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Since the start of the industrial revolution, CO2 emissions have dramatically increased and provoked unusual warming of the Earth (Summerhayes and Zalasiewicz 2018). The Baltic Sea coast, for instance, experiences warming of surface water approximately three times faster than the global average (Reusch et al. 2018). When combined with recurring heatwaves, such temperature regimes may reach unbearable levels for the organisms that inhabit them (Takolander et al. 2017). Ectotherms are particularly vulnerable to global warming because their physiological rates are at the whim of the surrounding water temperature (Somero 2002, Paaijmans et al. 2013). Although the thermal limits and performance of many aquatic ectotherms have been described (Sunday et al. 2012, Wahl et al. 2019), parasites are often neglected in such assessments. Understanding the fate of parasites in the face of global warming is critical, given their ubiquity and the essential roles they play in nature. These roles include modulating population and community structures, food webs, ecosystem energetics, and ecotoxicological dynamics (Bauer et al. 2000, Dunn and Smith 2001, Wood et al. 2007, Benesh et al. 2008, Hechinger et al. 2008, Kuris et al. 2008, Dunne et al. 2013, Nachev et al. 2013, Sures et al. 2017a, Vivas Muñoz et al. 2021). Trematode parasites are particularly vulnerable to global warming due to their complex life cycle, which includes at least one ectotherm as a host (Galaktionov and Dobrovolskij 2003). These hosts include important grazers in marine ecosystems, such as the gastropod Littorina littorea and the amphipod Gammarus locusta as first and second intermediate hosts, respectively. The survival and feeding rates of these grazers can be affected by temperature and parasitism (Larsen and Mouritsen 2009). Hence, temperature and parasitism combined could have indirect consequences for competing algae, such as the Baltic native Fucus vesiculosus and the invasive alga Gracilaria vermiculophylla. Since algae and their associated organisms are essential for the healthy functioning of marine benthic communities, parasitism should be regarded as an important modulator of the effects of global warming on food webs. Within three chapters, this thesis aimed to understand the effect of warming on trematode parasites and the combined effect of warming and parasitism on the survival, feeding, and biochemical condition of their ectothermic hosts (i.e., second intermediate hosts). To fulfill this aim, two species of trematodes, Himasthla elongata and Podocotyle atomon, and their intermediate hosts from the Baltic Sea were used as study subjects. In Chapter I, the thermal profile of H. elongata parasitizing widespread and ecologically relevant ectotherms (i.e., L. littorea and Mytilus edulis) was evaluated. The results from this chapter suggest that trematode infection made the gastropod more vulnerable to temperatures corresponding to warm summer events in the area (i.e., 22 °C). The optimal temperature for cercarial emergence (i.e., the emergence of infective freeliving larval stages) and infectivity was 22 °C. However, this temperature induced a shorter cercarial survival time and a shorter window for successful mussel infection. After accounting for the temperature-specific gastropod and cercariae survival, we derived that warming negatively impacts trematode transmission to the bivalve host. The results imply that gastropod and cercariae mortality will limit the ability of trematodes to thrive in a warming ocean as a trade-off for the increased emergence and infectivity. In Chapter II, the role of H. elongata on the physiological response of its first intermediate host (i.e., L. littorea) to temperature and its potential relevance in modulating the competition between a native and an invasive alga (i.e., F. vesiculosus and G. vermiculophylla, respectively) to the Baltic Sea was evaluated. In the gastropod, trematode infection increased feces production (i.e., as a proxy for grazing), decreased glycogen concentrations, and increased lipid concentrations. Warming significantly affected glycogen and lipid concentrations, with glycogen peaking at 16 °C and lipids peaking at 22 °C. Infected snails fed more than uninfected snails, while L. littorea fed more on the invasive algae than the native one, indicating parasitism as an important indirect modulator of the interaction between these algae. The changes in the gastropod's biochemical condition indicate that thermal stress caused the mobilization of energy reserves, implying that compensatory metabolism may have begun. Finally, the decrease in glycogen in infected snails compared to uninfected snails may make them more susceptible to thermal stress. Lastly, in Chapter III, the physiological implications of P. atomon infection on the thermal response of its second intermediate host G. locusta were examined. The survival of gammarids was not significantly affected by trematode infection. Although the difference was statistically insignificant, infected gammarids shred more in colder temperatures than uninfected gammarids. Phenoloxidase activity increased at the lowest and higher temperatures (16 and 18 °C), especially in uninfected females at 18 °C. Catalase activity increased at warmer temperatures for infected males and uninfected females. An increase in the activity of this enzyme at colder temperatures occurred only for infected females. Infection decreased lipid content in gammarids by 14%. Infected males had significantly less glycogen than uninfected, while infected females showed the opposite trend. Results highlight the relevance of parasites and host sex in organismal homeostasis upon thermal stress and provide valuable insights into the stability of the population of a widespread amphipod upon rising temperatures. The results obtained in these studies clearly highlight the importance of considering the host’s performance when attempting to understand the fate of trematodes in a warming sea. The first intermediate host was more sensitive to infection in terms of survival and feeding than the second intermediate host. Accordingly, among trematode larval stages, rediae are expected to have a higher virulence than metacercariae (Galaktionov and Dobrovolskij 2003). Rediae are found in the first intermediate host and actively feed on the host’s tissue, while metacercariae, found mainly in the second intermediate hosts, are semi-dormant stages with reduced need for resource consumption (Galaktionov and Dobrovolskij 2003). Moreover, the infection intensity of metacercariae in gammarids (77% of the infections harboring 1-2 cysts per host) is much lower than H. elongata redial infections, which generally cover and replace the whole gonadal tissue of the gastropod. In conclusion, evidence is still insufficient to draw generalizations about the fate of parasites in a warming sea due to the diversity of parasites and hosts. It could be argued that the emergence and infectivity of active-swimming cercariae, such as those of H. elongata, are enhanced under warm conditions. However, the increased pathology on the first intermediate host and the heat-induced acceleration of cercarial mortality impede trematodes from thriving in a warming ocean. Moreover, trematodes not only cause the death of their gastropod host under thermal stress, but they also alter the hosts’ energy reserves, thereby jeopardizing the ability of ectotherms to compensate metabolically under thermal stress. As trematodes affect the biochemical state of the host, they also induce the gastropod to consume more food to compensate for the energy the parasite has hijacked. This can imply ecological consequences because the trematode may interfere with the gastropod's ability to modulate the interaction between native and invasive algae species. In the literature, however, the direction of the effect on the feeding behavior of the host is inconsistent, suggesting that results are context-dependent; thus, additional research is required in this area. Podocotyle atomon did not significantly affect the thermal performance of the host in terms of survival and feeding behavior, but it did affect the amphipod's biochemical response to temperature. Although some studies suggest that metacercarial infections in amphipods are highly virulent, the published research has focused on a limited number of populations and parasite-host combinations. Hence, it is essential to conduct additional research on the effect of trematodes on the performance of amphipod hosts, considering various ecoregions and host-parasite systems. The chapters of this dissertation contribute to the general understanding of the effects of global change on host-parasite dynamics. As shown in the preceding chapters, parasites can influence the response of individuals (i.e., hosts) to global warming by benefiting some and harming others. To avoid making incorrect assumptions about the magnitude and direction of global warming effects on coastal systems, parasites must be considered when forecasting these effects., Seit Beginn der industriellen Revolution haben die CO2-Emissionen dramatisch zugenommen und eine ungewöhnlich schnelle Erwärmung der Erde hervorgerufen (Summerhayes und Zalasiewicz, 2018). An der Ostseeküste zum Beispiel erwärmt sich das Oberflächenwasser etwa dreimal schneller als im globalen Durchschnitt (Reusch et al., 2018). In Kombination mit wiederkehrenden Hitzewellen können solche Temperaturregime für die Organismen, die sie bewohnen, unerträgliche Werte erreichen (Takolander et al., 2017). Ektotherme Organismen sind besonders anfällig für globale Erwärmung, da ihr Stoffwechsel von der Temperatur des umgebenden Wassers abhängt (Somero, 2002; Paaijmans et al., 2013). Obwohl die thermische Leistung vieler aquatischer Ektothermen bereits beschrieben wurde (Sunday et al., 2012; Wahl et al., 2019), werden Parasiten bei solchen Bewertungen oft vernachlässigt. Angesichts ihres ubiquitären Vorkommens und ihrer wichtigen Rollen und Funktionen in Ökosystemen ist ein Verständnis des Schicksals von Parasiten angesichts der globalen Erwärmung von entscheidender Bedeutung. Zu diesen Funktionen gehört die Regulation von Populations- und Gemeinschaftsstrukturen, Nahrungsnetzen, Energieflüssen in Ökosystemen und ökotoxikologischer Dynamiken (Bauer et al. 2000, Dunn and Smith 2001, Wood et al. 2007, Benesh et al. 2008, Hechinger et al. 2008, Kuris et al. 2008, Dunne et al. 2013, Nachev et al. 2013, Sures et al. 2017, Vivas Muñoz et al. 2021). Trematoden sind aufgrund ihres komplexen Lebenszyklus, der mindestens einen Ektothermen als Wirt umfasst, besonders anfällig für die Folgen der globalen Erwärmung (Galaktionov und Dobrovolskij, 2003). Zu den ektothermen Wirten gehören wichtige Weidegänger in marinen Systemen, wie die Schnecke Littorina littorea (als erster Zwischenwirt) und der Amphipode Gammarus locusta (als zweiter Zwischenwirt). In Anbetracht der Tatsache, dass sowohl Parasitismus als auch Temperatur die Überlebens- und Fraßraten von Weidegängern beeinflussen können (Larsen und Mouritsen, 2009), könnten Parasitismus und Temperatur in Kombination indirekte Folgen für konkurrierende Algen, wie die in der Ostsee heimische Fucus vesiculosus und die invasive Alge Gracilaria vermiculophylla haben. Daher ist es wichtig, den Parasitismus als einen bedeutenden Modulator der Auswirkungen der globalen Erwärmung sowohl für die Wirte als auch für andere Arten zu betrachten, die durch Nahrungsnetze miteinander verbunden sind (wie z. B. Algen) und die für das gesunde Funktionieren mariner benthischer Gemeinschaften von wesentlicher Bedeutung sind. In den drei Kapiteln dieser Dissertation wurden daher die Auswirkungen der Erwärmung auf Trematoden sowie die kombinierten Auswirkungen von Erwärmung und Parasitismus auf das Überleben, die Ernährung und den biochemischen Zustand ihrer ektothermen Wirte (d. h. der zweiten Zwischenwirte) untersucht. Dazu wurden die zwei Trematodenarten Himasthla elongata und Podocotyle atomon und ihre Zwischenwirte aus der Ostsee als Studienobjekte verwendet. In Kapitel I wurde das thermische Profil des Trematoden H. elongata, der weit verbreitete und ökologisch relevante ektotherme Oraganismen (d. h. L. littorea und Mytilus edulis) parasitiert, bewertet. Die Ergebnisse dieses Kapitels deuten darauf hin, dass eine Trematodeninfektion die Schnecke anfälliger für Temperaturen macht, die den warmen Sommern in dem Gebiet entsprechen (d. h. 22 °C). Die optimale Temperatur für das Ausscheiden der Zerkarien und die Infektiosität lag bei 22 °C, während bei dieser Temperatur eine kürzere Überlebenszeit der Zerkarien und ein kürzeres Zeitfenster für eine erfolgreiche Infektion der Muscheln festgestellt wurde. Unter Berücksichtigung der temperaturspezifischen Überlebensrate der Schnecken sowie der Ausscheidung und Infektiosität der Zerkarien ergaben sich insgesamt negative Auswirkungen der Erwärmung für die Übertragung von Trematoden auf den Muschelwirt. In Anbetracht des Szenarios eines sich erwärmenden Ozeans legen die Ergebnisse nahe, dass die Sterblichkeitsrate der Gastropoden und Zerkarien sowie die Infektiosität der Trematoden, als Gegenleistung für erhöhte Ausscheidungsraten, einschränken wird. In Kapitel II wurde die Rolle des Trematoden H. elongata bei der physiologischen Reaktion seines ersten Zwischenwirts (L. littorea) auf Temperaturveränderungen und seine potenzielle Bedeutung bei der Regulierung der Konkurrenz zwischen einer einheimischen und einer invasiven Alge (F. vesiculosus bzw. G. vermiculophylla) in der Ostsee untersucht. Bei den Gastropoden führte die Trematodeninfektion zu einer erhöhten Kotproduktion (stellvertretend für die Fraßrate), zu einem Rückgang der Glykogenkonzentration und zu einer Erhöhung der Lipidkonzentration. Die Erwärmung wirkte sich erheblich auf die Glykogen- und Lipidkonzentrationen aus, wobei die Glykogenkonzentration bei 16 °C und die Lipidkonzentration bei 22 °C ihren Höhepunkt erreichte. Infizierte Schnecken fraßen mehr als nicht infizierte Schnecken, während L. littorea sich mehr von der invasiven als von der einheimischen Alge ernährte, was auf Parasitismus als wichtigen indirekten Modulator der Interaktion zwischen diesen Algen hinweist. Die Veränderungen des biochemischen Zustands der Schnecke deuten darauf hin, dass der thermische Stress die Mobilisierung von Energiereserven verursacht, was möglicherweise auf das Einsetzen des kompensatorischen Stoffwechsels hindeuten könnte. Schlussendlich könnte der Rückgang des Glykogens in infizierten Schnecken im Vergleich zu nicht infizierten Schnecken sie anfälliger für thermischen Stress machen. In Kapitel III wurden die physiologischen Auswirkungen einer Infektion mit P. atomon auf die Reaktion seines zweiten Zwischenwirts, G. locusta, auf verschiedene Temperaturregime untersucht. Das Überleben der Gammariden wurde durch die Trematodeninfektion nicht signifikant beeinträchtigt. Obwohl der Unterschied statistisch unbedeutend war, fraßen infizierte Gammariden bei kälteren Temperaturen mehr als nicht infizierte Gammariden. Die Phenoloxidase-Aktivität nahm bei den niedrigsten und höchsten Temperaturen (16 und 18 °C) zu, insbesondere bei nicht infizierten Weibchen bei 18 °C. Die Katalaseaktivität nahm bei höheren Temperaturen bei infizierten Männchen und nicht infizierten Weibchen zu, wohingegen ein Anstieg der Aktivität dieses Enzyms bei niedrigen Temperaturen nur bei den infizierten Weibchen auftrat. Die Infektion verringerte den Lipidgehalt der Gammariden um 14%, wobei infizierte Männchen deutlich weniger Glykogen aufwiesen als nicht infizierte, während bei den infizierten Weibchen der umgekehrte Trend zu beobachten war. Die Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Parasiten und Wirtsgeschlecht für die Homöostase des Organismus bei thermischem Stress und liefern nützliche Erkenntnisse über die Stabilität des Organismus eines weit verbreiteten Amphipoden in einem sich erwärmenden Meer. Die Ergebnisse dieser Studien machen deutlich, wie wichtig es ist, den Beitrag des Wirts zu berücksichtigen, wenn man versucht, das Schicksal von Trematoden in einem sich erwärmenden Meer zu verstehen. Der erste Zwischenwirt war in Bezug auf Überleben und Nahrungsaufnahme empfindlicher gegenüber einer Infektion als der zweite Zwischenwirt. Dies entspricht den Erwartungen, da man davon ausgeht, dass Redien eine höhere Virulenz aufweisen als Metazerkarien (Galaktionov und Dobrovolskij, 2003). Redien ernähren sich aktiv vom Gewebe des Wirts, wohingegen Metazerkarien halbruhende Stadien sind und entsprechend weniger Ressourcen des Wirts verbrauchen als Redien (Galaktionov und Dobrovolskij, 2003). Darüber hinaus ist die Infektionsintensität von Metazerkarien bei Gammariden (77% der Infektionen mit 1-2 Zysten pro Wirt) viel geringer als bei Redieninfektionen von H. elongata, die normalerweise das gesamte Gonadengewebe der Gastropoden sukzessive ersetzen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Erkenntnisse noch nicht ausreichen, um aufgrund der Vielfältigkeit der Parasiten und Wirte eine allgemeine Schlussfolgerung über das Schicksal der Parasiten in einem sich erwärmenden Meer zu ziehen. Es könnte jedoch argumentiert werden, dass das Auftreten und die Infektiosität von aktiv schwimmenden Zerkarien, wie die von H. elongata, unter warmen Bedingungen verstärkt werden. Die erhöhte Pathologie des ersten Zwischenwirts und die hitzebedingte Beschleunigung der Zerkariensterblichkeit verhindern jedoch, dass Trematoden in einem sich erwärmenden Ozean übermäßig gedeihen. Darüber hinaus erhöhen Trematodeninfektionen unter Wärmestress nicht nur die Sterblichkeit ihrer Gastropoden-Wirte, sondern verändern auch die Energiereserven des Wirts und gefährden damit die Fähigkeit der Ektothermen, diesen thermischen Stress metabolisch auszugleichen. Da Trematoden den biochemischen Zustand des Wirts verändern, veranlassen sie die Schnecke ebenfalls dazu, mehr Nahrung zu sich zu nehmen, um die vom Parasiten verwendete Energie zu kompensieren. Dies kann ökologische Folgen haben, da durch die Trematodeninfektion die Fähigkeit der Schnecke beeinträchtigen werden kann, die Interaktion zwischen einheimischen und invasiven Algenarten zu regulieren. In der Literatur ist die Richtung der Auswirkung auf das Fressverhalten des Wirts jedoch uneinheitlich, was darauf hindeutet, dass die Ergebnisse kontextabhängig sind; daher sind weitere Forschungen in diesem Bereich erforderlich. Eine Infektion mit P. atomon hatte keinen signifikanten Einfluss auf die thermische Leistung des Wirts in Bezug auf Überleben und Fressverhalten, aber es beeinflusste die biochemische Reaktion des Amphipoden auf Temperaturveränderungen. Obwohl einige Studien darauf hindeuten, dass Metazerkarien bei Amphipoden hochgradig virulent sind, haben sich die veröffentlichten Untersuchungen auf eine begrenzte Anzahl von Populationen und Parasit-Wirt-Kombinationen konzentriert. Daher ist es unerlässlich, die Auswirkungen von Trematoden auf die Performanz von Amphipodenwirten unter Berücksichtigung verschiedener Ökoregionen und Wirt-Parasit-Systeme weiter zu erforschen. Diese Dissertation ist daher ein Beitrag zum allgemeinen Verständnis der Auswirkungen des globalen Wandels auf die Wirts-Parasiten-Dynamik. Wie in den drei Kapiteln dieser Arbeit im Detail gezeigt wird, können Parasiten die Reaktion von Individuen (d. h. von Wirten) auf den globalen Wandel auf komplexe Art und Weise beeinflussen, indem sie beispielsweise manchen Organismen nützen und anderen schaden. Um falsche Annahmen über das Ausmaß und die Richtung der Auswirkungen der globalen Erwärmung auf marine Küstensysteme zu vermeiden, müssen Parasiten zukünftig bei der Vorhersage dieser Auswirkungen berücksichtigt werden.

