Wie wirkt sich Umweltverschmutzung auf die Tiergenetik aus?

Die Umweltverschmutzung umfasst erhöhten Kohlenstoff und andere Chemikalien in der Luft, landwirtschaftliche Nährstoffabflüsse, pharmazeutische Abfälle in aquatischen Systemen, Leckagen aus Deponien, Reservoirs für menschliche Fäkalien, Müll in terrestrischen und aquatischen Systemen und alles in zwischen. Obwohl die Auswirkungen von Müll auf große Tiere leicht zu erkennen sind, sind die potenziell schädlichen Auswirkungen auf die Genetik weitgehend unbekannt. Darüber hinaus ist mit dem Aufkommen genetisch veränderter Pflanzen und Tiere die genetische Verschmutzung durch veränderte Organismen in natürlichen Populationen ein aufkommendes Problem.

Es hat sich gezeigt, dass chemische Schadstoffe, die in die Systeme von Tieren gelangen, direkte Veränderungen der genetischen Vielfalt verursachen. Eine Studie ergab beispielsweise eine Exposition gegenüber Schwermetallen aus Hüttenwerken in Finnland und Russland sowie radioaktiven Isotopen aus einer nuklearen Verarbeitung Pflanze in Russland, um eine Zunahme der genetischen Vielfalt für wilde Populationen der Kohlmeise und eine gegenläufige Abnahme der Populationen der Schwarzmeise zu bewirken Fliegenfänger. Die Luftverschmutzung, die durch Stahlwerke in Hamilton, Ontario, in die Umwelt gelangt, wurde mit einer Zunahme der genetischen Mutationen bei den Nachkommen von Möwen und Mäusen in Verbindung gebracht. Diese Ergebnisse sind nicht lokalisiert. Ähnliche Studien nach dem Atomunfall von Tschernobyl berichteten von erhöhten Mutationsraten in Vogel- und Nagetierpopulationen. Schwermetalle wurden mit DNA-Schäden in Vogel- und Säugetierpopulationen in Verbindung gebracht, die in Industriegebieten eine erhöhte Anzahl von Genmutationen gezeigt haben. Es gibt keine Aufzeichnungen über körperliche, Verhaltens- oder Überlebensratenänderungen bei diesen Arten; Effekte sind jedoch nur auf wenige Generationen beschränkt.

Umweltverschmutzung verursacht bei Tieren eine Reihe von körperlichen Problemen, darunter erhöhte Krankheitsraten wie Krebs und veränderte Hormonspiegel und Fortpflanzung; obwohl diese nicht mit einer genetischen Veränderung in Verbindung gebracht wurden. Seit den späten 1980er Jahren wird die Körpersymmetrie als Indikator für genetische und entwicklungsbedingte Regelmäßigkeit verwendet. Asymmetrie ist eine körperliche Veränderung, die genetische Anomalie signalisiert. Bei Forellen, Mäusen und Vögeln führt die Umweltverschmutzung zu Asymmetrien in Form von vergrößerten körperlichen Merkmalen auf einer Körperseite. Asymmetrie tritt in allen Teilen des Körpers auf, aber mehr noch in Merkmalen wie Ornamenten, die verwendet werden, um Partner anzuziehen. Bei Schwalben und Zebrafinken vermehren sich Vögel mit asymmetrischen Ornamenten weniger und ihre Nachkommen haben geringere Überlebensraten. Bei Merkmalen, die sich nicht auf die Fortpflanzung auswirken, wie die Fußgröße bei Eichhörnchen und Mäusen und die Flossengröße bei Forellen, führt die Asymmetrie zu einer erhöhten Anfälligkeit für Raubtiere und einer verringerten Überlebensrate. Genetisch deutet die Asymmetrie auch auf eine verminderte genetische Vielfalt hin, die dazu führt, dass wir nicht in der Lage sind, angemessen auf Stress zu reagieren.

Genetische Verschmutzung tritt auf, wenn sich Wildpopulationen mit genetisch veränderten Organismen vermischen oder von diesen beeinflusst werden. Bei Kulturpflanzen sterben wilde Populationen aus, wenn sie von solchen verdrängt werden, die so modifiziert wurden, dass sie gegen Chemikalien und den Verzehr durch Insekten resistent sind. Auch Insektenarten sterben lokal aus und zeigen höhere Mutationsraten bei der Verfütterung von Pflanzen, die gentechnisch verändert wurden, um Insektizide herzustellen. Dies deutet darauf hin, dass Mutationen und ein verändertes Überleben bei anderen, größeren Pflanzenfressern auftreten können. Bakterien, die auf genetisch veränderten Pflanzen in Indien leben, haben eine erhöhte Resistenz gegen Antibiotika gezeigt, von denen eines in der Region vor allem zur Behandlung von Tuberkulose eingesetzt wird. Mit zunehmender bakterieller Resistenz könnte die Ausbreitung von Krankheiten in der menschlichen Bevölkerung zunehmen. Eine genetische Verunreinigung kann auch durch die Paarung von wilden und modifizierten Organismen auftreten, wodurch Hybriden entstehen. Dies geschah in den Vereinigten Staaten, Indien und ganz Europa mit Pflanzen von Senf über Rübe, Rettich, Raps und mehr, aber die Folgen dieser genetischen Veränderungen für natürliche Populationen sind noch nicht abzusehen.

Einige Tierpopulationen sind anfälliger für die Auswirkungen der Umweltverschmutzung als andere. Eine erhöhte Anfälligkeit zeigt sich in Form häufigerer Erkrankungen und verminderter Reproduktionsraten. Diese Effekte können sich kombinieren und schließlich zum Aussterben lokaler, anfälliger Populationen führen. Bei Mäusen wurde die Anfälligkeit für Ozonverschmutzung mit demselben Chromosom in Verbindung gebracht wie die Anfälligkeit für Schwefelpartikel. Dies deutet auf eine erhöhte Wahrscheinlichkeit eines lokalisierten Aussterbens in anfälligen Populationen hin.

Umweltverschmutzung hat eine Reihe von genetischen Auswirkungen auf die mikrobielle Gemeinschaft verursacht, von Antibiotika- und Antimykotikaresistenz bis hin zu einer zunehmenden mikrobiellen Vielfalt. Erhöhte Mengen an Pharmazeutika in Wassersystemen fordern Mikroben heraus, gegen eine breitere Klasse antimikrobieller Medikamente resistent zu werden. Zum Beispiel E. coli aus Shipyard Creek in South Carolina isoliert, die mit giftigen Metallen und anderen Industrieabfällen verunreinigt war, hat sich als resistent gegen neun verschiedene Klassen von Antibiotika erwiesen. Da sich Mikroben in der Umwelt verändern und möglicherweise virulenter und pathogener werden, ändert sich auch ihre Wirkung auf die Tiere, mit denen sie in Kontakt kommen.