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Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Zusammensetzung und ein Verfahren bei der Verabreichung einer
beliebigen Substanz an wirbellose Organismen. Die Erfindung betrifft
insbesondere aquatische Filtrierer wie zweischalige Weichtiere (zum
Beispiel Miesmuscheln und Venusmuscheln) sowie Insektenlarven, ist
jedoch nicht auf diese beschränkt;
sie kann zur Verabreichung einer beliebigen Substanz mit biologischer
Wirksamkeit in dem entsprechenden Organismus, zum Beispiel zur Verabreichung
von einer oder mehreren toxischen Substanzen, Wachstumsförderern,
Nährstoffen,
Antiparasitika, wachstumseinschränkenden
Mitteln oder fortpflanzungsfördernden/-hemmenden
Mitteln verwendet werden.
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Beeinflussung eines beliebigen Aspekts der Physiologie, des Wachstums,
der Fortpflanzung, der Resistenz oder Anfälligkeit gegenüber Krankheit
oder Infektion mit Parasiten oder dem Verhalten eines Wirbellosen,
darunter das Abtöten
von invasiven wirbellosen Organismen, dadurch daß man diesen eine toxische
Substanz in einer wirksamen Menge verabreicht. Unter "Beeinflussung" ist auch die Wiederherstellung
der normalen Funktion und/oder des normalen Wachstums in einer Umgebung, die
unter anderen Umständen
keine normale Funktion und/oder kein normales Wachstum gestattet,
zum Beispiel einer nährstoffarmen
Umgebung, zu verstehen.
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Es können toxische Substanzen verwendet
werden, deren Auswirkung darin besteht, daß sie abtöten, entkräften, schwächen oder einfach eine beliebige
Wirkung hervorrufen, aufgrund derer der Schädling aus dem behandelten Gebiet
bzw. der behandelten Umgebung verdrängt oder leichter entfernt
werden kann.
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Traditionell ist bekannt, das Problem
der Verseuchung mit zweischaligen Muscheln, die sich mit Hilfe ihrer
Byssusfäden
oder "Bärten" an feste Unterlagen
wie Kühlwasserzuflüssen und
damit in Verbindung stehenden Hilfseinrichtungen von Kraftwerken
anheften, dadurch anzusprechen, daß man eine wäßrige Giftstofflösung in
den Wasserstrom einspritzt. Zu geeigneten Giftstoffen zählen Mittel
auf Chlorbasis wie Natriumhypochlorit in einer Konzentration von
ungefähr
3 ppm.
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Es ist seit einiger Zeit bekannt,
daß man
dadurch, daß man
die gewünschte
Substanz, zum Beispiel einen Giftstoff, einfach in das Wasser, aus
dem sich zweischalige Weichtiere, insbesondere Miesmuscheln, ernähren, die
Miesmuscheln dazu bringen kann, daß sie ihre Schalen schließen und
die Nahrungsaufnahme unterbrechen, wonach die Substanz ungefähr drei
Wochen lang ständig
ins Wasser nachgegeben werden muß, bis die Muscheln dazu gezwungen
werden, wieder mit der Nahrungsaufnahme zu beginnen. Es findet also
eine beträchtliche
und unerwünschte
Belastung des Wassers durch den Giftstoff statt.
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Es wurden verschiedene Versuche unternommen,
um einen umweltfreundlicheren Weg zur Verabreichung einer Substanz,
wie eines Giftstoffs, an zweischalige Weichtiere zu finden. So werden
zum Beispiel in dem an die University of Toledo ausgegebenen US-Patent
Nr. 5,252,330 Zebramuscheln (Dreissena polymorpha) dadurch bekämpft, daß man die
Muscheln mit letal wirksamen Mengen eines wäßrigen chemischen Behandlungsmediums,
das molluskizid wirksame Teile der Phytolaccadodecandra-Beere (Endod),
die einen Giftstoff („Lemmatoxin") mit der in dem
britischen Patent Nr. 1,227,417 offenbarten Strukturformel enthält, in Kontakt
zu bringen. Bei seiner Verwendung als Behandlungsmittel in Wasser
wird das Phytolacca-Mittel vorzugsweise inkubiert, um seine chemische
Wirksamkeit zu erhöhen.
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Auch solch ein biologisch abbaubarer
Giftstoff auf Pflanzenbasis kann jedoch beträchtliche Umweltschäden verursachen
und tötet
nicht nur den Zielorganismus, sondern auch andere Organismen ab.
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In Journal of Shellfish Research
(Band 17, S. 79–83)
wird die Verwendung von Mikrokapseln mit einer Lipidwand und einem
Durchmesser von 3–30 μm, die Lösungen auf
Wasserbasis enthalten, als ein mögliches Verfahren
zur Bekämpfung
von Sabelliden-Würmern
an gezüchteten
Seegurken diskutiert. Die Biologie der Nahrungsaufnahme bei der
Zebramuschel wird in Freshwater Biology (Band 12, S. 553–558) beschrieben,
und es wird die Größe der einnehmbaren
Partikel bestimmt. Über
die Giftwirkung von Kalium auf die Zebramuschel wird in Aquatic
Toxicology (Band 20, S. 219–234)
berichtet und über
die Giftwirkung von Endod (Lemmatoxin) wird in Journal of Shellfish
Research (Band 10, S. 361–366)
berichtet.
