimente exponiert wurde, erfolgte für die drei anderen Spezies die Exposition aquatisch.

Die Tests mit der Apfelschnecke deckten einen nominalen Konzentrationsbereich von 1 bis 100 μg BPA/l in einem 5-monatigen Versuch mit adulten Tieren und einem kompletten Lebenszyklustest über 12 Monate sowie einen Bereich von nominal 0,05–1 μg BPA/l (analytisch ermittelt: 0,0079–0,404 μg/l) in einem 6-monatigen Experiment mit adulten Exemplaren ab. In den drei Versuchsreihen löste die Testsubstanz ein komplexes Syndrom physiologischer und morphologischer Veränderungen bei M. cornuarietis aus, das als Ausbildung von ‘Superweibchen’ bezeichnet wird. Betroffene Exemplare sind durch zusätzliche weibliche Geschlechtsorgane, eine Vergrößerung der akzessorischen Geschlechtsdrüsen im Genitaltrakt, Missbildungen des pallialen Eileiterabschnitts mit einer daraus resultierenden erhöhten Mortalität der Weibchen und eine massive Stimulation der Ei- und Gelegeproduktion charakterisiert. Bei den Experimenten ergab sich eine LOEC von 48,3 ng/l, eine NOEC von 7,9 ng/l und eine EC10 von 13,9 ng/l.

Superweibchen traten auch bei den drei anderen untersuchten Schneckenarten auf, doch wurden bei diesen wahrscheinlich aufgrund artspezifischer Unterschiede in der Anatomie der Genitaltrakte keine Eileitermissbildungen gefunden.

Bei Potamopyrgus antipodarum löste BPA in einem 9-wöchigen Experiment (nominaler Konzentrationsbereich: 1 bis 100 μg/l) eine vermehrte Bildung von Embryonen während der sexuellen Ruhephase aus. Für den Versuch ergab sich eine invertiert Uförmige Konzentrations-Wirkungsbeziehung. Die 3-monatige Exposition von Nassarius reticulatus erfolgte über künstliche Sedimente (nominaler Konzentrationsbereich: 10–1000 μg/kg TG). BPA zeigte bei dieser Art konzentrationsabhängig eine uterotrophe Wirkung, die sich in einer signifikanten Vergrößerung und Gewichtszunahme der akzessorischen Eileiterdrüsen äußerte.

Adulte Nucella lapillus wurden über einen Zeitraum von 3 Monaten aquatischen Nominalkonzentrationen von 1–100 μg BPA/l ausgesetzt. Die Superweibchen waren bei dieser Art ebenfalls durch vergrößerte akzessorische Geschlechtsdrüsen und eine verstärkte Eibildung gekennzeichnet. Zusätzlich löste die Testsubstanz aber auch bei den Männchen charakteristische Veränderungen aus: Der Anteil fortpflanzungsfähiger Tiere mit reifen Spermien in der Vesicula seminalis ging ebenso zurück wie die Ausdehnung von Penis und Prostata. Auch bei dieser Spezies wurden bereits bei der niedrigsten Testkonzentration statistisch signifikante Effekte im Vergleich zur Kontrolle ermittelt (LOEC ≤ 1 μg BPA/l; NOEC < 1 μg BPA/l).

Die Ergebnisse zeigen, dass Vorderkiemerschnecken bereits bei erheblich niedrigeren BPA-Konzentrationen als andere systematische Gruppen des Tierreichs negative Effekte zeigen. Daher ist zum Schutz der aquatischen Lebensgemeinschaften und vor dem Hintergrund der derzeit auf EU-Ebene stattfindenden Risikobewertung für BPA eine Berücksichtigung der vorgestellten Resultate zu fordern.

Abstract

Within a Federal Environmental Agency research project to develop a biological test for hormone-mimetic compounds using the freshwater snail Marisa cornuarietis, the effects of the suspected xenoestrogenic substance bisphenol A (BPA), not only on freshwater but also on marine prosobranch snails, were investigated. For the laboratory experiments the ramshorn snail Marisa cornuarietis and the ovoviviparous snail Potamopyrgus antipodarum were considered as freshwater species and two marine prosobranchs, the netted whelk Nassarius reticulatus and the dog whelk Nucella lapillus, were additionally employed. N. reticulatus, as a typical sediment-living species, was exposed via artificial sediments, while the three other prosobranchs were exposed via water.

The test series with Marisa cornuarietis covered a nominal concentration range between 1 and 100 μg BPA/l in a 5 month experiment with adult snails and a complete life cycle test for 12 months. Additionally, a third test in the nominal range between 0.05 and 1 μg BPA/l (measured: 0.0079–0.404 μg/l) was performed with adults snails for 6 months. In these experiments, BPA induced a complex syndrome of physiological and morphological alterations in female Marisa referred to as the induction of ‘superfemales’. Affected specimens were characterised by the formation of additional female organs, an enlargement of the accessory pallial sex glands, gross malformations of the pallial oviduct section resulting in an increased female mortality, and a massive stimulation of oocyte and spawning mass production. For these tests, an LOEC of 48.3 ng/l, an NOEC of 7.9 ng/l and an EC10 of 13.9 ng/l were calculated.

Superfemales occurred also in the BPA exposure experiment with the other snail species, but comparable oviduct malformations as in Marisa were not found, probably due to species differences in the gross anatomical structure of the pallial oviduct.

During the 9 week test with Potamopyrgus antipodarum in the nominal concentration range between 1 and 100 μg/l, BPA induced an enhancement of embryo production even in the sexual repose phase of the reproductive cycle. A characteristic inverted U-type concentration response relationship was found. Nassarius reticulatus was exposed via BPA-spiked artificial sediments (nominal concentration range: 10–1000 μg/kg dry wt.) for 3 months. BPA exhibited a significant and concentration dependent uterotrophic effect which could be detected not only by an enlargement but also by a weight increase of the accessory pallial gland complex in the pallial oviduct section.

Adult Nucella lapillus were tested for three months in the laboratory in a nominal concentration range between 1 and 100 μg BPA/l. Superfemales in the dog whelk were also characterised by enlarged accessory pallial sex glands and an enhancement of egg production, but the test compound also affected the males in this species. A lower percentage of exposed specimens had ripe sperm stored in their vesicula seminalis and male Nucella exhibited a reduced length of penis and prostate gland when compared to the control. Because statistically significant effects were observed already at the lowest nominal test concentration (1 μg/l), it can be assumed that even lower concentrations may have a negative impact on the snails.

The results show that prosobranch snails are affected by BPA at lower concentrations compared to other systematic taxa in the animal kingdom. Consequently, it has to be claimed that the results of these experiment have to be considered for the current EU risk assessment for BPA in order to achieve a sufficient protection of wildlife in aquatic ecosystems.

OnlineFirst: 22. 10. 2001