Biodiversity is declining worldwide at a rapid pace. Despite the alarming rate of biodiversity loss, the predictions made to date are probably still rather conservative, as a large proportion of the species on our planet have not yet been officially described (Singh 2002; Poulin and Morand 2004; Barnosky et al. 2011; Mora et al. 2011; Engel et al. 2021). Despite conservative estimates, a multitude of studies predict that the rate of biodiversity loss will accelerate in the future, exacerbated by anthropogenic impact (e.g., De Vos et al. 2017; Diaz et al. 2019; Andermann 2020; Bradshaw et al. 2021). Human activities have altered large areas of our planet (Sanderson et al. 2002; Halpern et al. 2008; Birk et al. 2020), with freshwater habitats being particularly affected by degradation and species loss (Birk et al. 2020; Tickner et al. 2020). Changes in water usage, distribution, and flow, combined with changes in climate and land-use, and a rapid human population increase, have detrimental consequences for biodiversity and ecosystem services (Elmhagen et al. 2015; Albert, 2021). Although the threat to our planet from the loss of biodiversity and intact ecosystems rivals that from climate change, it remains difficult to find a common approach to the protection of ecosystems, plants and animals that will effectively address the biodiversity crisis in the long term. Besides our moral duty to care for the well-being of all organisms living on this planet, there are several reason why biodiversity conservation, including that of parasites, is critical (Poulin and Morand 2004). Parasites, like other organisms, are part of the ecosystem and fulfill important roles, for instance, modulating ecological speciation (Karvonen and Seehausen 2012; Betts et al. 2018) acting as ecosystem engineers (Thomas et al. 1999), regulating host populations (Hudson et al. 2006; Lefèvre et al. 2009; Frainer et al. 2018), and altering predator-prey dynamics (Lafferty and Morris 1996; Mouritsen and Poulin 2002). Although, parasitism is regarded as one of the most successful and ubiquitous life forms (Dobson et al. 2008; Poulin 2014; Carlson et al. 2019), our understanding of parasites and their critical roles in ecosystems is still very limited, particularly for those having complex life cycle, such as digenean trematodes. Digenean trematodes belong to one of the most diverse and widespread groups of metazoan parasites on the planet (Esch et al. 2002). Due to their complex life cycles, involving mostly two or three hosts, including snails, digenean trematodes may be particularly suitable as bioindicators to assess changes in environmental conditions and ecosystem functioning (Vidal-Martnez et al. 2010; Shea et al. 2012; Sures et al. 2017b). However, knowledge about their distribution, life cycle, and taxonomic relationships is relatively incomplete (Poulin and Morand 2004; Poulin 2014; Sures et al. 2017a; Jorge and Poulin 2018). Given the significance of parasites in ecosystems and the current gap of knowledge relative to their diversity and ecology, we are unable to fully understand and consequently preserve ecosystems effectively. Moreover, in view of enhanced biodiversity loss, a lack of these fundamental information may also imply that many parasite species may become extinct before even being detected. Thus, the knowledge of their role in the ecosystem may be lost forever. The aim of this thesis is to explore the yet unknown trematode diversity in European freshwater ecosystems at the species, host, and ecosystem levels. Hence aquatic molluscs, the first intermediate host of trematodes, were collected in 2016, 2017, and 2019 at several sampling sites in three German rivers: the Ruhr, the Lippe, and the Rhine. Among the snails collected were representatives of 20 different species from eight families, of which members of the families Lymnaeidae and Planorbidae were the most abundant. Additionally, 15 European minnows (Phoxinus phoxinus) from the river Ruhr were examined for infections with metacercariae. Trematode stages were identified by morphological characteristics and, when necessary and appropriate, by molecular methods. The individual studies of this thesis reveal exceptional and novel insights into parasite diversity at different levels. At the species level Diplostomum phoxini was characterised morphologically and molecularly using cercariae isolates from the gastropod Ampullaceana balthica and metacercariae from P. phoxinus. Phylogenetic analyses targeting the cytochrome c oxidase subunit 1 (cox1) gene yielded 44 molecularly characterised species and genetically distinct lineages of Diplostomum and resulted in a re-identification/re-classification of 98 isolates, a redefinition of the composition of the D. baeri and D. mergi species complexes, and an actualised nomenclature for the molecularly characterised species/lineages of Diplostomum (Schwelm et al. 2021a; Chapter I). In Chapter II, the trematode diversity at the level of the first intermediate host was investigated. For this purpose, Bithynia tentaculata, a member of the family Bithynidae, for which little information is available on its trematode communities despite its wide distribution in European freshwater systems, was specifically studied. Overall, B. tentaculata showed a high trematode prevalence and molecular and morphological data analysis revealed a species-rich trematode fauna comprising 20 species belonging to 10 families demonstrating a unique species composition when compared to well-studied snail host families, such as Lymnaeidae and Planorbidae (Schwelm et al. 2020; Chapter II). In Chapter III, a protected natural freshwater system was investigated to assess the trematode diversity on the ecosystem level. In view of the ongoing destruction of habitats and the biodiversity crisis, protected areas are important refuges for wildlife and thus also for parasites that use those organisms as hosts. In total, fifteen snail species were studied, which revealed a high trematode species richness of 40 species, with a substantial proportion of species with complex life cycles (Schwelm et al. 2021b; Chapter III). In this work, essential aspects, such as the importance of taxonomic resolution, reconstruction of life-cycles and the important role of parasites in food webs and ecosystem health were discussed. Taxonomic resolution is a cornerstone for reliable estimates of parasite diversity, extinction rates, life cycle reconstruction and food web assessment. Within this thesis, it could be demonstrated that the application of molecular methods can contribute significantly to the clarification of species relationships. Although, no cryptic diversity could be detected within this study, two species complexes could be redefined, numerous isolates could be reclassified, and isolates of the cercariae of A. balthica and metacercariae of P. phoxinus were matched, thus underlining the host specificity of the parasite for its second intermediate fish host. The study of the previously neglected host B. tentaculata revealed a unique trematode community compared to well studied snail host families. In total, 20 species could be identified, some of which could only be determined at genus or family level due to a lack of identification literature and comparative isolates from GenBank. This highlights the importance of collecting molecular reference material anchored in reliably determined and detailed morphological descriptions. The reconstruction of life cycles, which can provide valuable insights into trophic interactions and local free-living diversity (Hechinger et al. 2007; Byers et al. 2010; Shea et al. 2012), also relies on reliable identified species. Based on the identified parasites, statements could be made about trophic relationships and the presence of free-living organisms in the habitat studied, e.g., bats and herons. On the other hand, parasites have also been detected whose life cycle we still know too little about which shows the patchy and heterogeneous data situation on parasites and their life cycles (Poulin and Morand 2004; Kudlai et al. 2015; Sures et al. 2017a). Parasites play crucial roles in the ecosystem equilibrium, for example by contributing to diversity, influencing host population density and predator prey interactions. In this thesis, the brain dwelling metacercariae D. phoxini was studied, which is known for altering the flight behaviour of its host and therefore, most likely influencing interaction strength between its intermediate fish host and its potential final host. Whilst the characteristics of digenean trematodes discussed in this dissertation allow for a detailed and comprehensive analysis of these parasites at all levels of diversity, hurdles and knowledge gaps have also been identified that impede the use of parasites in biodiversity assessments and prevent their great potential as bioindicators from being fully realised. To be able to benefit from this opportunity in the future, it would be advisable to focus on collecting life cycle data based on reliably molecularly and morphologically determined specimens, which are collected and made available in large-scale databases. In conclusion, this work has shown that trematodes contribute in multiple ways to biodiversity, energy flow and the structure of the ecosystems in which they occur. The impending loss of biodiversity will not only result in a significant decline of charismatic megafauna diversity, but it will also eradicate their parasites, impacting undiscovered essential and functional components of the ecosystem. Although our findings are merely glimpses, they open the door to further developments in parasite taxonomy and ecological parasitology, as well as prompting a rethinking of methodological approaches and conservation regimes. Despite the fact that we still have a long way to go before we obtain a more holistic view of their great diversity and functional roles in ecosystems, we should aim to include parasites in our conception of biodiversity. Consequently, the current thesis provides the base for an important step towards including parasites in ecosystem studies and biodiversity conservation efforts. We will only be able to successfully and sustainably protect an ecosystem if we fully comprehend the underlying functions of all its members., Die biologische Vielfalt nimmt weltweit in rasantem Tempo ab. Trotz der alarmierenden Verlustrate sind die bisherigen Prognosen wahrscheinlich noch recht konservativ, da ein großer Teil der Arten auf unserem Planeten noch nicht offiziell beschrieben wurde (Singh 2002; Poulin und Morand 2004; Barnosky et al. 2011; Mora et al. 2011; Engel et al. 2021). Trotz vorsichtiger Schätzungen sagen zahlreiche Studien voraus, dass sich der Verlust der biologischen Vielfalt in Zukunft beschleunigen wird, verstärkt durch anthropogene Aktivitäten (z. B. De Vos et al. 2017; Diaz et al. 2019; Andermann 2020; Bradshaw et al. 2021). Menschliche Aktivitäten haben große Gebiete unseres Planeten verändert (Sanderson et al. 2002, Halpern et al. 2008, Birk et al. 2020), wobei Süßwasserlebensräume besonders von Degradation und Artenverlust betroffen sind (Birk et al. 2020; Tickner et al. 2020). Veränderungen in der Wassernutzung, -verteilung und -strömung haben in Verbindung mit Klima- und Landnutzungsänderungen und einem raschen Anstieg der menschlichen Bevölkerung nachteilige Folgen für die biologische Vielfalt und die Ökosystemleistungen (Elmhagen et al. 2015; Albert, 2021). Obwohl die Bedrohung unseres Planeten durch den Verlust der biologischen Vielfalt und intakter Ökosysteme derjenigen durch den Klimawandel in nichts nachsteht, ist es nach wie vor schwierig, einen gemeinsamen Ansatz für den Schutz von Ökosystemen, Pflanzen und Tieren zu finden, mit dem die Biodiversitätskrise auf lange Sicht wirksam angegangen werden kann. Neben unserer moralischen Pflicht, für das Wohlergehen aller auf diesem Planeten lebenden Organismen zu sorgen, gibt es mehrere Gründe, warum die Erhaltung der biologischen Vielfalt, einschließlich der von Parasiten, entscheidend ist (Poulin und Morand 2004). Parasiten sind, wie andere Organismen auch, Teil des Ökosystems und erfüllen wichtige Aufgaben, wie z. B. die Einflussnahme auf die ökologische Artbildung (Karvonen und Seehausen 2012; Betts et al. 2018), die Funktion eines Ökosystemingenieurs (Thomas et al. 1999), die Regulierung von Wirtspopulationen (Hudson et al. 2006; Lefèvre et al. 2009; Frainer et al. 2018) und die Veränderung von Räuber-Beute-Dynamiken (Lafferty und Morris 1996; Mouritsen und Poulin 2002). Obwohl Parasitismus als eine der erfolgreichsten und allgegenwärtigsten Lebensformen gilt (Dobson et al. 2008; Poulin 2014; Carlson et al. 2019), ist unser Verständnis von Parasiten und ihrer entscheidenden Rolle in Ökosystemen immer noch sehr begrenzt, insbesondere bei Parasiten mit komplexem Lebenszyklus, wie z. B. digenenen Trematoden. Digene Trematoden gehören zu einer der vielfältigsten und am weitesten verbreiteten Gruppen metazoischer Parasiten auf dem Planeten (Esch et al. 2002). Aufgrund ihrer komplexen Lebenszyklen, an denen meist zwei oder drei Wirte, einschließlich Schnecken, beteiligt sind, eignen sich digene Trematoden besonders gut als Bioindikatoren zur Bewertung von Veränderungen der Umweltbedingungen und der Funktionsweise von Ökosystemen (Vidal-Martnez et al. 2010; Shea et al. 2012; Sures et al. 2017b). Das Wissen über ihre Verbreitung, ihren Lebenszyklus und ihre taxonomischen Beziehungen ist jedoch relativ unvollständig (Poulin und Morand 2004; Poulin 2014; Sures et al. 2017a; Jorge und Poulin 2018). Angesichts der Bedeutung von Parasiten in Ökosystemen und der derzeitigen Wissenslücke in Bezug auf ihre Vielfalt und Ökologie sind wir nicht in der Lage, Ökosysteme vollständig zu verstehen und folglich langfristig effektiv zu erhalten. In Anbetracht des zunehmenden Verlusts an biologischer Vielfalt kann ein Mangel an diesen grundlegenden Informationen auch bedeuten, dass viele Parasitenarten aussterben, bevor sie überhaupt entdeckt werden. Damit könnte das Wissen über ihre Rolle im Ökosystem für immer verloren gehen. Ziel dieser Arbeit ist es, die bisher unbekannte Trematodenvielfalt in europäischen Süßwasserökosystemen auf der Ebene der Arten, der Wirte und des Ökosystems zu erforschen. Dazu wurden in den Jahren 2016, 2017 und 2019 aquatische Schnecken, die Zwischenwirte der Trematoden, an mehreren Probenahmestellen in den Flüssen Ruhr, Lippe und Rhein gesammelt. Bei den gesammelten Schnecken handelte es sich um Vertreter von 20 verschiedenen Arten aus acht Familien, von denen Mitglieder der Familien Lymnaeidae und Planorbidae am häufigsten vorkamen. Zusätzlich wurden 15 Elritzen (Phoxinus phoxinus) aus der Ruhr auf Infektionen mit Metazerkarien untersucht. Die Trematodenstadien wurden anhand morphologischer Merkmale und, wenn nötig und sinnvoll, mit molekularen Methoden identifiziert. Die einzelnen Studien dieser Arbeit zeigen außergewöhnliche und neue Einblicke in die Parasitendiversität auf verschiedenen Ebenen. Auf Artniveau wurde Diplostomum phoxini morphologisch und molekularbiologisch charakterisiert, indem Zerkarienisolate aus der Schnecke Ampullaceana balthica und Metazerkarien aus der Elritze P. phoxinus verwendet wurden. Phylogenetische Analysen, die auf das Cytochrom c-Oxidase Untereinheit 1 (cox1) Gen abzielten, ergaben 44 molekular charakterisierte Arten und genetisch unterschiedliche Linien von Diplostomum und führten zu einer Re-Identifizierung/Reklassifizierung von 98 Isolaten, einer Neudefinition der Zusammensetzung der D. baeri und D. mergi Artenkomplexe und einer aktualisierten Nomenklatur für die molekular charakterisierten Arten/Linien von Diplostomum (Schwelm et al. 2021a; Kapitel I). In Kapitel II wurde die Trematodenvielfalt auf der Ebene des ersten Zwischenwirts untersucht. Zu diesem Zweck wurde gezielt Bithynia tentaculata, ein Vertreter der Familie Bithynidae, untersucht, über den trotz seiner weiten Verbreitung in europäischen