The trends of malformation prevalence in embryos of dab, Limanda limanda, in the southern North Sea after the year 1990 mirrored the drop in major pollutants in the rivers draining into the German Bight. Despite this general decline we detected a pollution event in the southern North Sea in winter 1995/1996 employing the prevalence of malformations in dab embryos as an indicator. An abrupt rise in malformation prevalence in the embryos of dab, corresponded to a dramatic increase in DDT levels in parent fish from the same area, indicating a hitherto unnoticed introduction of considerable quantities of DDT into the system. This input could be traced back to discharges of unknown origen into the River Elbe

Dethlefsen, Volkert

Haarich, Michael

Westernhagen, Hein von

Dethlefsen, V.

von Westernhagen, Hein

Haarich, M.

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Zusammenhang zwischen Schadstoffen aus der Elbe und missgebildeten Fischembryonen in der Deutschen Bucht

Aquatic Commons

Inf. Fischwirtsch. Fischereiforsch. 48(1), 2001 19
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Die Trends der Missbildungsraten der Kliesche (Limanda limanda) in der südlichen Nordsee seit 1990 spiegelt
den Rückgang der Konzentrationen wichtiger Schadstoffe, die von Flüssen in die Nordseee eingetragen wurden,
wider. Im Winter 1995 und 1996 entdeckten wir jedoch ein Schadstoffereignis in der Deutschen Bucht, wobei uns
die zeitlichen Fluktuationen der Häufigkeiten von Missbildungen von Embryonen der Kliesche als Indikator dien-
ten. Ein abrupter Anstieg der Missbildungshäufigkeiten von Embryonen der Kliesche entsprach einem dramati-
schen Anstieg der DDT-Konzentrationen in den Elternfischen aus dem entsprechenden Gebiet. Dieser Anstieg der
DDT-Konzentrationen war auf einen bisher unbeobachtet gebliebenen bedeutenden Eintrag von DDT in das Sy-
stem zurückzuführen. Es konnte gezeigt werden, dass die Organochlorverbindungen aus der Elbe stammen.
Nachdem man erkannt hatte, dass Verschmutzung eine
Bedrohung der Meeresumwelt darstellt, wurden natio-
nale und internationale Programme etabliert, um das
marine Ökosystem zu überwachen u. a. mit dem Ziel,
Einträge xenobiotischer – der Umwelt fremd, nicht aus
der Umwelt stammenden – Substanzen zu reduzieren
(North Sea Task Force 1993). Vor diesem Hintergrund
begannen im Jahre 1974 Überwachungsprogramme der
Nordsee zunächst mit der Bestimmung von Schadstof-
fen im Wasser und in Sedimenten. Dieses Programm
wurde schon bald unterstützt durch die Identifizierung
von Schadstoffen in Organismen.
Mit Einführung des Konzeptes des „Biological effects
monitoring“ (ICES 1978; MacIntyre und Pearce 1980)
trat man in eine neue Dimension der Konzepte zur Be-
kämpfung der Verschmutzung ein (Stebbing et al. 1992;
Stagg 1998; Besten 1998), wobei man sich an Stelle
von chemischen Informationen auf Veränderungen le-
bender Organismen im Freiland konzentrierte. Endpunk-
te bei der Bestimmung des Einflusses menschlicher Ak-
tivitäten wurden auf der Basis ihrer Relevanz für Indi-
viduen, die Population oder die Art festgelegt. Bis heu-
te gibt es allerdings wenig Übereinstimmung bei der
Beurteilung von Einflüssen auf Ökosystseme oder Ge-
meinschaften. So wird heute in den Umweltüber-
wachungsprogrammen eine Vielzahl möglicherweise
relevanter ökologischer Variablen, sogenannter Bioin-
dikatoren, gemessen. Das bringt Schwierigkeiten mit
sich, da die Überwachung einer großen Zahl von öko-
logischen Zustandsvariablen teuer ist. Fehlende Mittel