Süßwassersystemen nur wenige Informationen über seine Trematodengemeinschaften vorliegen. Insgesamt zeigte B. tentaculata eine hohe Trematodenprävalenz, und die molekulare und morphologische Datenanalyse ergab eine artenreiche Trematodenfauna bestehend aus 20 Arten (10 Familien), welche eine einzigartige Artenzusammensetzung im Vergleich zu gut untersuchten Schneckenwirtsfamilien, wie Lymnaeidae und Planorbidae, aufweisen (Schwelm et al. 2020; Kapitel II). In Kapitel III wurde ein geschütztes natürliches Süßwassersystem untersucht, um die Trematodenvielfalt auf der Ebene des Ökosystems zu bewerten. Angesichts der fortschreitenden Zerstörung von Lebensräumen und der Krise der biologischen Vielfalt sind Schutzgebiete wichtige Rückzugsgebiete für Wildtiere und damit auch für Parasiten, die diese Organismen als Wirte nutzen. Insgesamt wurden fünfzehn Schneckenarten untersucht und ein hoher Trematoden-Artenreichtum von 40 Arten festgestellt, mit einem hohen Anteil an Arten mit komplexen Lebenszyklen (Schwelm et al. 2021b; Kapitel III). In dieser Arbeit werden wesentliche Aspekte, wie die Bedeutung der taxonomischen Auflösung, die Rekonstruktion von Lebenszyklen und die wichtige Rolle von Parasiten in Nahrungsnetzen und der Gesundheit von Ökosystemen erörtert. Die taxonomische Auflösung ist ein Grudstein für zuverlässige Schätzungen der Parasitenvielfalt, der Aussterberaten, der Rekonstruktion von Lebenszyklen und der Bewertung von Nahrungsnetzen. Im Rahmen dieser Arbeit konnten gezeigt werden, dass die Anwendung molekularer Methoden wesentlich zur Klärung von Artbeziehungen beitragen kann. Obwohl wir im Rahmen unserer Studie keine kryptische Diversität nachweisen konnten, gelang es, auf der Grundlage der durchgeführten Analysen zwei Artenkomplexe neu zu definieren, zahlreiche Isolate neu zu klassifizieren und Isolate der Zerkarien von A. balthica und Metacercarien von P. phoxinus einander zu zuordnen, was die Wirtsspezifität des Parasiten für seinen zweiten Fischzwischenwirt unterstreicht. Die Untersuchung des bisher vernachlässigten Wirts B. tentaculata ergab eine einzigartige Trematodengemeinschaft im Vergleich zu gut untersuchten Wirtsfamilien, wie den Lymnaeidae und Planorbidae. Insgesamt wurden 20 Arten, von denen einige aufgrund fehlender Bestimmungsliteratur und vergleichbarer Isolate aus GenBank nur auf Gattungs- oder Familienebene bestimmt werden konnten, identifiziert. Dies verdeutlicht, wie wichtig es ist, molekulares Referenzmaterial zu sammeln, das sich auf verlässliche und detaillierte morphologische Beschreibungen stützt. Die Rekonstruktion von Lebenszyklen, die wertvolle Einblicke in trophische Interaktionen und die lokale freilebende Vielfalt liefern kann (Hechinger et al. 2007; Byers et al. 2010; Shea et al. 2012), hängt ebenfalls von zuverlässig identifizierten Arten ab. Anhand der identifizierten Parasiten konnten Aussagen über trophische Beziehungen und das Vorhandensein freilebender Organismen im untersuchten Habitat, z. B. Fledermäuse und Reiher, getroffen werden. Andererseits wurden auch Parasiten gefunden, über deren Lebenszyklus man noch zu wenig weiß, was die lückenhafte und heterogene Datenlage zu Parasiten und ihren Lebenszyklen unterstreicht (Poulin und Morand 2004; Kudlai et al. 2015; Sures et al. 2017a). Parasiten spielen eine entscheidende Rolle im Gleichgewicht des Ökosystems, indem sie beispielsweise zur Diversität beitragen, die Wirtspopulationsdichte und die Räuber-Beute-Interaktionen beeinflussen. In dieser Arbeit untersuchten wir die hirnparasitierenden Metazerkarien von D. phoxini, über die man weiß, dass sie das Fluchtverhalten ihres Wirts verändern und damit höchstwahrscheinlich die Interaktionsstärke zwischen ihrem Fischzwischenwirt und ihrem potenziellen Endwirt beeinflussen. Obwohl die in dieser Dissertation erörterten Charakteristika von digenen Trematoden eine detaillierte und umfassende Analyse dieser auf allen Diversitätsebenen ermöglichen, wurden auch Hürden und Wissenslücken festgestellt, die den Einsatz von Parasiten bei der Bewertung der biologischen Vielfalt erschweren und verhindern, dass ihr großes Potenzial als Bioindikatoren voll ausgeschöpft werden kann. Um diese Möglichkeit in Zukunft besser nutzen zu können, wäre es ratsam, sich auf die Erhebung von Lebenszyklusdaten zu konzentrieren, die auf zuverlässig molekular und morphologisch bestimmten Exemplaren basieren, die gesammelt und in groß angelegten Datenbanken verfügbar gemacht werden. Insgesamt konnten in dieser Doktorarbeit gezeigt werden, dass Trematoden in mehrfacher Hinsicht zur Artenvielfalt, zum Energiefluss und zur Struktur der Ökosysteme, in denen sie vorkommen, beitragen. Der drohende Verlust der Artenvielfalt wird nicht nur zu einem erheblichen Rückgang der Vielfalt charismatischer Megafauna führen, sondern auch ihre Parasiten ausrotten, was sich auf bisher unzureichend untersuchte, aber wichtige und funktionelle Komponenten des Ökosystems auswirken wird. Auch wenn die Erkenntnisse dieser Arbeit nur einen kleinen Einblick gewähren, öffnen sie die Tür für weitere Entwicklungen in der Taxonomie der Parasiten und der ökologischen Parasitologie und regen dazu an, methodische Ansätze und Schutzmaßnahmen zu überdenken. Trotz der Tatsache, dass wir noch einen weiten Weg vor uns haben, bis wir einen ganzheitlicheren Blick auf ihre große Vielfalt und ihre funktionelle Rolle in Ökosystemen erhalten werden, sollten wir anstreben, Parasiten in unser Konzept der biologischen Vielfalt einzubeziehen. Die vorliegende Arbeit bildet daher die Grundlage für einen wichtigen Schritt zur Einbeziehung von Parasiten in die Erforschung von Ökosystemen und die Bemühungen zur Erhaltung der biologischen Vielfalt. Wir werden nur dann in der Lage sein, ein Ökosystem erfolgreich und nachhaltig zu schützen, wenn wir die zugrundeliegenden Funktionen all seiner Mitglieder vollständig verstehen.

Dams are highly controversial as; on the one hand, they provide vital goods such as drinking water or renewable energy and essential services such as flood protection and, on the other hand, threaten lotic ecosystems in several ways. The adverse impact of reservoir dams on lotic ecosystem biodiversity and integrity is significant. In particular, changes in the flow regime are considered to play a major role and have a fundamental impact on benthic invertebrate communities. In order to pursue the Sustainable Development Goals of the United Nations or other environmental protection guidelines, such as the European Water Framework Directive, at the same time, adjustments of dam operation will be necessary. The present thesis aims to identify potentials for dynamic dam operation, to improve the ecological integrity of downstream river segments and thereby refers to environmental flows. The provision of management options for environmental flows requires a sufficient understanding of hydro-ecological relationships, a description of the altered and unaltered regime as well as a reliable understanding of the ecological consequences and responses to those existing alterations as well as of the provided management options. Therefore, I first quantified the role of hydrology in the context of other prominent stressors and identified hydro-ecological relationships (Chapter I). To do so, I analysed the general effects of hydrology on benthic invertebrate communities and compared them to other prominent stressors (land use, morphology, physico-chemistry) within a broad dataset from streams in the German lower mountain range (72 samples from 51 sites). Stressor data were contrasted to benthic invertebrate data using i) partial canonical correspondence analysis (pCCA) to quantify the community-level response and ii) path analysis to investigate the cause-effect pathway structure (hydro-ecological relationships) of single stressors affecting invertebrate metrics either directly or indirectly (i.e. mediated by other stressors). Further, I evaluated the effects of dams on taxonomic and functional components of macroinvertebrate biodiversity to estimate the effects on ecosystem function and resilience in Chapter II. I compared and correlated different taxonomic and functional diversity metrics, investigated the taxonomic and functional community structure and the degree of specialization of invertebrate communities of downstream stretches of nine large dams, which were compared to communities of eight unaffected tributary sites. Finally, I investigated possible management options that are likely to be beneficial for the riverine macroinvertebrate community below dams, by analysing the current effects on hydrological, and in addition on thermal and bed sediment regimes at downstream stretches of dams and correlated them with key metrics of macroinvertebrate communities (Chapter III). Therefore, I contrasted metrics of hydrological alteration derived from discharge time series (daily means over 10 years), time series of water temperature (15-min intervals over one year), and records of deposited fine sediments against macroinvertebrate samples from pairs of river reaches downstream of dams and of comparable tributaries. The results of Chapter I prove the important role of hydrology as a strong and directly effective ecological determinant and pointing at the same time at the high potential of implementing e-flows. Hydrological metrics revealed an important role in directly shaping macroinvertebrate community structure and significantly affected metrics relevant for ecological status assessment. The analysis of abiotic changes (Chapter III) showed that numerous, seasonally distinguishable hydrological alteration patterns, lowered temperatures, increased fine sediments, and a deficit of pebbles and cobbles characterized downstream stretches. The results of Chapter III showed that downstream stretches were characterized by numerous, seasonally distinguishable hydrological alteration patterns, lowered temperatures, increased fine sediments, and a deficit of pebbles and cobbles. The analysis of single functional trait diversity carried out in Chapter II showed that the alteration patterns found reduce the habitat and food availability as well as the resilience of invertebrate communities in downstream stretches. As a result, taxonomic and functional diversity were decreased in downstream stretches and showed especially losses of sensitive species groups (Chapter II & III). The comparison with undisturbed reference streams allowed me to derive specific management options that could mitigate the negative impact of hydrologic alterations and accumulations of fine sediments downstream of dams (Chapter III). In general, the results of the thesis showed that environmental flows (e-flows) need to consider the complex character of hydrological regimes (more than just thresholds of minimum flows) and need to be implemented in a seasonal context. The implementation of e-flows has, especially in highly regulated catchments, a high potential to increase the ecological status of our running water bodies (not only those directly downstream of dams). Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2020

Obwohl sich die Wasserqualität in europäischen Gewässern in den letzten Jahrzehnten stetig verbessert hat, befinden sich Gewässersedimente häufig noch in schlechtem Zustand. Regenwasserentlastungen, wie z.B. Mischwasserüberläufe, beeinflussen die Sedimentqualität der Vorfluter auf unterschiedliche Weise. Um die Auswirkungen von Mischwasserentlastungen auf die Sedimente kleiner Bäche zu bewerten, wurde im Rahmen dieser Studie ein kombinierter Ansatz aus Stoffidentifizierung und Toxizitätstest durchgeführt. Vor dem Hintergrund, dass Partikel, die über Mischwasserentlastungen eingeleitet werden, als Vektor für die Sedimentverschmutzung gelten, wurde eine umfassende Probenahmestrategie angewendet. Diese ermöglicht Rückschlüsse auf die Hintergrundbelastung der Bäche, die Auswirkung der jeweiligen Mischwasserentlastung auf die Sedimentqualität, die räumliche Verteilung von Kontamination und Sedimenttoxizität sowie auf Kontaminationsquellen. Darüber hinaus wurden in hydraulischen Rückhaltezonen Proben entnommen, um herauszufinden, ob diese den Partikelrückhalt zusätzlich unterstützen und somit zur Verbesserung der Sedimentqualität der nachfolgenden Bäche beitragen können. Die durchgeführte Studie identifizierte Akkumulations-Hotspots partikelassoziierter Schadstoffe in stromabwärts gelegenen Sedimenten nahe den Entlastungsstellen. In Kombination mit erhöhten Hintergrundkonzentrationen führte dies zu toxischen Effekten im Sedimentkontakttest mit dem Nematoden Caenorhabditis elegans. Zudem zeigten die am stärksten kontaminierten Sedimente eine hohe Sauerstoffzehrung, welche zu Entwicklungsstörungen bei Embryonen von Zebrafischen (Danio rerio) und damit zu einer weiteren Verschlechterung der Sedimentqualität führte. Darüber hinaus konnte gezeigt werden, dass hydraulische Rückhaltemaßnahmen Partikel wirksam zurückhalten und dadurch eine weitere Verschlechterung der Sedimentqualität aufgrund von partikelassoziierten Schadstoffen, Sauerstoffdefiziten oder Verschlammung des Flussbetts verhindern. Auf dieser Basis wurden in der vorliegenden Arbeit verschiedene Überwachungsinstrumente und -parameter sowie Verbesserungsmaßnahmen diskutiert. Ihre Umsetzung in Rechtsvorschriften wie beispielsweise der Europäischen Wasserrahmenrichtlinie wird als sinnvoll erachtet, um die oft vernachlässigte Sedimentqualität als wichtigen Parameter für den ökologischen Zustand von Oberflächengewässern zu verbessern., Sediment quality in European surface waters often remains poor, although water quality is continuously improving. Urban wet weather discharges such as combined sewer overflows (CSOs) are known to influence the sediment quality of receiving waters in different ways. In order to evaluate the impact of CSOs on pollution and toxicity of small creeks` sediments, a coupled substance and bioassay approach was conducted. Considering that particles being discharged from CSOs are known as a major vector for sediment pollution, a comprehensive sampling strategy was applied. An upstream/downstream sampling design was conducted in order to account for different background concentrations of the receiving creeks. The goals were to analyze the sole impact of the respective CSO on the sediment quality as well as to gather information for source identification. In addition, several samples were taken in a 100 m long downstream transect to take into account the spatial distribution of pollution and sediment toxicity. Further samples were taken in hydraulic retention zones located behind two of the three investigated sewer outfalls to analyze their effectiveness in reducing the amount of particles. This, in turn, makes it possible to assess whether such measures are suitable to contribute to an improved sediment quality of the subsequent creeks. The present study revealed accumulation hotspots of particle-bound pollutants such as metals and organic substances in downstream sediments near CSOs. Pollutant accumulation in combination with high background concentrations of the receiving habitat increased the toxicity of the sediments for the nematode Caenorhabdits elegans. Concomitant with pollutant accumulation an increased sediment oxygen demand contributed to a poor sediment quality as could be seen in the sediment contact assay (SCA) using embryos of the zebrafish Danio rerio. Hydraulic retention measures were found to effectively retain particles and thereby prevent a further decrease in sediment quality of the subsequent creek due to particle associated pollutants, oxygen deficit or siltation of the river bed.Against this background, various monitoring tools and parameters as well as improvement measures were discussed in the present thesis. Furthermore, their implementation in legislation such as the European Water Framework Directive was proposed in order to improve the often neglected sediment quality as an important parameter for the ecological status of surface waters.

Flame retardants are often incorporated in products such as electronical equipment, textiles, or thermal insulation to meet national fire safety requirements. For several years, hexabromocyclododecane has been the flame retardant of choice for building foam insulation until it was recently phased out due to a variety of environmental concerns. Thus, a new flame retardant was needed. Since 2014, “Polymeric FR” is used as a substitute on an industrial basis. The developer claims that its polymeric structure, persistence by design, and high molecular weight lead to a superior environmental profile. The present thesis deals with the abiotic degradation of “Polymeric FR” and the ecotoxicity of potentially resulting monomeric decomposition products. The degradation is studied following exposure to UV radiation and heat at 60 °C. Both factors cause “Polymeric FR” to degrade, which is shown by multiple analytical methods, including among others, inductively coupled plasma mass spectrometry, determination of total organic carbon, and liquid chromatography mass spectrometry. The latter method was used to identify monomeric degradation products that could possibly pose a different toxic potential to the environment compared to the parent polymer. To assess their toxic potential, four chemicals were chosen based on their commercial availability and evaluated in three standardized tests with green algae and crustaceans. The test repertoire was accompanied by a trend analysis regarding the theoretical effect on fish to cover an additional tropic level. The results show that “Polymeric FR” can degrade following UV irradiation and exposure to heat. While the environmental relevance of UV irradiation seems limited as long as this polymer is only used in building foam insulation, exposure to heat is a commonly encountered factor. However, significant degradation seems only possible under certain circumstances. The chance for these circumstances to occur, the presences of water and prolonged heat, is highest during the end-of-life – particularly if landfilling is applied for building foam insulation. The tested degradation products seem to exhibit acute toxic effects only at comparable high concentrations, which are not to be expected following the degradation of “Polymeric FR”. Results obtained with an artificial mixture of those chemicals indicate however, that further research regarding negative effects following chronic exposure of native degradation mixtures should be performed., Nationale Brandschutzanforderungen bedingen häufig den Einsatz von Flammschutzmittel in Produkten wie Elektronikgeräten, Textilien oder thermischer Isolierung. Über viele Jahre hinweg war Hexabromcyclododecan das Flammschutzmittel der Wahl für Schaumdämmstoffe, bis es kürzlich zu einem stufenweisen Produktionsstopp aufgrund verschiedener negativer Auswirkungen auf die Umwelt kam. Daraus resultierte die Notwendigkeit ein neues Flammschutzmittel zu finden, welches mit dem seit 2014 industriell hergestelltem Substitutionsstoff „Polymeric FR“ gelang. Der Entwickler testiert, dass dieses Produkt aufgrund seiner polymeren Struktur, Persistenz und dem hohen Molekulargewicht ein verbessertes Umweltprofil aufweist. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem abiotischen Abbau von „Polymeric FR“ und der Ökotoxizität möglicher monomerer Abbauprodukte. Dabei wurde speziell der Abbau durch UV-Strahlung und Hitzeeinwirkung bei 60 °C untersucht. Beide Faktoren führen zu einem Zerfall des Polymers, was anhand verschiedener analytischer Methoden, wie zum Beispiel der Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma, der Bestimmung des Gesamtkohlenstoffes oder der Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung nachgewiesen wurde. Letztere Methode wurde hierbei genutzt, um monomere Abbauprodukte zu identifizieren, die sich in ihrem toxischen Potenzial der Umwelt gegenüber möglicherweise vom Ausgangs-Polymer unterscheiden. Um dieses toxische Potential zu überprüfen, wurden vier Abbauprodukte basierend auf ihrer kommerziellen Verfügbarkeit ausgewählt und in drei standardisierten Tests mit Grünalgen und Wasserflöhen evaluiert. Anhand einer computergestützten Trendanalyse wurde dieses Test-Repertoire mit Fischen um eine zusätzliche trophische Stufe erweitert. Die Ergebnisse zeigen, dass „Polymeric FR“ durch UV-Einstrahlung und Hitzeexposition abgebaut wird. Während die Bedeutung von UV-Strahlung für die Umwelt als eher gering einzuschätzen ist – da dieses Flammschutzmittel nur in Schaumdämmstoffen eingesetzt wird – so ist Hitzeeinwirkung hingegen ein alltäglich auftretendes Phänomen. Ein signifikanter Abbau durch Hitze scheint jedoch nur unter bestimmten Umständen möglich. Die Chance, dass diese Umstände gegeben sind, also das Vorhandensein von Wasser und länger anhaltende Hitze, ist vermutlich am Lebensende der Dämmmaterialien – insbesondere während der Deponierung – am höchsten. Die untersuchten Abbauprodukte bewirken negative akute Effekte nur bei vergleichsweise hohen Konzentrationen, welche voraussichtlich nicht beim Abbau von „Polymeric FR“ entstehen werden. Ergebnisse, die mit einer künstlichen Mischung dieser Chemikalien erzielt wurden, deuten jedoch darauf hin, dass weitere Forschung in Bezug auf negative Effekte durch chronische Exposition mit „natürlichen“ Abbaumischungen hilfreich wäre, um die Umweltrelevanz zu bewerten.

Biological invasion has become one of the great threats to ecosystems worldwide. Frequently, invasion is caused by anthropogenic activities either intentionally due to an introduction of free-living organisms for agricultural or recreational purposes as well as unintentionally for instance if species are transported unperceived in cargo containers from one ecosystems to another. However, only a small amount of these species will be able to establish itself after entering a new habitat. As soon as a species is successful they might become invasive and cause negative effects to local biocoenosis that might lead to loss of biodiversity or eventually initiate a meltdown of the entire system. Biological invasion is a global problem, which is exacerbated inter alia by globalization, (wrong) environmental management and climate change. In that context Europe have become one of the hotspot for invasion where various Ponto-Caspian species that are considered very successful invaders established many self-sustaining communities. Ponto-Caspian (PC) species such as the zebra mussel, killer shrimp (Dikerogammarus villosus), round-, bighead-, and monkey goby usually adapt easily to environmental conditions and frequently become dominant species in newly invaded habitats. Additionally various PC species seem to favor the distribution of pathogens and parasites. However, these relatively new discovery are scarcely studied, which represents a general problem in the research of invasion biology since the effects of invasive species on parasites are frequently neglected. The ignorance towards parasites is surprising because they are considered as important response variable for ecosystems health. Generally, parasites contribute to 40 % of the biomass of an ecosystem, govern host behavior, and potentially alter the structure, dynamics and function of food webs.Therefore, the effects of invasion by the example of PC invasive species on local parasite communities were at the focus of the present doctoral thesis. Hence, their impact on parasite prevalence and infestation intensities within various hosts of habitats that were free of or invaded by PC species were compared and evaluated. Additionally, possible interactions of co-introduced PC parasites with local parasites and the consequences for local species were investigated. Thus, within a period of four years three local and one PC fish hosts as well as two different amphipod species were sampled in various rivers (in Germany, the Netherlands, Switzerland) and parasitological examined. The results were compared with each other and subsequently placed into context. The results of various substudies showed that PC species affect the parasite communities of recently invaded habitats on many layers. In this context, the acanthocephalan Pomphorhynchus laevis and the nematode Raphidascaris acus have been identified as key species since an increase in their prevalence in local hosts seem to be related to PC invasion. Furthermore, the interaction between P. laevis and other PC species might have caused the replacement of the local acanthocephalan P. tereticollis in invaded habitats and eventually directly encouraged interactions between P. laevis and other local parasites. The results of the present doctoral thesis have shown that effects of PC invasive species on parasites are multilayered and therefore suggest that not only PC species but invasive species in general might affect local parasite communities. Hence, parasites have to be integrated into proposed or existing conservation efforts, since invasive species might cause an increase of local parasites and/or a loss of parasite diversity, both with grave consequences for local environments., Die Ausbreitung oder biologische Invasion von gebietsfremden Arten in neue Lebensräume, die häufig durch anthropogene Beeinflussung verursacht bzw. begünstigt wird, hat sich zu einem der großen Problemen unserer Zeit entwickelt. Dieser Einfluss ist vielschichtig und kann intendiert, wie bei der Einfuhr von Nutz- und Haustieren sowie durch den Anbau von gebietsfremden Pflanzen in der Agrarindustrie, oder nicht vorsätzlich sein wie z.B. bei dem unbemerkten Einschleppen von Organismen die in Frachtcontainern bzw. Ballastwassertanks von Schiffen mitreisen und dadurch in neue Lebensräume vordringen. In der Regel gelingt es jedoch nur einem kleinen Prozentsatz dieser Arten sich auch effektiv in einem neuen Gebiet zu etablieren. Sobald eine Art erfolgreich ist, kann sie Einfluss auf die Biozönose bzw. auf die Interaktionen zwischen verschiedenen Arten diese Ökosysteme nehmen oder sogar verschiedene Prozesse und Funktionen dieser Systeme stören oder beeinflussen. In der Folge kommt es gegebenenfalls zu Biodiversitätsverlust oder im Extremfall zu einem Zusammenbruch des ganzen Systems. Biologische Invasion ist dabei ein globales Problem das unteranderem durch die Globalisierung, (falsches) Umweltmanagement und den Klimawandel verstärkt wird. In diesem Zusammenhang ist Europa zu einem der Hostspots für Invasion geworden, in dem sich in den vergangenen Dekaden besonders viele invasive Arten aus dem pontokaspischen Raum angesiedelt haben. Diese Region liegt auf dem eurasischen Kontinent und umfasst unteranderem das Schwarze und Kaspische Meer. Durch verschiedene (neue) Migrationsrouten konnten sich Arten wie die Zebramuschel, der große Höckerflohkrebs, die Schwarzmaul-, Kessler- und Flussgrundel ohne große Schwierigkeiten über den ganzen europäischen Kontinent ausbreiten. Alle diese Arten können sich leicht an neue Habitate anpassen und schaffen es in der Regel sich durch ihr aggressives Konkurrenzverhalten gegenüber lokalen Arten durchzusetzen und nach kurzer Zeit häufig zu den dominanten Arten in diesen Gebieten zu werden. Zusätzlich scheinen viele pontokaspische Invasoren eine Rolle bei der Verbreitung von Parasiten und Krankheiten zu haben. Diese relativ neue Erkenntnis ist jedoch wenig erforscht, was ein generelles Problem in der Invasionsbiologieforschung offenlegt, da diese sich sehr selten mit den Effekten oder Interaktionen von invasiven Arten auf oder mit Parasiten beschäftigt, obwohl Parasiten als wichtiger Indikator für die Gesundheit von Ökosystemen gelten. Sie machen nach neustem Erkenntnisstand rund 40 % der Biomasse eines Systems aus, gelten als Regulatoren ihrer Wirtsorganismen und sind wichtiger Bestandteil von Nahrungsnetzten deren Strukturen, Dynamiken und Funktionen sie auch beeinflussen. Infolgedessen stand die Frage nach einem möglichen Effekt von Invasion, am Beispiel von verschiedenen pontokaspischen Arten, auf lokale Parasitengemeinschaften im Fokus der hier vorliegenden Doktorarbeit. Hierfür wurde der mögliche Einfluss von diesen Arten auf die Häufigkeit von Parasiten bzw. deren Befallsintensitäten bei verschiedener Wirtsarten, innerhalb von invadierten und nicht invadierten Habitaten, anhand von verschiedenen ökologischen Parametern evaluiert. Außerdem wurde untersucht, ob mögliche parallel eingeführte Parasitenarten mit lokalen Parasiten interagieren und was sich daraus für möglichen Konsequenzen für lokale Arten ergeben können. In einem Zeitraum von 4 Jahren wurden hierzu in verschiedenen Flüssen (innerhalb Deutschlands, der Schweiz und den Niederlanden) insgesamt 3 einheimische und eine invasive Fischart, sowie verschiedene Amphipodenarten beprobt und parasitologisch untersucht. Die hieraus hervorgehenden Ergebnisse konnten in der Folge miteinander verglichen und anschließende in den entsprechenden Kontext eingeordnet werden. Im Rahmen von verschiedenen Substudien wurde gezeigt, dass pontokaspische Arten vielschichtige Effekte auf die Parasitengemeinschaften von neuinvadierten Habitaten haben. In diesem Kontext wurden zwei Parasitenarten als Schlüsselarten identifiziert. Durch die Anwesenheit von pontokaspischen Wirtsarten scheinen sich besonders die Prävalenzen des ebenfalls pontokaspischen invasiven Kratzer Pomphorhynchus laevis und des einheimischen Nematoden Raphidascaris acus, in den untersuchten Wirten massiv erhöht zu haben. Des Weiteren wurden, wahrscheinlich durch das Zusammenwirken von P. laevis mit anderen pontokaspischenWirtsarten, zumindest eine einheimische Parasitenart (P. tereticollis) aus dem Hauptstrom des untersuchten Gewässers verdrängt. Schließlich scheinen pontokaspische Wirtsarten direkte Interaktionen zwischen pontokaspischen und lokalen Parasiten zu fördern bzw. zu begünstigen. Durch diese vielschichtigen Einflussnahmen lassen die Ergebnisse der vorliegenden Doktorarbeit den Schluss zu, dass nicht nur pontokaspische Arten, 16 sondern invasive Arten generell einen Einfluss auf lokale Parasitengemeinschaften haben. Daher schließt die Arbeit mit dem Appell, dass aufgrund der besonderen Bedeutung von Parasiten für die Biozönose verschiedener Ökosysteme und durch die Tatsache, dass Invasion zu höheren Befallsraten durch Parasiten für lokale Wirte und zu konkreten Nachteilen für einheimische Parasiten führt, Parasiten in Zukunft Teil von Managementplänen zum Naturschutz werden sollten bzw. müssen.