machen häufig ein Probennahmesystem erforderlich, bei
dem nur ein Teil der wünschenswerten und relevanten
Parameter gemessen wird. Aus der Sicht der Entschei-
dungsträger wäre ein möglichst einfaches Ergebnis von
Vorteil, nämlich Ja oder Nein. Das würde voraussetzen,
dass ein integrierender Faktor besteht und gemessen
werden könnte, mit dessen Hilfe Veränderungen im
Ökosystem schnell und zweifelsfrei nachweisbar sind.
Relation between toxic compounds from River Elbe
and malformed embryos of fish in the German Bight
The trends of malformation prevalence in embryos of dab,
Limanda limanda, in the southern North Sea after the year
1990 mirrored the drop in major pollutants in the rivers
draining into the German Bight. Despite this general de-
cline we detected a pollution event in the southern North
Sea in winter 1995/1996 employing the prevalence of
malformations in dab embryos as an indicator. An abrupt
rise in malformation prevalence in the embryos of dab,
corresponded to a dramatic increase in DDT levels in par-
ent fish from the same area, indicating a hitherto unno-
ticed introduction of considerable quantities of DDT into
the system. This input could be traced back to discharges
of unknown origen into the River Elbe.
Inf. Fischwirtsch. Fischereiforsch. 48(1), 200120
Wir berichten nachfolgend über einen solchen Fak-
tor, nämlich Missbildungen pelagischer Fischem-
bryonen. Missbildungen entstehen bei Embryonen
dann, wenn physiologische und biochemische Fehl-
entwicklungen nicht mehr kompensiert werden kön-
nen. Sie sind zumindest für eine kurze Zeit ein sub-
letaler, nicht tödlicher, Effekt und subsummieren alle
möglichen Einflüsse, d. h. nicht nur solche durch Xe-
nobiotika, sondern auch hydrographische und ande-
re. Die Verwendung einer solchen Methode kann
keine Aussagen über mechanistische Ursachen für
die Veränderungen zulassen. Das bedeutet, dass sie
vor allem als Screening-Instrument wertvoll ist. Will
man genaueres über Ursachen aussagen, müssen sich
vertiefende Untersuchungen anschließen.
"#$%#&
'
Die Embryo- und Larvalphase stellt das empfindlich-
ste Stadium während der Entwicklung von Fischen
dar (Westernhagen 1988). Hier können Schadstoffe,
aber auch ungünstige natürliche Faktoren den deut-
lichsten Effekt auf das Überleben eines Individu-
ums zeitigen. Juvenile und insbesondere Adulte
gelten als weit weniger empfindlich (Johnson und
Landahl 1994). Die regionale Häufung von miss-
gebildeten pelagischen Fischembryonen kann da-
her als Reflektion von Störungen im marinen Öko-
system betrachtet werden (Longwell und Hughes
1980; Cameron et al. 1996). Die Untersuchungen
in der südlichen Nordsee begannen 1984. Sie wur-
den bis heute mit wenigen Unterbrechungen jähr-
lich auf einem engen Stationsnetz in Küstennähe
vor Dänemark, Holland, Belgien und Deutschland
durchgeführt (Abbildung 1). Zwischen 20 000 und
()*+
()),
())) Abbildung 1: Missbidungsraten von Embryonen der Kliesche
(Limanda limanda) in der südlichen Nordsee 1987, 1996 und
1999 alle Entwicklungsstadien. Höchste Missbildungsraten in
Küstennähe (1987) oder im Außenbereich des Elbeästuars
(1996). Maximum: 1987 = 61,8%, 1996 = 41,4%, 1999 = 16,1%.
+ = nicht genügend Embryonen (Mindestzahl 50);  = signi-
fikant über dem Mittelwert ( 2c -Test),  = signifakant unter
dem Mittel, L und K = nicht signifikant höher oder tiefer als
Mittel.
Malformation rates in embryos of dab, Limanda limanda, in
the southern North Sea during the years 1987, 1996 and