The present study evaluated and compared the response of benthic macroinvertebrate, fish and parasite communities to changes in water temperature across two mid-sized mountain rivers in the south-eastern part of the German federal state North Rhine-Westphalia (NRW). In 2009 and 2010, the two rivers Ruhr and Lenne have been investigated at comparable river sections up- and downstream of thermal pollution by cold hypolimnetic water from reservoirs as well as by cooling water released from a power station. The main focus was to extend the knowledge about the use of metazoan fish parasites as bioindicators for changes in freshwater biodiversity in relation to water temperature. The research focus was aimed at the faunistical and ecological aspects of parasite communities of Brown trout (S. trutta fario) in relation to temperature variations. At 6 river sections (3 cold-warm site pairs) benthic macroinvertebrate, fish and parasite communities were examined in autumn 2009 and in spring and autumn 2010. Additionally, thermal characteristics were monitored over one and a half year. The annual mean water temperature differences of this study ranged within 0.7 K (Ruhr) to 1.9 K (Lenne1). The analysis of degree-days confirmed the separation of sampling sites by temperature. Looking at the influence of water temperature on benthic macroinvertebrate communities (chapter 3), BMI communities showed highest average dissimilarity at Lenne1 (ΔWT: 1.9 K). A similar but more differentiated pattern was observed when looking at the EPT community. An increase of average abundance of H. siltalai (Trichoptera) has been detected at all warm sites as well as rising average abundance of C. rivulorum (Ephemeroptera) for the Lenne1 and the Ruhr warm sites. As the majority of BMI were present at both cold and warm sites, the limit of tolerance range of the majority of taxa was not exceeded by the temperature differences found in the present study. The results indicated that temperature changes have an impact on BMI species, in particular EPT-taxa, and as a consequence BMI communities are affected. The results of chapter 4 – the effect of water temperature on the levels of hepatic glycogen and hsp70 in brown trout (Salmo trutta fario L.) – showed a general increase for hepatic glycogen levels at warmer sections and a clear seasonal pattern with higher concentrations in autumn. Besides, increasing temperature had effects on the condition of examined brown trout. Mean condition factors were lower at warm sites compared to respective cold sites. Additionally, condition factors were equal or slightly higher in spring samples than in autumn samples. Gonadosomatic indices showed a general decrease at warmer sections, while hepatosomatic indices showed no clear pattern. Hepatic hsp70 levels showed no clear pattern at warm sites, while the concentrations in the liver tissues remained more or less similar in spring and autumn. At Ruhr and Lenne2 cold sites, hepatic hsp70 levels had their maximum in spring. The results obtained indicated the ability of brown trout to respond to increased energy demands as part of an increase in water temperature without losing their regulatory capability. In light of the temperature differences found in this study, one should bear in mind that the limit of tolerance range might not have been reached yet. The impact of water temperature on the parasite communities in brown trout (Salmo trutta fario L.) is the content matter of chapter 5. Between autumn 2009 and autumn 2010, twelve metazoan parasite species including five nematodes, three acanthocephalans, three trematodes and one cestode were found in 365 S. trutta fario examined from six sites. The results revealed significant, temperature dependent changes in abundances for most of the parasite species found. According to these results, two opposing trends were observed: • an increase in calculated infection indices (prevalence, abundance and mean intensity) which concerns both, specific parasites of salmonids (E. truttae and P. salvelini) as well as rather generalist parasites (Diplostomum sp., R. acus, C. truncatus and N. rutili) • a decrease in calculated infection indices (prevalence, abundance and mean intensity) which only concerns the two salmon-specific species Crepidostomum sp. and C. ephemeridarum. The results also showed that changes in water temperature cause both qualitative and quantitative changes in parasite communities of brown trout. Since the difference in parasite infracommunity composition and structure reflect the difference of the community composition of free living animals, the study shows an effect of water temperature on free living animals such as BMI in both rivers Ruhr and Lenne. This is related to differential occurrence and abundance of intermediate hosts of a few species which were identified as key discriminating species in chapter 3. Likewise, a mean annual temperature difference of 0.7 K (Ruhr) and 1.9 K (Lenne1) caused a two- to fourfold increase of diversity parasite component community in autumn. The present study provides evidence that metazoan fish parasites will benefit from water temperature increase following climate change and associated shifts of host communities. Finally, the present study delivered a detailed parasite monitoring on Brown trout in the river Ruhr and Lenne. The results of the meta-analysis in chapter 6 – Effects of elevated water temperature on aquatic organisms: a meta-analysis – confirmed the findings off the previous chapters. The quantitative analysis based on a modified response ratio provided information on both the typical magnitude and direction of effect. The effects on infracommunity level are barely recognizable, whereas the greatest impacts are likely to occur in metapopulations of parasites. The results of the present study revealed the parasite´s susceptibility to increasing water temperature and showed that changes in temperature due to global climate change can already affect the transmission of parasites. The findings provide evidence that the parasite community patterns of brown trout may differ essentially in relation to changes in water temperature. All these facts highlight the usefulness of parasite communities for aquatic monitoring and research and therefore should be considered in future studies. However there is also need for further research regarding autecological characteristics of parasite species. In many rivers it is still impossible to monitor and quantify the status of biodiversity due to a dearth of species occurrence data at relevant scales and compatible formats and a lack of knowledge on parasite life cycles and its linked intermediate hosts. For these reasons, considering parasites, will improve the validity of biological water quality assessments. Future research as well as success of tackling climate change can profit from increasing the awareness of aquatic parasites and their hosts as a functional unity. Therefore, available data on freshwater parasites and their hosts groups should be collected as a basis for analyses of distribution patterns in different river types. Additionally, aquatic parasite communities and freshwater organism groups should be monitored over longer time spans. The improvement and conservation measures on biodiversity of freshwater ecosystems should also broaden the focus on aquatic parasite communities. Finally, a standardized assessment method should be developed to quantify temperature effects on aquatic parasite communities including the identification of indicator species specific for different fish types. More research is needed to understand how temperature-related changes in freshwater community compositions, affect life cycles of aquatic parasites. Die Artenvielfalt natürlicher Ökosysteme ist durch zunehmende menschliche Eingriffe in den letzten Jahrhunderten stark bedroht. Bereits geringe Veränderungen ökologischer Bedingungen in Ökosystemen können eine Reihe vielfältiger Wirkungsketten initiieren. Deshalb ist ein fundiertes Wissen über die genetische Vielfalt, die ökologischen Funktionen und Interaktionen der unterschiedlichen Lebensräume eine wichtige Voraussetzung für eine effiziente Planung von Erhaltungs- und Förderungsmaßnahmen zum Schutz der Biodiversität. Die Wassertemperatur ist einer der wesentlichen Faktoren, welcher sich maßgeblich auf die Ausbildung, Zusammensetzung und Verteilung der Lebensgemeinschaften in Fließgewässern auswirkt. Darüber hinaus stellen thermische Belastungen und damit einhergehende Änderungen der Wassertemperatur Fließgewässer vor Herausforderungen, welche sich im Zuge der Auswirkungen des Klimawandels noch verstärken werden. In den Fließgewässern der gemäßigten Breiten wird dies zu einer fortschreitenden Potamalisierung rithraler Abschnitte führen. Davon sind besonders kaltstenotherme Arten betroffen, da ihnen Ausweich- und Rückzugsmöglichkeiten nur eingeschränkt zur Verfügung stehen. Obwohl in Süßwasserökosystemen rund 10 % aller weltweit bekannten Arten vorkommen, werden insbesondere in Fließgewässern Parasiten in ökosystemaren Betrachtungen kaum berücksichtigt. In der vorliegenden Arbeit wurden im Freiland die Auswirkungen veränderter Wassertemperaturen auf Parasitengemeinschaften der Bachforelle an unterschiedlichen Standorten untersucht. Dazu wurden an zwei Mittelgebirgsflüssen in Nordrhein-Westfalen, der Ruhr und der Lenne, an vergleichbaren Abschnitten jeweils ober- und unterhalb von thermischen Belastungen Makrozoobenthos-gemeinschaften, Bachforellen (Salmo trutta fario L.) sowie deren Parasitengemeinschaften über einen Zeitraum von zwei Jahren betrachtet. Die mittleren jährlichen Differenzen der Wassertemperatur betrugen über diesen Zeitraum 0,7 K (Ruhr), 0,8 K (Lenne2) und 1,9 K (Lenne1). Sowohl bei der allgemeinen Betrachtung der Makrozoobenthosgemeinschaften, als auch bei der genaueren Betrachtung der EPT-Taxa (Ephemeroptera, Plecoptera und Trichoptera) traten die größten Unterschiede am Probestellenpaar Lenne1, mit der größten Differenz in der mittleren Jahreswassertemperatur (1,9 K) auf. An allen drei Probestellen mit erhöhter Wassertemperatur konnte ein Anstieg der mittleren Abundanz von H. siltalai (Trichoptera) sowie für C. rivulorum (Ephemeroptera) an den warmen Abschnitten der Probestellenpaare Ruhr und Lenne1 festgestellt werden. Die dieser Studie zu Grunde liegenden Temperaturunterschiede wirkten sich auf unterschiedliche Art auf die Gesamtkondition der Bachforellen aus. An den warmen Abschnitten lagen im Mittel niedrigere Konditionsfaktoren vor. Dabei wurden im saisonalen Vergleich jeweils in den Frühjahrsproben leicht erhöhte Konditionsfaktoren festgestellt. Auch der Gonadosomatische Index war bei den Bachforellen an den warmen Abschnitten im Mittel niedriger. Die Ergebnisse für den Hepatosomatische Index wiesen hingegen keine klaren Muster auf. Bei den Biomarkeruntersuchungen konnte für alle warmen Abschnitte ein genereller Anstieg des Glykogengehalts im Lebergewebe der Bachforellen gemessen werden. Die Ergebnisse zeigen ein ausgeprägtes saisonales Muster mit höheren Glykogengehalten in den Herbstproben. Die HSP70-Gehalte im Lebergewebe der Bachforellen an den warmen Abschnitten wiesen dagegen kein deutliches Muster auf. Die Konzentrationen waren sowohl in den Frühjahrs- als auch den Herbstproben ähnlich hoch. An den kalten Abschnitten der Ruhr und Lenne2 traten in den Frühjahrsproben die höchsten HSP70-Gehalte auf. Bei der parasitologischen Untersuchung der insgesamt 365 Bachforellen (Anzahl pro Abschnitt = 13-26) wurden insgesamt 12 Endoparasitenarten gefunden. Dabei handelte es sich um die Nematodenarten C. ephemeridarum, C. farionis, C. truttae, P. salvelini und R. acus, die Acantocephalenarten E. truttae, N. rutili und P. laevis, die beiden Gattungen der digenen Trematoden Crepidostomum sp., Diplostomum sp. und die Trematodenart T. clavata sowie den Cestoden C. truncatus. An den warmen Abschnitten wurden sowohl für spezifische Parasiten der Bachforelle (E. truttae und P. salvelini), als auch für die Generalisten C. truncatus, Diplostomum sp., N. rutili und R. acus signifikante Anstiege in den jeweiligen Abundanzen, Prävalenzen und mittleren Intensitäten an den warmen Abschnitten beobachtet. Im Gegensatz dazu wurde ein signifikanter Rückgang dieser Parameter für die beiden forellenspezifischen Parasiten C. ephemeridarum und Crepidostomum sp. an den warmen Abschnitten festgestellt. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass eine Veränderung der Wassertemperatur sowohl qualitative als auch quantitative Veränderungen der Parasitengemeinschaften der Bachforelle bewirkt. Dies konnte u. a. in einem zwei- bis vierfachen Anstieg der Diversität in den Komponentengemeinschaften der warmen Abschnitte an Ruhr und Lenne1, als auch in signifikanten Veränderungen der Abundanzen und Intensitäten bei einem Großteil der gefundenen Fischparasitenarten dokumentiert werden. Die zusammenfassende Metaanalyse, über die Auswirkungen erhöhter Wassertemperatur auf Makrozoobenthosgemeinschaften, Bachforellen sowie deren Parasitengemeinschaften, gibt einen Überblick über die jeweilige Effektgröße als auch über die jeweilige Effektrichtung. Die Auswertung zeigt das Auftreten geringer Effekte auf der Ebene der Parasiteninfragemeinschaften. Die größten Auswirkungen wurden auf der Ebene der jeweiligen Metapopulationen der Parasiten nachgewiesen. Zusammenfassend konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass eine Erhöhung der Wassertemperatur im Zuge des Klimawandels die Parasitentransmission beeinflusst. Dabei treten die beobachteten Unterschiede in den Parasitengemeinschaften der Bachforelle in Relation zum Ausmaß der Temperaturveränderungen auf. Dies unterstreicht die Forderung, aquatische Parasiten in zukünftige ökosystemare Betrachtungen mit einzubeziehen. Darüber hinaus besteht weiterer Forschungsbedarf zur Autökologie von Parasiten im Zusammenspiel mit abiotischen und biotischen Umweltfaktoren. Insbesondere in Fließgewässern wird das Monitoring der Artenvielfalt aus Mangel an entsprechenden Daten zum Vorkommen von Parasitenarten, sowie durch nur unvollständige Kenntnis der jeweiligen Lebenszyklen und der involvierten Zwischenwirte erschwert. Die Ergebnisse dieser Studie legen nahe, die Auswirkungen einer erhöhten Wassertemperatur auf das Vorkommen und die Transmission von aquatischen Parasiten weiter zu untersuchen. Insbesondere langfristige Veränderungen sowie die unterschiedlichen Auswirkungen in verschiedenen Flussgebietstypen sollten dabei im Fokus künftiger Forschungsprojekte liegen. Aus diesem Grund wäre es auch für zukünftige gewässerökologische Untersuchungen nur von Vorteil, die Parasiten aquatischer Organismen stärker in Monitoringuntersuchungen mit einzubeziehen, um erfolgreiche Anpassungsmaßnahmen an den Klimawandel entwickeln und umsetzen zu können.

Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2016 Wirt-Parasit-Systeme bieten ideale Voraussetzungen zur Erforschung von koevolutionären Prozessen, da die beteiligten Individuen in kontinuierlicher Interaktion stehen. Insofern sind die entsprechenden Adaptationsprozesse gezielt darauf ausgerichtet, die Wirkungen des Gegenspielers abzuschwächen. Invasive Parasitenarten sind in diesem Zusammenhang von großer Bedeutung, denn sie lassen Vergleiche zwischen etablierten und neu entstandenen Wirt-Parasit-Verbindungen zu. Die invasive, ursprünglich im Japanischen Aal (Anguilla japonica) parasitierende Schwimmblasennematoden-Art Anguillicola crassus hat sich seit ihrer Einführung in den frühen 1980er Jahren über Populationen des Europäischen Aals (Anguilla anguilla) in ganz Europa ausgebreitet. Die vorliegende Studie basiert auf Infektionsexperimenten mit diesen beiden Wirtsaalarten und A. crassus sowie der nahe verwandten Parasitenart A. novaezelandiae, die endemisch im Kurzflossenaal (Anguilla australis) vorkommt und dementsprechend in beiden untersuchten Aalarten nicht heimisch ist. Daraus resultieren vier unterschiedlich angepasste Wirt-Parasit-Systeme, die eine Gegenüberstellung von langfristig, kurzfristig und nicht-koevolvierten Beziehungen ermöglichen. Die Untersuchungen beziehen sich auf den Infektionserfolg, die morphologischen Eigenschaften und die Stressreaktionen, gemessen an den Expressionsniveaus von Hitzeschockproteinen (hsp70), der beiden Anguillicola-Arten in den verschiedenen Wirtsarten sowie die jeweilige im Wirt hervorgerufene Schwimmblasenschädigung, um wirtsspezifische Unterschiede herauszustellen, die in Zusammenhang mit koevolutionären Prozessen stehen. Die Wiederfindungsraten beider Parasitenarten waren in Japanischen Aalen signifikant niedriger als in Europäischen Aalen, was auf die Etablierung einer effektiven Genus-spezifischen Immunantwort auf Infektionen mit Anguillicola-Arten im Japanischen Aal hindeutet, der in der Lage ist, eindringende Larven einzukapseln und zu töten. Diese Einkapselungen gingen mit einer deutlichen Verdickung der Schwimmblasenwände einher. Detaillierte morphometrische Analysen konnten zeigen, dass beide Parasitenarten in Japanischen Wirten auch eine deutlich geringere Körpergröße als in Europäischen Wirten erreichten. Stark erhöhte Hitzeschockproteinwerte konnten in Individuen der Art A. crassus in Japanischen Aalen festgestellt werden, während A. crassus im Europäischen Aal leicht erhöhte Werte aufwies, was darauf hinweist, dass leicht bis stark an die jeweilige Infektion angepasste Wirtsarten eine höhere Stressreaktion in den Parasiten hervorrufen als unangepasste Arten. Anguillicola novaezelandiae zeigte weder im Japanischen noch im Europäischen Wirt gesteigerte hsp70-Niveaus. Dennoch deuten die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zusammen betrachtet deutlich auf eine beeinträchtigte Entwicklung beider Anguillicola-Arten in Reaktion auf die ausgeprägte Immunantwort eines stark angepassten Wirtes. Host-parasite systems are an ideal field of research for studying co-evolutionary processes since the two involved individuals are continuously interacting. In this respect, adaptation processes are directly targeted at coping with the antagonistic species. Invasive parasite species are of particular importance when comparing data on established and new host-parasite associations. The invasive swim bladder nematode Anguillicola crassus, originally parasitizing the Japanese eel (Anguilla japonica), has spread throughout populations of the European eel (Anguilla anguilla) since its introduction in the early 1980s. The present study is based on infection experiments of these two eel host species with A. crassus and its close relative A. novaezelandiae, which is endemic to the Short-finned eel (Anguilla australis) and thus non-native to both analyzed host species. Accordingly, four host-parasite associations differing in terms of mutual adaptation were investigated. With these it was possible to contrast systems featuring long-term, short-term, and no co-evolutionary relationship at all. Infection success, swim bladder pathogenicity, morphological features, and stress response based on hsp70 levels of both Anguillicola species in each eel species were analyzed in order to reveal host-specific differences, which could be related to co-evolutionary processes. Recovery rates of both parasite species proved to be significantly lower in Japanese eels than in European eels indicating that Japanese eels developed a strong genus-specific immune response against nematode infections with the ability to encapsulate and kill invading larvae. Those encapsulation processes proved to implicate a distinct thickening of the swim bladder walls. Detailed morphological measurements showed that both nematode species attain a reduced maximum body size in Japanese eel hosts compared to European eels. Highly increased hsp70 responses could be detected in A. crassus individuals taken from Japanese eels, slightly increased levels were observed for A. crassus taken from European eels indicating that adapted hosts induce a higher stress response in the parasites. Anguillicola novaezelandiae showed neither elevated hsp levels in Japanese nor in European eel hosts. However, taken as a whole, the present results strongly hint at an impaired development of both Anguillicola species when confronted with the strong immune response of a well-adapted eel host species.

Dissertation, Universität Duisburg-Essen, 2015 Parasites are integral and important elements of ecosystems that occur in virtually every habitat on this planet (Poulin 1999, Hudson et al. 2006). However, except for the obviously important role of some species as disease agents, parasites have long been neglected and considered unimportant in the context of most ecological studies. Only in recent years, studies have begun to investigate the ecological importance of parasites, e.g. their structuring forces in trophic transmissions and food webs (Lafferty et al. 2008) or their contribution to an ecosystem’s biomass (Kuris et al. 2008, Thieltges et al. 2008). It has been argued, that it is even impossible to fully understand ecosystems without considering the parasites therein (Lafferty et al. 2006a). Furthermore, based on their often complex life cycles and strong interaction in ecosystems, parasites may serve as useful bioindicators to assess environmental conditions and changes (Lafferty 1997, Vidal-Martínez et al. 2010, Nachev & Sures, 2015). Environmental changes, such as climate change and global warming are expected to have major impacts on parasites and on entire ecosystems, often with yet unpredictable consequences (Marcogliese 2001, 2008). It is, therefore, essential that we understand host-parasite systems at the ecosystem level. Although there are some exceptionally well-studied aquatic ecosystems that focus on the roles of parasites in these habitats and allow predictions of the impact and possible effects of environmental changes (e.g. Kuris et al. 2008, Preston et al. 2013, Thieltges et al. 2013, Lagrue et al. 2015), our knowledge of host-parasite interaction in man-made waterbodies, such as impounded lakes and reservoirs, is still very limited and large-scale studies focussing on the ecological role of parasites in such systems are lacking. This is especially critical, since such waterbodies fulfil vital roles in densely populated areas, where they serve as drinking water storages, recreational areas and constitute important biodiversity hot spots. The Ruhr area in Germany is one of the largest and most densely populated urban areas in Europe and the eponymous extensive reservoir system of the Ruhr and its tributaries plays a vital role for the whole region. Our knowledge of the ecological role of parasites in these aquatic habitats is still fairly limited, however. In order to bridge this gap, this thesis aims at assessing the biology and ecology of trematodes parasitizing aquatic snails in the Ruhr reservoir system in Germany. Trematodes in snails have been identified as a particularly promising group of parasites that lend themselves to investigating and assessing environmental conditions and ecosystem changes in aquatic systems (Huspeni & Lafferty 2004), due to their complex multiple-host life cycles that enable us to study the complex roles of parasites in ecosystems at many levels and in great detail. This thesis, therefore, aims at addressing the importance of trematodes in the Ruhr reservoir systems by identifying larval trematode infections in snails in the reservoirs of the Ruhr river system. The individual studies of this work provide (i) detailed integrative approaches to taxonomically questionable trematode groups to assess the full diversity in the ecosystem, (ii) an analysis of the productivity and emergence of trematode cercariae to assess the parasites’ functional role in the ecosystem, (iii) an evaluation of the risk factors of swimmer’s itch via a detailed case study of one of the Ruhr lakes, and finally (iv) an assessment of the overall diversity, distribution and community structure of larval trematodes and the identification of potential trematode transmission pathways between their host groups. Altogether, this holistic approach, encompassing trematode taxonomy, their functional part in ecosystems, the role of medically relevant species and their contribution to an ecosystem’s diversity will provide a detailed and comprehensive insight into the complex role of trematodes in an important reservoir system in Europe. In order to assess the diversity and distribution patterns of trematodes in the Ruhr area, snails were collected at several sampling sites in five reservoirs of the Ruhr river catchment area in Germany, Baldeneysee, Hengsteysee, Hennetalsperre, Sorpetalsperre and Versetalsperre, during the summer months of the years 2012 and 2013. Sampling and analyses were mostly focused on gastropod snails belonging to two families, Lymaeidae and Planorbidae, since they proved to harbour the most diverse trematode fauna in Europe (Faltýnková & Haas 2006, Soldánová et al. 2011, Brown et al. 2011). A total of 3,171 lymnaeid snails belonging to four species, Radix auricularia, Stagnicola palustris, Radix peregra and Lymnaea stagnalis, and 2,176 planorbid snails belonging to two species, Gyraulus albus and Segmentina nitida, were collected and screened for trematode infections. Trematode stages were identified according to morphological features and, where necessary, with the aid of molecular methods. Of the 5,347 sampled snails, 1,049 showed patent or prepatent infections with trematodes, resulting in a total prevalence of 19.6%. Detailed integrative approaches of molecular and morphological methods revealed the presence of cryptic species within the trematode genera Echinostoma, Petasiger and Diplostomum. The analysis of Echinostoma spp. cercariae allowed the delineation of two cryptic species of the ‘revolutum’ group from larval stages found in R. auricularia, R. peregra and S. palustris. Likewise, analyses of infections from G. albus revealed the distinctive status of three species of Petasiger from this host that occurred in sympatry at one locality, highlighting the high diversity within this trematode genus, even at small spatial scales. Most distinctively, seven different species of Diplostomum were found in the lymnaeid snail populations from the Ruhr reservoirs, three named species, D. spathaceum, D. pseudospathaceum and D. parviventosum, and four species-level lineages, ‘Diplostomum sp. Clade Q’ and ‘D. mergi’ Lineages 2-4. Furthermore, the detailed approach provided evidence that the cercariae of ‘D. mergi’ Lineage 1 of Georgieva et al. (2013a) are actually D. parviventosum. Remarkably, the snail species L. stagnalis and S. palustris harboured only one species, D. pseudospathaceum, while R. auricularia populations revealed a highly diverse picture with six different lineages of Diplostomum, and it remains to be investigated why the diversity of Diplostomum in these hosts presents such contrary situation. Altogether, these integrative approaches of molecular and morphological data advance our knowledge of the taxonomic situation of these trematode taxa and reveal the remarkably high cryptic diversity of these parasites in the Ruhr reservoir system. However, the knowledge of the sheer diversity of trematodes in snails does not provide information on their functional role within an ecosystem. In order to assess the contribution of trematode cercariae to the biomass in European freshwaters, cercarial emergence of the bird schistosome Trichobilharzia szidati from naturally infected L. stagnalis was studied. The study revealed an average daily emergence rate of 2,621 cercariae per snail, with emissions peaks of up to 29,560 cercariae. Calculated for an individual snail’s lifetime this summed up to a cumulative cercarial biomass of 4.8 g, a mass equivalent of or even exceeding the snail‘s own body weight, illustrating the ecological importance a single trematode species that contributes a considerable amount of cercarial mass to an aquatic ecosystem. Since T. szidati is only one out of 37 species that produce large amounts of cercariae, the overall cercarial biomass emitted into the Ruhr reservoirs is comparable to the impressive numbers recently calculated for marine (Thieltges et al. 2008), estuary (Kuris et al. 2008) and North American freshwater ecosystems (Preston et al. 2013). The results of this study demonstrate how trematodes, despite their small individual size, significantly contribute to the biotic productivity in the Ruhr freshwater system. Since bird schistosomes are the causative agents of swimmer’s itch, a re-emerging disease in Europe (Soldánová et al. 2013), the disease risk factors in the Ruhr area based on the occurrence, distribution and biology of these parasites was assessed for one reservoir (Baldeneysee). Two bird schistosome species, Trichobilharzia franki and T. szidati, could be detected at several sampling sites in Baldeneysee, where abundant lymnaeid snail populations were present. Although these species showed only low prevalence, human infections are well possible, due to the high numbers of cercariae that can be released from individual infected snail hosts in short periods of time, as shown in the laboratory emission studies. With a total of 37 species, the trematode species richness in the Ruhr reservoir system was considerably higher than the trematode species richness in snail intermediate hosts described from most other well-studied ecosystems (e.g. Faltýnková 2005, Faltynkova & Haas 2006, Thieltges et al. 2006, Żbikowska 2007, Kuris et al. 2008, Lagrue & Poulin 2015). Altogether, Radix auricularia harboured by far the most prevalent, species rich and diverse trematode fauna of all studied hosts, supporting the assumption that R. auricularia plays the most important role in the life cycle of trematodes in large reservoirs and lakes, comparable to the dominant role of L. stagnalis described for small pond systems. Similarly, G. albus harboured more diverse and prevalent trematode communities compared to S. nitida, which contrasts with the situation observed for these two species in small ponds (Faltýnková et al. 2008a). The analysis of the data from the Ruhr, therefore, suggests a characteristic host-parasite dynamics in large reservoir systems. The majority of trematode species in the Ruhr requires fish-eating or anatid birds as final hosts and almost all trematode species have life cycles involving trophic transmission of the parasites to their respective final host, which provides information on trophic interactions and energy flow in the ecosystem. Since trematodes with trophic transmission strategies often directly or indirectly alter their host’s behaviour in order to facilitate transmission success to the next host (see e.g. Lafferty & Morris 1996), they actively shape the structure of food webs through which they are transmitted. Therefore, the rich and abundant trematode fauna in the Ruhr freshwaters plays a highly complex role in the food web connectivity in the Ruhr reservoirs. Overall, the selected aspects of trematodes in the Ruhr river system studied in the context of this thesis provide a broad and comprehensive overview of these parasites in a freshwater ecosystem that is typical for freshwater reservoirs in Europe for the first time. Trematodes are deeply embedded in and active elements of the ecological processes that shape and structure ecological communities, energy flow and the biodiversity of complex ecosystems and the rich trematode fauna in the Ruhr contributes to key aspects that make this ecosystem more diverse, productive and stable, and thus healthy.

Die vorliegende Arbeit vergleicht die Auswirkungen von Silber-Nanopartikeln (npAg) mit denjenigen von Silber-Ionen(Ag+) in der Süßwassermuschel Dreissena polymorpha und der Süßwasserschnecke Marisa cornuarietis. Mittels eines statischen, dreiwöchigen Expositionsversuchs mit nomineller Expositionskonzentration von 100 µg Ag/L wurde gezeigt, dass npAg in gleichem Ausmaß wie Ag+ in D. polymorpha aufgenommen wird. In den drei Organbereichen Mantel/Muskulatur, Kiemen und Gonade/Verdauungstrakt wurden eine Akkumulationsunterschiede festgestellt. Ab dem ersten Expositionstag wurde eine gleichbleibende Gewebekonzentration von rund 6 µg Ag/g Trockenmasse erreicht. Im Expositionsmedium zeigten beide Silberspezies ein ähnliches Verhalten und lagen beide teils agglomeriert bzw. an Partikel adsorbiert vor. Untersuchungen zur Silberaufnahme in verschiedenen Zellfraktionen des Muschelweichgewebes ergaben bei der Exposition mit npAg eine verstärkte Silberakkumulation in der Lysosomen-Fraktion, was durch Endocytose des npAg erklärt werden könnte. Es gab Hinweise darauf, dass sich npAg innerhalb der Lysosomen auflöst und dass anschließend dieselben Detoxifizierungsmechanismen greifen wie für Ag+. Diese Mechanismen könnten vor allem in der Einlagerung in metallreichen Granula und deren Speicherung in unterschiedlichen Zellkompartimenten bestehen. Die in D. polymorpha untersuchten toxikologischen Endpunkte (Fitness-Index, Glutathion-S-Transferasen, Katalase, Hitzeschockproteine) reagierten weder auf npAg- noch auf Ag+-Exposition. Silber-Nanopartikel wurden von M. cornuarietis -Embryonen in geringerem Ausmaß akkumuliert als Silber-Ionen. Es wird vermutet, dass nur Ag+ durch die Eihülle bis zum Embryo vordringt. Entsprechend reagierten die Schneckenembryonen deutlich empfindlicher auf Ag+- als auf npAg-Exposition. Letztere erhöhte bei einer Expositionskonzentration von 200 µg Ag/L die Mortalität nur geringfügig, während Ag+-Exposition bereits bei 30 µg Ag/L zu 100% Mortalität führte. Auch die anderen im Marisa Embryo Toxicity Test untersuchten toxikologischen Endpunkte zeigten Reaktionsmuster, die bei Ag+-Exposition stets deutlicher ausgeprägt waren als bei npAg-Exposition: Die Entwicklungsdauer wurde verkürzt, das Schlupfgewicht wurde reduziert, ebenso wie die Herzschlagrate. Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass in Dreissena polymorpha sowohl npAg- als auch Ag+-Exposition zu gleich starker Silberanreicherung im Gewebe, aber jeweils nicht zu toxischen Effekten führen. Der Grund dafür ist vermutlich im Entgiftungsvermögen der Muschel zu suchen. In Marisa cornuarietis-Embryonen hingegen wurde npAg in deutlich geringerem Ausmaß als Ag+ aufgenommen. Außerdem hatte npAg-Exposition im Gegensatz zu Ag+-Exposition kaum toxische Auswirkungen in den Embryonen. Es gibt Hinweise darauf, dass npAg die Eihülle nicht zu durchdringen vermag, somit vom Embryo nicht aufgenommen wird und deshalb keine Toxizität entfalten kann. Die Tauglichkeit von M. cornuarietis- Embryonen für Toxizitätstests mit partikulären Substanzen ist hierdurch in Frage gestellt. This study compared the effects of silver nanoparticles (npAg) with those of silver ions (Ag+) in the freshwater mussel Dreissena polymorpha and in the freshwater snail Marisa cornuarietis. A three-week static exposure with a nominal exposure concentration of 100 µg Ag/L demonstrated that npAg and Ag+ accumulate to the same extent in D. polymorpha. No differences in accumulation could be detected between the three body parts mantle/muscle, gills and gonad/digestive tract. After the first day of exposure, a constant tissue concentration of approximately 6 µg Ag/g dry weight was reached. Both silver species exhibited a similar behaviour in the medium and were partly present as agglomerates and adsorbed to particles, respectively. Studies of silver uptake in various cell fractions of the mussels’ soft tissue revealed that silver accumulation in the lysosmal fraction was enhanced due to npAg exposition, which might be explained by endocytosis of npAg. There were indications that npAg dissolves within the lysosomes and afterwards the same detoxification mechanisms apply as for Ag+. These mechanisms might mainly consist of incorporation in metal-rich granules which were stored in different cell compartments. The examined toxicological endpoints in D. polymorpha (fitness index, Glutathione- S-transferases, catalase, heat shock proteins) did not respond to either npAg- or Ag+ exposure. Silver nanoparticles were taken up to a lesser extent by M. cornuarietis embryos than silver ions. There are hints that only Ag+ may penetrate the egg membrane and reach the embryo. Accordingly, the snail embryos responded more sensitively to Ag+- than to npAg exposure. The latter only slightly elevated mortality at an exposure concentration of 200µg Ag/L, while Ag+ exposure resulted in 100% mortality at 30 µg Ag/L. The other toxicological endpoints examined in the Marisa Embryo Toxicity Test showed patterns that were always more pronounced in Ag+ exposures than in npAg exposure: developmental time was shortened, hatching weight was reduced and heart rate was lowered. The results of this study show that both npAg- and Ag+ exposure result in similar silver accumulation in of Dreissena polymorpha, but do not lead to toxic effects. A probable reason might be the mussels’ detoxification capacity. However, in Marisa cornuarietis embryos, npAg was taken up to a much lesser extent than Ag+. Moreover, in contrast to Ag+ exposure, npAg exposure had hardly any toxic effects. There are indications that npAg cannot penetrate the egg membrane. It is thus not absorbed by the embryo and does not cause toxicity. The suitability of M. cornuarietis embryos for toxicity tests with particulate substances might be questioned.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2014 Die Ergebnisse der vorliegenden Dissertation erweitern das Wissen über das Wirt-Parasit-Verhältnis von Aalen (Anguilla) und parasitischen Nematoden der Gattung Anguillicola im Allgemeinen, als auch über A. novaezelandiae im Besonderen. Unterschiede im natürlichen Vorkommen von A. crassus und A. novaezelandiae wurden aufgezeigt und larvale Stadien der letztgenannten Art erstmals in Neuseeland untersucht. Durch die experimentelle Infektion des Europäischen Aals mit A. novaezelandiae konnte die Art mit Studien über A. crassus verglichen und grundlegende Unterschiede entdeckt werden. Die Effekte einer Anguillicola sp. Infektion auf die hsp70-Reaktion des Aals wurde erstmals untersucht. Durch A. novaezelandiae und A. crassus induzierte Stresslevel waren vergleichbar. Eine Infektion des Aals mit beiden Parasitenarten wurde durchgeführt und die Hypothese einer Hybridisierung getestet. Zusammengefasst zeigen die Ergebnisse, dass man das Wissen über eine einzelne Art nicht einfach auf andere Arten der gleichen Gattung übertragen kann. Weitere Forschungsarbeiten sind nötig, um Anguillicola und seinen Aalwirt besser verstehen zu können. Das Anguilla-Anguillicola-System stellt ein exzellentes Beispiel für die Auswirkungen des Welthandels auf endemische Arten und deren Schädigung durch invasiver Parasiten dar. Zukünftig sollte der Aalhandel, insbesondere mit lebenden Aalen, viel vorsichtiger gehandhabt werden, um eine weitere Ausbreitung von Anguillicola Arten zu vermeiden.