1999 for all developmental stages until hatching. Note high-
est malformation rates in near-coastal areas (1987) or in the
Elbe river plume (1996). Maximum: 1987 = 61.8%, 1996 =
41.4%, 1999 = 16.1%. + = not enough eggs for evaluation
(threshold 50); 2c  evaluation:  = significantly above the
mean;  = significantly below the mean; L and K = not sig-
nificantly above or below the mean.
Inf. Fischwirtsch. Fischereiforsch. 48(1), 2001 21
40 000 Embryonen wurden während jeder Ausfahrt im
Frühjahr des jeweiligen Jahres untersucht. Es konnte
gezeigt werden, dass Missbildungsraten in Ästuaren
und küstennahen Gebieten höher waren als in küsten-
fernen (Cameron et al. 1996).
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%-'
Nachdem über ein Jahrzehnt Maßnahmen zur Reduzie-
rung der Belastung der Nordsee durchgeführt wurden,
verändert sich die Situation langsam zum besseren (de
Jong et al. 1999). Das wird besonders deutlich, wenn
man den Eintrag von Kupfer, Blei und Quecksilber durch
die Elbe in die Nordsee betrachtet, aber auch Konzen-
trationen von bestimmten Organochlorverbindungen,
wie PCBs und g-HCH, haben in der jüngsten Vergan-
genheit abgenommen. Diese Verbesserung konnte auch
durch fallende Konzentrationen von Xenobiotika in Or-
ganismen nachgewiesen werden ( Dethlefsen et al. 1996,
Westernhagen und Dethlefsen 1997; Broeg et al. 1999).
Missbildungsraten nahmen ebenfalls mit zunehmender
Untersuchungszeit ab. Während die Missbildungen von
Embryonen der Kliesche (Limanda limanda) (Kliesche
steht hier für alle anderen wichtigen Fischarten) im Jahre
1987 28,7 % betrugen mit Maximalwerten auf bestimm-
ten Stationen bis zu 60 %, nahmen die Werte ständig ab
und schwankten ab 1993 um 5 % (Abbildung 2).
Eine Ausnahme stellt das Jahr 1996 dar. Hier wurde ein
ausnehmend hoher Wert gefunden, der zunächst nicht
erklärt werden konnte.
In vorangegangenen Arbeiten konnten wir zeigen, dass
die Wassertemperatur einen wesentlichen Einfluss auf
die Häufigkeit von missgebildeten Embryonen hatte
(Dethlefsen et al. 1996; Westernhagen und Dethlefsen
1997). Wir haben daher die gesamten Missbildungs-
raten in je eine temperaturinduzierte Fraktion, einen
natürlichen Hintergrundwert von 2 % und eine hier-
durch nicht erklärbare Fraktion unterteilt. Diese nicht
erklärbare Fraktion haben wir als anthropogen defi-
niert. Abbildung 2 ist zu entnehmen, dass ab 1993 die
anthropogene Fraktion der Missbildungsraten nicht
mehr vorhanden war. Die Fluktuationen konnten durch
den Temperatureffekt und den natürlichen Hinter-
grundwert erklärt werden.
Eine Ausnahme stellten die Werte für 1996 dar. 1996
wurden in der Deutschen Bucht 24 % der Embryonen
der Kliesche als missgebildet eingestuft; ein Wert, der
fast mit dem Maximalwert des Jahres 1987 verglichen
werden konnte. Die mit Ausnahme von 1996 niedri-
gen und abnehmenden Missbildungsraten stimmten
überein mit den ebenfalls abnehmenden Schadstoff-
einträgen aus den Flüssen Rhein und Elbe (Friedrich
und Schulte-Wülwer-Leidig 1996; Kausch 1996; de
Jong et al. 1999). Auch im Winter 1995/96 gab es ei-
nen deutlichen Termperatureffekt (Abbildung 2), verur-
sacht durch niedrige Temperaturen bis zu –1 °C an der
Wasseroberfläche in der Deutschen Bucht im Februar
1996. Aber auch der anthropogene Anteil der Missbil-
dungsraten war erheblich und sehr viel höher, als wir
aufgrund der bis dahin abnehmenden Schadstofftrends
erwarten konnten.
Nehmen wir Flundern (Platichthys flesus) der Elbe als
Beispiel, so sank die Konzentration von DDT im Mus-