Since the introduction of Pt as a catalytic element in industrial processes and as an agent in automobile catalytic converters, the emission of the noble metal into the environment has been rising steadily. Consequently, it has been the objective of this thesis to conduct a thorough investigation of introduction of traffic related Pt into rivers and its subsequent distribution in the abiotic and biotic compartments of these systems. In addition the genotoxicological effects of Pt on aquatic organisms have been studied. Initially, the analytic procedures used in this study have been validated with regard to their suitability for analyzing Pt and other traffic related heavy metals in field samples. Furthermore, a passive monitoring study at a representative discharge location of road runoff was performed. It provided evidence about the spatial distribution of Pt in river sediments as well as the Pt accumulation in clams. Highest Pt loads were found in the sand fraction of sediment samples. Pt concentrations in sediments were strongly correlated to concentrations of other traffic related heavy metals. The results also confirm that Pt was accumulated by Corbicula sp. in the field. Due to the fact that no correlation between sediment and clam concentration could be observed, it is assumed that Pt was accumulated in soluble form or ingested with small particles from suspended particulate matter. In comparison to other traffic related heavy metals, Pt concentrations in sediment and clam samples were low. This thesis further aims on the analysis of the accumulation kinetics of Pt in the biota (e.g. bivalves, fish and fish parasites) under laboratory conditions. In exposure studies with Corbicula sp., it could be observed that the accumulation of Pt by the clams is dependent on the ambient Pt concentration. However, due to the accumulation kinetics found for Corbicula sp. it can be concluded that small differences in Pt concentrations of the ambient water (low ng/L range) can not be detected by analyzing clam tissue concentrations. In fish exposure studies, Pt accumulation kinetics for different organs was investigated, along with the influence of endoparasites such as acanthocephalans on the metal metabolism of the fish. In fish, highest Pt concentrations were found in the liver and intestinal tissue of the fish (Squalius cephalus), while concentrations in the muscle tissue were lower. Overall, the highest concentrations were found in the acanthocephalan Pomphorhynchus tereticollis. For chub infected with P. tereticollis, Pt concentrations in liver and intestine were found to be lower compared to Pt concentrations in the respective organs of uninfected fish. As this trend was not observed for fish infected with P. laevis, it can be stated that metal metabolism differs for different host-parasite systems. Pt induced DNA damage was also investigated for fish and clams. Pt as well as the parasites induced the formation of micronuclei in fish erythrocytes. The micronucleus test did not show any induction of micronuclei in the gill cells and hemocytes of the clams. This thesis demonstrates that, due to the relatively low exposure levels in the field, acute lethal or toxic effects of Pt can not be observed for bivalves and fish. Additionally, Pt concentrations are also too low for many of the sublethal effects, observed in laboratory studies. However, Pt can induce DNA damage, as was shown for chub. Therefore, it can be assumed that already low Pt concentrations in the field could possibly endanger individual organism. It can be assumed that Pt does not pose a major threat to freshwater systems, however, it needs to be taken into account as an additional stress factor putting pressure on aquatic organisms. Seit der Einführung von Platin als katalytisches Element in industriellen Prozessen und insbesondere in Autoabgaskatalysatoren, hat die Emission von Pt in die Umwelt beständig zugenommen. Vor diesem Hintergrund bestand das Ziel dieser Arbeit in der detaillierten Untersuchung des verkehrsbedingten Eintrages von Pt in Fließgewässersysteme und möglicher ökotoxikologischer Effekte auf biotische und abiotische Teile dieser Systeme. Um diese Ziele zu erreichen, wurden vier Studien durchgeführt. Zunächst wurden die analytischen Methoden, mit denen Pt und andere verkehrsbürtige Schwermetalle in dieser Arbeit untersucht wurden, einer ausführlichen Validierung unterzogen. Anschließend wurde in einer Freilandmonitoringstudie, die Verteilung von Platin im Sediment und die Aufnahme von Pt durch die Körbchenmuschel (Corbicula sp.), ausgehend von drei Straßenabflusseinleitungen, in drei Transekten untersucht. Relativ hohe Pt-Konzentrationen konnten in den ersten 20 m nach der Einleitung im Sediment hauptsächlich in der Sandfraktion gefunden werden. Die Pt-Konzentrationen korrelierten stark mit denen anderer verkehrsbürtiger Metalle. Auch eine Aufnahme von Pt durch die Körbchenmuschel konnte festgestellt werden. Da die Konzentrationen im Muschelweichgewebe nicht mit denen des Sediments korrelierten, kann davon ausgegangen werden, dass die Muschel Pt in gelöster Form oder als kleine Partikel aufnimmt. Im Vergleich zu anderen verkehrsbürtigen Metallen waren die Pt-Konzentrationen im Sediment und in den Muscheln gering. In zwei Expositionsstudien wurde die Pt-Aufnahme von Muscheln, Fischen und Fischparasiten eingehender untersucht. Hierdurch konnte gezeigt werden, dass die Pt Aufnahme der Körbchenmuschel abhängig von Pt-Konzentration des Wassers ist. Allerdings können geringe Konzentrationsunterschiede im Wasser (geringer ng/L Bereich) nicht durch die Muschel als Bioindikator angezeigt werden. Auch Fische (Squalius cephalus) nehmen Pt auf. Dabei finden sich höhere Pt-Konzentration in der Leber und dem Darm als im Muskelgewebe. Die höchsten Pt-Konzentrationen konnten jedoch in den Darmparasiten der Fische festgestellt werden. Waren die Fische mit dem Darmkratzer Pomphorhynchus tereticollis infiziert, wurden in den Leber- und Darmproben der infizierten Fische geringere Pt Werte gefunden als in nicht infizierten Individuen. Im Falle der Infektion mit P. laevis konnte dieser Trend allerdings nicht bestätigt werden. Dies deutet darauf hin, dass sich der Metallmetabolismus in verschiedenen Wirt-Parasit Systemen unterscheidet. Die durchgeführten gentoxikologischen Untersuchungen weisen darauf hin, dass Pt die Induktion von Mikrokernen in Fischerythrozyten erhöht. Bei den Muscheln wurde kein gentoxischer Effekt in Kiemen- und Hämolymphzellen festgestellt. Insgesamt hat die Arbeit gezeigt, dass akut lethale oder akut toxische Effekte durch Pt für Muscheln und Fische in Fließgewässern aufgrund der geringen Freilandkonzentrationen zurzeit nicht zu erwarten sind. Ebenfalls ist zu bemerken, dass die in anderen Laboruntersuchungen dokumentierten sublethalen Effekte im Freiland nur eine geringe Rolle spielen dürften. Allerdings wurde in dieser Studie auch gezeigt, dass Pt gentoxische Effekte bei Fischen hervorrufen kann. Zusammenfassend kann also festgestellt werden, dass Pt aufgrund seiner bisher niedrigen Konzentration sicherlich nicht zu den kritischen Schadstoffen in Fließgewässersystemen gehört. Nichtdestotrotz zeigen die Ergebnisse dieser Arbeit, dass Pt ein zusätzlicher Stressfaktor für Organismen in Süßgewässern ist.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2011 Eine Methode zur Beurteilung der Gewässerqualität ist die Analyse von Biomarkern in freilebenden aquatischen Organismen. Welche Auswirkungen eine Parasitierung in Kombination mit einer Schadstoffbelastung auf die Wirtsphysiologie und damit auf entsprechende Biomarker hat, ist bislang nicht ausreichend erforscht, obwohl immer mehr Untersuchungen auf erhebliche Effekte hinweisen. Daher war es das Ziel der vorliegenden Arbeit, die Kenntnise über den Einfluss von Parasiten auf ökotoxikologisch genutzte Biomarker zu erweitern und auf die Bedeutung von Parasiten als natürliche Stressoren hinzuweisen. Ein Parasit, der die Lebensweise seines Wirtes deutlich beeinflusst, ist der Bandwurm Ligula intestinalis. Weil sich L. intestinalis als sehr gutes Model für viele Fragestellungen der Biologie und auch in Schadstoffanalysen bewährt hat war das Parasit-Wirt System von L. intestinalis und Rutilus rutilus (Rotauge) das Untersuchungsmodel für alle Studien in dieser Arbeit. Der vorliegenden Arbeit wurden experimentelle Studien mit anderen Parasit-Wirt Systemen hinzugefügt, um nicht nur Aussagen für ein bestimmtes System treffen zu können. Vielmehr sollte auch getestet werden, ob sich die Ergebnisse auch in einem anderen Parasit-Wirt System finden oder auf Grund von kontrollierteren Bedingungen besser darstellen lassen. Über die Analyse von verschiedenen Metallen (mittels Mikrowellenaufschluss und folgender ICP-MS) wurden die Akkumulationseigenschaften von Ligula intestinalis untersucht und ermittelt, ob es eine Konkurrenz um Metalle zwischen dem Parasiten und seinem Wirt, Rutilus rutilus, gibt. In einer ander Untersuchung wurde die Enzymaktivität der Glutathion-S-Transferase (GST) in der Leber von verschiedenen Fischen (Gasterosteus aculeatus, R. rutilus, Squalius cephalus) ermittelt und analysiert, inwieweit diese durch Bandwürmer der Familie Diphyllobothridea (Schistocephalus solidus, L. intestinalis) beeinflusst wird. Als weitere Biomarker wurden die relativen Metallothioneingehalte (Silbersättigungsmethode) und die relativen Hitzeschockprotein 70-Gehalte (SDS-PAGE und Western-Blot) der Wirtsfischleber untersucht. Des Weiteren wurden diese Biomarker auch beim Parasit-Wirt System Gammarus fossarum und Polymorphus minutus nach einem Laborexperiment analysiert. Hierbei konnte der zusätzliche Einfluss einer 14-tägigen Cd-Exposition erfasst werden. Die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführten Untersuchungen lieferten weitere Belege für die Beeinflussbarkeit von Biomarkern aquatischer Organismen durch Parasiten. Für L. intestinalis wurde eine reduzierende Wirkung auf die Biomarker GST-Aktivität und HSP70 in der Rotaugenleber nachgewiesen. Weder auf die Akkumulation der untersuchten Metalle (Co, Cu, Fe, Mn, Ni, Zn) in Darm- und Muskelgewebe noch auf die Metallothioneingehalte in der Leber hatte die Parasitierung mit L. intestinalis einen Einfluss. S. solidus erniedrigte ebenfalls die GST-Aktivität in der Leber seines Wirtes (G. aculeatus). Insgesamt zeigten die beiden untersuchten Parasit-Wirt Systeme keine Beeinflussung der MT-Gehalte durch eine Infektion. Aber auch die Acanthocephalenlarve P. minutus zeigte Wirkung auf den HSP70 Gehalt seines Wirtes (G. fossarum), wobei sich das Zusammenspiel von Parasitierung und Cd-Exposition als stärkerer Stressor erwies als einer der beiden Stresoren allein. Zusammenfassend konnte mit dieser Arbeit gezeigt werden, dass der Einfluss von Parasiten auf die Wirtsphysiologie auch solche Parameter verändern kann, die zur Beurteilung der Gewässerqualität herangezogen werden. Daher kann es für zukünftige ökotoxikologische Untersuchungen nur von Vorteil sein, Parasitierungen von Organismen aus dem Freiland zu beachten.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2010 Summary The main focus of the current thesis was to extend the knowledge about the use of fish parasites as bioindicators. On one hand the research emphasis was aimed at the faunistical and ecological aspects of parasite communities of barbel (Barbus barbus) in relation to environment conditions - the use of parasites as effect indicators (Chapter 1). On the other hand the thesis evaluated and reverified the acanthocephalan Pomphorhynchus laevis as accumulation indicator, while covering all critical aspects (as summarized by Sures, 2003) concerning its application - the effects of size and sex composition of its infracommunities (Chapter 2) as well as the seasonality (Chapter 3) on the metal uptake process in the parasite. Finally, the thesis delivered a detailed metal monitoring survey focused mainly on the lower Danube (Chapter 4), which was perforemed using the suggested barbel – P. laevis system. The important results are summarized in the following: Chapter 1: The endohelminth fauna of barbel correlates with water quality of the Danube River in Bulgaria.  Infection of barbel with ten species of metazoan parasites including three trematodes, three acanthocephalans and four nematodes was observed in fish collected from three localities in the Bulgarian part of the river Danube between summer 2004 and summer 2007.  New host records for three parasitic species – the nematode larvae of genus Eustrongylides sp. and Hysterothylacium sp. as well as the acanthocephalan Leptorhynchoides plagicephalus were recorded for first time for the host Barbus barbus.  The most prevalent species was the acanthocephalan Pomphorhynchus laevis, which was also the dominant species of the intestinal component communities at all sampling sites.  The second most frequent parasite at all Danube localities was Rhabdochona hellichi, which occurred in significantly higher numbers at the less polluted sites.  The composition as well as the diversity characteristics of the parasite communities showed a clear correlation with the composition of the invertebrate fauna and water quality – overall, the diversity of helminth communities increased with decreasing levels of nutrients and pollutants at all sampling sites. Chapter 2: Is metal accumulation in Pomphorhynchus laevis dependent on parasite sex or infrapopulation size?  From total twelve analyzed elements (As, Cd, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Sn, V, Zn) five (As, Cd, Cu, Pb and Zn) were detected in significantly higher concentrations in the acanthocephalan P. laevis compared to its host tissues (muscle, intestine, liver)  According to the calculated mean bioconcentration factors, three more elements (Co, Mn, V) usually were with higher concentrations in P. laevis.  Comparisons between high and low infected fish revealed significant differences only for V with higher concentrations for the heavily infected group.  Concerning sex specific metal accumulation V and Zn showed significant differences (V, at p < 0.05; Zn, at P = 0.05), with higher levels in females of P. laevis each. Chapter 3: Seasonal differences of metal accumulation in Pomphorhynchus laevis and its definitive host Barbus barbus.  The concentrations of As, Cd, Cu, Pb and Zn were significantly higher in the parasite samples presented than in the host’s tissues.  These elements showed also a clear seasonal pattern, while the concentrations in the fish tissues remained similar in spring, summer and autumn.  Seasonal variation in the mean individual weight of parasite infrapopulations, whereas the infrapopulations in autumn characterized with significantly lower mean individual weight than these in spring and summer - sign for predominant young specimens.  Composition pattern of all accumulated elements reflected the pattern of the mean individual weight over the year - the highest concentrations obtained for As, Cd, Cu, Pb and Zn in P. laevis were found in autumn, followed by spring and summer.  Concentration of Cd and Pb in P. laevis correlated negatively with the mean worm weight.  Significant differences for the metals Cd and Pb were found, when the concentration in worms from summer and autumn were compared. Chapter 4: Application of acanthocephalan Pomphorhynchus laevis from its host barbel (Barbus barbus) as metal indicator in the Danube River.  The elements As, Cd, Cu, Pb and Zn were found to be significantly higher accumulated in the parasite compared to its host tissues.  The concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn in P. laevis exceeded the concentrations reported for the water column at the selected sampling sites.  The longitudinal pattern of As, Cd, Cu, Pb and Zn in the parasite samples corresponded to the background available data (for water and suspended particulate matter) along the Danube River in Bulgaria.  The comparisons between upper and lower Danube, performed in summer 2007, demonstrated increased concentrations of As, Cd and Pb in the lower Danube, whereas As showed also a peak in the upper reaches. Their concentration pattern reflected the pattern of suspended particular matter obtained during the 2nd Joint Danube Survey performed also in summer 2007.  The long term monitoring at sampling site Kozloduy (685 km) showed progressive decrease in the concentrations of Cd, Cu, Pb and Zn for the period summer 2004 to summer 2007, while the As contents remained similar. Conclusions and future prospects The collective data suggests that the fish parasites can be successfully used to characterize the ecosystems health and integrity. Following the alternations in composition and diversity of their communities, it was possible to detect differences in the environmental conditions between investigated sampling sites. Therefore fish parasites can be efficiently applied as effect indicators in the aquatic monitoring. The last published data on parasite fauna of barbel for the Bulgarian part of Danube River was from 1960 and 70-ties (Kakacheva-Avramova, 1962, 1977; Margaritov, 1959, 1966). The results obtained from the present investigation showed that the fauna composition completely differed from the one reported 40-50 years ago. The disrepancy can be associated with the changed/disturbed ecological conditions in the investigated river stretch. Further investigations aimed on other river stretches in middle and upper part of the river and on other aquatic habitats as well should be performed for the sake of the future implementation of fish parasites as effect indicators in the Danube River and in the hydrobiological praxis as well. The faunistical data from the different parts of the Danube should be compared and subsequently correlated with the local abiotic and biotic data, in order to confirm profoundly the relationship between parasites and environmental conditions. Furthermore, different host-parasite systems should be also be included in such surveys and studied from a bioindication perspective. A major goal of the current thesis was filling in on the lack of knowledge regarding the application of fish acanthocephalans as accumulation indicatiors. The obtained results suggested that the size and the sex composition of acanthocephalan’s infrapopulations play no considerable role in the metal uptake process. Therefore, in metal monitoring surveys, especially in those aimed on toxic elements such as As, Cd and Pb, these aspects should not be taken into account. Worth noticing is that the results regarded the acanthocephalan P. laevis. If other acanthocephalan species are taken as accumulation indicators, these aspects should be studied in order to confirm the tendencies obtained in the thesis. On the other hand the results revealed a seasonal pattern in the metal uptake, which was found to be dependent on the stage of acanthocephalan’s development in the final host. Thus, the seasonality of transmission of P. laevis under the local climate conditions should be considered in order to make our monitoring surveys more precise. In some geographical regions, where the seasonality of transmission is not clearly pronounced, the seasonal factor can be suppressed. Of course, the sentinel features of fish acanthocephalans should also be investigated under different climate conditions, in order to select the proper sampling periods for metal monitoring surveys. The same should be done with other acanthocephalan species, if they are taken as metal indicators. With the help of the background metal monitoring data delivered by the International Commission for Protection of Danube River (ICPDR), it was confirmed that the levels of the elements accumulated in P. laevis corresponded to these in the environment. The pollution profile in the Danube River basin, obtained during the both Joint Danube Surveys (in 2001 and 2007), was additionally confirmed by the concentrations measured in the parasites. Desipite the mobility of the fish host, the results of this thesis suggest the fish-parasite system is a perfect model in the field of ecological monitoring. However, future detailed analysis and correlations between the raw data from the JDS2 and obtained parasite data are required. Unfortunately, this data concerning the element concentrations in water, SPM, sediment and biota is still not available. Regarding the practical use of a fish-parasite system as sentinel, the first step was made during the second Joint Danube Survey in 2007, where fish muscle tissue was analyzed. During the thesis I had the opportunity to contribute to the survey with metal analysis carried out on barbel – P. laevis system. The combinded results suggest that the additional use of fish acanthocephalans as sentinels represents a more powerful approach in heavy metal monitoring surveys, due to the higher accumulation capacity of acanthocephalans compared to fish muscle. Consequently, in future monitoring programs the fish parasites should be accessorily implemented as sentinels, especially in large and complex lotic systems like Danube River.

Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2009 In der vorliegenden Studie wurden die Fragen nach den aktuellen Gehalten der PGE in der Umwelt, ihrer Aufnahme und Anreicherung sowie dem toxischen Potential beantwortet. Als Vergleichselemente wurden hierzu die ebenfalls hauptsächlich Kfz-emittierten Elemente Mo und Sb, die essentiellen Metalle Cu und Zn und die bekannt toxischen Elemente Cd, Cr und Pb untersucht. Hierzu wurden zunächst an verschiedenen Probestellen in Luxemburg Luftstaubproben sowie Straßenstaub und Bodenproben gesammelt. Die Untersuchungen zum Ökosystemtransfer erfolgten anschließend an der Bundesautobahn 5 bei Bruchsal sowie an einer gering belasteten Referenzstelle. Hier wurden verschiedene Proben gesammelt: Böden, Pflanzen (Spitzwegerich und Schafgarbe) sowie Tiere (Rotregenwurm und Gelbhalsmaus) aus unterschiedlichen Entfernungen zur Fahrbahn. Diese wurden anschließend im Labor auf die Gehalte der verschiedenen Metalle untersucht. Für die Metalluntersuchungen kamen die Verbundverfahren Mikrowellenaufschluss oder Königswasseraufschluss mit anschließender Detektion mit ICP-MS für die unedlen Metalle zum Einsatz. Pt und Rh wurden mit Hochdruckveraschung aufgeschlossen und anschließend voltammetrisch detektiert. Die Toxizitätsuntersuchungen wurden mit menschliche Darmepithelzellen (Linie HT29) durchgeführt. Dies waren ein Test der Zellvitalität (MTT-Test) und ein Test auf die Fähigkeit zur Bildung reaktiver Sauerstoffspecies (DCF-Test). Die PGE-Gehalte der Matrices nahmen vom Luftstaub über Pflanzen, Mäuse, Sedimente, Würmern, Boden und Straßenstaub zu. In den Luftstaubproben waren die 24-Stunden Proben oft stärker belastet als die Langzeitproben. Zwischen miteinander verbundenen Matrices wie Luftstaub, Straßenstaub und Boden konnten starke Übereinstimmungen der Metallverteilung festgestellt werden. Auch hohe Korrelationen der Metalle zwischen miteinander in Verbindung stehenden Matrices zeigten an, dass hier ein Austausch bzw. eine Aufnahme stattfand. In den Organen der Mäuse konnten nur Mo, Cu, Zn und Cd detektiert werden. Die Luftstaubproben wiesen deutliche Unterschiede zwischen den 24 h-und den Langzeitbeprobungen auf. Aufgrund der Vergleiche zwischen den Luftstaubwerten und den damit in Verbindung stehenden Matrices Straßenstaub und Boden sind die Langzeitbeprobungen jedoch als aussagekräftiger anzusehen. Zwischen den beiden Beprobungsjahrgängen der Pflanzen und auch zwischen den beiden Pflanzenarten gab es kaum Unterschiede. Es konnte jedoch ein starker Einfluss der Witterung und der Mahd an den Probestellen auf die Metallgehalte in den Pflanzen ausgemacht werden. Der Vergleich der Probestellen in Luxemburg untereinander und der Luxemburger Probestellen mit der BAB 5 stellte die starke Abhängigkeit der Metallkonzentrationen von der Emissionsquelle und damit dem Verkehrsaufkommen klar. Die Böden an der sehr stark befahrenen BAB 5 wiesen höhere Pt und Rh-Konzentrationen auf als die Böden, und sogar ähnlich hohe wie der Straßenstaub der Luxemburger Probestellen, an denen ein deutlich geringeres Verkehrsaufkommen vorlag. Stellenweise konnte in Luxemburg ein zusätzlicher Eintrag aus weiteren Quellen wie der Schwerindustrie ausgemacht werden. Esch-sur-Alzette war die mit Abstand am stärksten belastete Probestelle Luxemburgs, gefolgt von Walferdange und Beckerich. In Esch-sur-Alzette war auch ein deutlicher Einfluss der dort ansäsigen Schwerindustrie festzustellen. Auch die Entfernung von der Metallquelle stellte sich als wichtiger Faktor für die Belastung einer Entnahmestelle heraus. Bei allen untersuchten Matrices wurde eine Abnahme der Metallkonzentrationen mit steigender Entfernung von der Quelle (Fahrbahn) festgestellt. Dabei fielen die Werte zunächst sehr stark, ab einer Entfernung von 10 m von der Fahrbahn erfolgte dann eine langsamere Absenkung. Dies ist vermutlich auf die dortige Waldgrenze zurück zu führen. Die Korrelationsuntersuchungen zeigten meist starke Zusammenhänge zwischen den Metallen einer Matrix, aber auch zwischen den Metallen verschiedener Matrices. Dabei waren die Korrelationskoeffizienten umso größer, je intensiver der Kontakt zwischen den beiden Matrices war. Während Pflanzen bzw. Würmer mit dem Boden hohe Korrelationen bei den Metallen zeigten, waren diese bei den Mäusen und Boden weniger stark ausgeprägt. Die Belastung der Umwelt durch den Menschen wird durch die Berechnung anthropogener Faktoren deutlich. Diese Faktoren, die anzeigen, wie viel stärker eine belastete im Vergleich zu einer unbelasteten Probestelle kontaminiert ist, waren für fast alle Probestellen und Matrices deutlich erhöht. Je nach Metall und Matrix unterschieden sich die Werte jedoch teils erheblich. Neben Cu und Zn erreichten Pt und Rh im Boden an der BAB 5 die höchsten Werte. Sie lagen, ebenso wie in den Würmern, zwischen 92 bis 106. In den Pflanzen wurden wesentlich geringere anthropogene Faktoren zwischen 1 und 37 erreicht. Dieser Effekt ist, da er ja direkt von den Metallkonzentrationen abhängt, wiederum auf die Mahd zurückzuführen. Pt wies dabei meist die höheren Faktoren auf. In den Mäusen wurden die höchsten Werte im Muskelgewebe und hier von Mo und Cd erreicht, Leber und Niere lagen deutlich darunter. Im Gegensatz zu den anthropogenen Faktoren zeigen Anreicherungsfaktoren an, wie stark ein in der Umwelt vorliegendes Metall durch Organismen aufgenommen und angereichert wird. Hier erreichte Cd im Rotregenwurm mit einer 70-fach höheren Gewebekonzentration den höchsten Wert. Insgesamt waren jedoch die Anreicherungsfaktoren im Wurm bei allen Metallen am höchsten. Pt und Rh erreichten dabei das 20 bzw. 15-fache und lagen damit im Bereich essentieller Metalle wie Mo, Cu und Zn. Auch in den Pflanzen war dies der Fall, hier wurden jedoch nur 3fache Anreicherungsfaktoren bei beiden Metallen erreicht. Die niedrigsten Anreicherungsfaktoren wurden in den Mäusen errechnet. Es konnte also eine hohe Belastung verschiedenster abiotischer Umweltkopmartimente festgestellt werden, die auch die Konzentrationen in Organismen beeinflusst. Die PGE werden jedoch nicht nur aufgenommen, sondern sogar teilweise extrem stark angereichert. Deshalb wurden Zellversuche durchgeführt, um das toxische Potential der Metalle abzuklären. Bereits der Vitalitätstest zeigte, dass Pt und Pd mit LC50 von je 0,8 mmol/L ähnlich niedrige LC50 aufwiesen, wie die bekannt toxischen Metalle Cr und Cu. Auch Rh mit einer LC50 von 1,7 mmol/L lag nur geringfügig höher, etwa im Bereich von Zn, aber deutlich unter Pb mit 5,9 mmol/L. Sb zeigte keine Reaktion. Die LOEC der PGE lagen mit 0,5; 0,5 und 2,5 mmol/L für Pt, Pd und Rh jedoch im Vergleich zu Cd und Cr etwas höher, im Bereich von Cu, Zn oder Pb. Bei der Untersuchung zur Fähigkeit der Metalle, in den Zellen Reaktive Sauerstoffspezies zu induzieren, ergaben sich ähnliche Ergebnisse. Auch hier wiesen Pt und Pd ein sehr hohes Vermögen dazu auf, indem sie maximale Anstiege auf das 25 bzw. 26-fache der Kontrolle erreichten. Cu erreichte ebenfalls nur das 27-fache, während Cr als sehr starker Induktor die 40-fache ROS-Konzentration induzierte, ohne den Endpunkt erreicht zu haben. Rh erreichte noch den 9-fachen Wert der Kontrolle, während Sb, Zn, Cd und Pb keine ROS-Induktion verursachten. Zusätzlich zu den hohen ROS-Werten wiesen Pt und Pd LOEC von 0,005 bzw. 0,03 mmol/L auf, während Cr und Rh erst bei 0,25 mmol/L Reaktionen zeigten. Trotz der Aufnahme und starken Anreicherung der PGE in den Organismen ist für den Augenblick eine akute Gefährdung auszuschließen, da die erreichten Konzentrationen noch deutlich unterhalb der LOEC liegen. Bei den sicher weiter steigenden Gehalten kann sich dies jedoch ändern und auch chronische Effekte dürfen nicht vernachlässigt werden. Hier sind weitere Forschungen dringend angebracht. Das Bild der chemisch edlen und deshalb unproblematischen PGE ist nicht mehr zeitgemäß.