kelgewebe von 1989 bis September 1995 von 243 µg/
kg Fett auf 40 µg/kg Fett, die Konzentration des chlo-
rierten Biphenyls (CB153) von 2346 µg/kg Fett auf 411
µg/kg Fett, und die des Hexachlorbenzols (HCB) von
1047 µg/kg Fett auf 221 µg/kg Fett.
Im Januar 1996 hingegen stiegen die Konzentrationen
von DDT auf das 120-Fache im Vergleich zum Sep-
tember 1995 (4748 µg/kg Fett im Januar 1996; 39,8
µg/kg Fett im September 1995). Die Konzentration der
Summe aller polychlorierten Biphenyle (åÿPCB) war
%
 m
al
fo
rm
at
io
n
0
5
10
15
20
25
30
1984 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 2000
anthropogenic
temperature
background
Abbildung 2: Mittlere Missbildungshäufig-
keiten (%) von Embryonen der Kliesche
(Limanda limanda) zwischen 1984 und
2000, südliche Nordsee. Temperatureffekte
wurden auf der Basis von im Freiland er-
mittelten Korrelationen ermittelt. Der natür-
liche Hintergrundwert wurde entsprechend
dem niedrigsten gemessenen Wert auf 2 %
festgelegt.
Mean malformation rates (%) in embryos
of dab (Limanda limanda) between 1984
and 2000 from the southern North Sea (for
area see Fig. 1). Temperature effects cal-
culated on the basis of actual in situ meas-
urements. Natural background value for
unpolluted areas was arbitrarily set at 2 %.
Inf. Fischwirtsch. Fischereiforsch. 48(1), 200122
im Januar 1996 17-mal höher als im Sep-
tember 1995 (33 824 µg/kg Fett bzw.
1960 µg/kg Fett). Im Zentrum der Deut-
schen Bucht haben die Konzentrationen
von DDT im Lebergewebe der Kliesche
von 3,8 µg/kg Nassgewicht im Dezem-
ber 1994 auf 18 µg/kg Nassgewicht 1995
und 27,5 µg/kg Nassgewicht im Januar
1996 zugenommen hat (Abbildung 3).
Interessanterweise blieben die Gewebs-
konzentrationen anderer Organochlor-
verbindungen niedrig, d. h. auf dem Ni-
veau des Frühjahres 1995, wodurch an-
gedeutet wird, dass das hier besproche-
ne Schadstoffereignis sich auf PCBs und
DDT beschränkte.
Es lag nahe, davon auszugeben, dass der
Eintrag dieser Substanzen über die Elbe
geschehen sein musste. Heemken et al.
(2000) hatten für den August 1995 be-
richtet, dass bei Dessau in der oberen
Elbe und in einem Elbezufluss erhöhte
Konzentrationen organischer Substan-
zen gemessen wurden. In Übereinstim-
mung mit diesen Ergebnissen zeigten
Daten des Langzeitüberwachungspro-
grammes der Elbe (Arbeitsgemeinschaft
für die Reinhaltung der Elbe (ARGE),
Hamburg), dass Konzentrationen von
DDT und seinen Derivaten in suspen-
diertem Material an der Probennahme-
stelle in der Nähe von Cuxhaven im Juli
1995 deutlich zunahmen und Höchst-
konzentrationen im September 1995 er-
reicht wurden (Abbildung 4).
In Abbildung 5 zeigt sich der Verlauf der
Schadstoffkonzentrationen in suspen-
diertem Material (monatliche Mischpro-
ben für Seemannshöft). Hier wird deut-
lich, dass sehr viel höhere Konzentra-
tionen als bei Cuxhaven gemessen wur-
den und dass das Schadensereignis hier bereits einige
Monate früher eingesetzt haben muss. Es ist ungeklärt,
woher die Schadstoffeinträge stammen.
#
.%
Aus dem oben Gesagten kann man folgern, dass erhöhte
Schadstoffkonzentrationen in Fischen im Elbeästuar und
in der Deutschen Bucht im Winter 1996 als direkte Kon-
sequenz eines ungewöhnlich hohen Eintrages von DDT
und PCB in die Elbe und aus der Elbe in die Deutsche
Bucht bewertet werden muss. Die nachfolgende Konta-
 year (winter)
89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
 year (summer)
87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98
  DDEPP
  DDTPP
  DDDPP
30
25
th
ig 20e
t we
 
w  15
re
 
liv
g 10/kgµ
5
0
87 88
Abbildung 3: Konzentrationen von DDT und Derivaten in Lebern der Kliesche
(Limanda limanda) der Deutschen Bucht, 1987 – 1998, Winter und Sommer.
Concentrations of DDT and derivatives in livers (wet weight) of dab (Limanda
limanda) in the German Bight, 1987-1998, winter and summer
month
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
DDTPP
DDDPP
DDEPP
25
20
th
ig 15e
h 
w
serf/ 10g
/kgµ
5
0
Abbildung 4: Konzentrationen von DDT und Derivaten in suspendiertem Mate-
rial im Ästuar der Elbe bei Cuxhaven (monatliche Mischproben aus Sediment-
fallen), 1995. (Daten von der Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe,
ARGE, Hamburg).
Concentrations of DDT and its derivatives in suspended matter in the Elbe
estuary (monthly pools in sediment traps, wet weight) in 1995. Data from the
Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe, ARGE, Hamburg).
mination der Gonaden der Elternfische in der Deutschen
Bucht und der südlichen Nordsee war dann verantwort-
lich für erhöhte Missbildungsraten von Fischembryo-
nen, die im Frühjahr in dieser Region beobachtet wur-
den. Eine Beziehung zwischen Schadstoffen in den
Gonaden von Elternfischen und dem Aufkommen der
Brut konnte experimentell mehrfach belegt werden
(Hansen et al. 1985, Westernhagen et al. 1981, Western-
hagen et al. 1989).
Schon bei früherer Gelegenheit konnte festgestellt wer-
den, dass die Quantifizierung von Missbildungen von
Inf. Fischwirtsch. Fischereiforsch. 48(1), 2001 23
Fischembryonen ein wichtiges Werkzeug zur Ermittlung
biologischer schadstoffbedingter Effekte in der Nord-
see darstellt. Die Beibehaltung solcher Methoden wird
auch in Zukunft garantieren, dass mit relativ einfachen
Mitteln biologische schadstoffbedingte Veränderungen
festgestellt werden können.
/0
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SEH 95
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
1 2 3 4 5 6 7 8 9
PPDDT p,p'-
OPDDT o,p'-
PPDDD p,p'-
OPDDD o,p'-
PPDDE p,p'-
Abbildung 5: Konzentrationen von DDT und Derivaten in suspendierten Mate-
rial im Ästuar der Elbe bei Seemannshöft (monatliche Mischproben aus Sed-
imentfallen), 1995. (Daten von der Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung
der Elbe (ARGE) Hamburg).
Concentrations of DDT and its derivatives in suspended matter in the Elbe,
Seemannshöft (monthly pools in sediment traps, wet weight) in 1995. Data
from the Arbeitsgemeinschaft für die Reinhaltung der Elbe (ARGE) Hamburg).


Zusammenhang zwischen Schadstoffen aus der Elbe und missgebildeten Fischembryonen in der Deutschen Bucht.

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Zusammenhang zwischen Schadstoffen aus der Elbe und missgebildeten Fischembryonen in der Deutschen Bucht.

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