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Bei einem anderen Verfahren zur Bekämpfung von
Zebramuscheln, das die Beschichtung von Rohrauskleidungen betrifft,
wird in dem Patent US-A-5 375 626 mit dem Titel „Verfahren zur Auskleidung,
sowie Auskleidung für
Wasserzuflußrohre" diskutiert. Außerdem befaßt sich
die Schrift JP-A-07242507 mit dem Titel „Antifouling-Mittel, das 2-Hydroxyphenyl-2',4'-dichlorbenzylether als Wirkstoff enthält" mit einem weiteren
anderen Verfahren zur Bekämpfung
von Biofouling-Organismen, bei dem Antifouling-Mittel verwendet
werden. Das Patent WO-A-97 41742 mit dem Titel „Ölhaltige Vesikel für Meeresanwendungen" beschreibt die Herstellung
von „Liposoils", die aus Eiern hergestellt
und als mögliche
Nahrung für
Meeresorganismen verwendet werden. Eine neuartige, an zweischalige
Weichtiere zu verfütternde
Nahrung, bei der Chitin aus vermahlenen Arthropoden-Außenskeletten
verwendet wird, ist auch unter dem Patent US-A-5 052 340 mit dem
Titel „Nahrung
auf Chitinbasis für
zweischalige Organismen" geschützt. Die
Konstruktion und Annehmbarkeit von mit Glykoprotein und Nylon-Protein eingekapselten
Partikeln als Nahrung für
Meeresorganismen wird in den Proceedings of the European Symposium
on Marine Biology (Band 1, S. 127– 141) diskutiert.
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Eines der Ziele der vorliegenden
Erfindung besteht dementsprechend darin, daß Probleme mit bekannten Zusammensetzungen
und Verfahren zur Verabreichung von Substanzen an wirbellose Organismen angesprochen
werden, und zwar unabhängig
davon, ob im vorliegenden Text darauf Bezug genommen wird oder nicht.
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Die Anmelder haben nun überraschenderweise
gefunden, daß eine
oder mehrere gewünschte
Substanzen an die Zielorganismen (insbesondere Miesmuscheln und
Venusmuscheln) wirksamer gezielt abgegeben werden können, wenn
die Organismen dazu veranlaßt
werden können,
die Substanz fortlaufend einzunehmen, wodurch eine kleinere Gesamtmenge
der Substanz zur Erzielung der erwünschten Wirkung verwendet werden
kann, wodurch der Einfluß der
Substanz auf die Umwelt so gering wie möglich gehalten werden kann.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden
Erfindung werden Partikel zur Einnahme durch einen wirbellosen Organismus,
die mindestens einen Wirkstoff mit der gewünschten biologischen Wirksamkeit
in dem Organismus bei Einnahme durch den Organismus aufweisen sowie
mindestens einen Trägerstoff
enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß der Wirkstoff fest, für den Organismus
giftig ist sowie mit einem mäßig wasserlöslichen
Trägerstoff
beschichtet bzw. darin eingekapselt ist, bereitgestellt.
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Der genannte Wirkstoff ist günstigerweise
in den Trägerstoff
eingebettet; der Wirkstoff kann jedoch auch mit dem Trägerstoff
beschichtet oder (zum Beispiel unter Verwendung von bekannten Mikroverkapselungstechniken)
eingekapselt sein.
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Vorzugsweise handelt es sich bei
dem Organismus um einen aquatischen wirbellosen Organismus, zum
Beispiel einen Filtrierer, wie ein zweischaliges Weichtier. Zu den
zweischaligen Weichtieren, auf die die Erfindung angewandt werden
kann, zählen
zum Beispiel Muscheln, insbesondere Zebramuscheln, Venusmuscheln,
insbesondere die asiatische Venusmuschel (Corbicula Fluminea) sowie
Austern. Zu anderen aquatischen Wirbellosen, auf die die Erfindung
angewandt werden kann, zählen
zum Beispiel Insektenlarven wie Simuliidae-Larven. Im tropischen
Afrika überträgt die Art
Simulin damnosum die Onchozerkose („river blindness") und führt aufgrund
der Tätigkeit
der adulten Fliegen als Blutsauger zu einem Leistungsabfall bei
Rinderpopulationen, die dadurch von einer rationellen Futtersuche
abgehalten werden. Das einzige derzeit verfügbare Verfahren zur Bekämpfung von
Simuliidae besteht in der Behandlung von Wasser mit DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan),
einem bedeutenden Umweltrisiko.
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Unter „biologischer Wirksamkeit" versteht man jede
Auswirkung bzw. Kombination von Auswirkungen auf einen beliebigen
Aspekt der Physiologie, des Wachstums, der Fortpflanzung, der Resistenz
oder Anfälligkeit
gegenüber
Krankheit oder Parasiten oder dem Benehmen des Organismus, darunter
auch das Herbeiführen
oder die Beschleunigung des Tods des Organismus, und zwar entweder
direkt oder indirekt. Ein Stoff mit solch einer biologischen Wirksamkeit
in dem Organismus wird im folgenden Text als „der Wirkstoff" bezeichnet; er beinhaltet
Substanzen wie Nährstoffe,
die die normale Funktion und/oder das normale Wachstum in einer Umgebung,
die sonst die normale Funktion und/oder das normale Wachstum hemmen
oder einschränken
würden,
zum Beispiel aufgrund von unzureichend oder gar nicht vorhandenen
essentiellen Nährstoffen.
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Besonders bevorzugt ist die Auswirkung
eine physiologische Auswirkung.
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Um die Partikel einnehmbar zu machen,
wird erstens die Partikelgröße so gewählt, daß sie sich
für die Einnahme
durch den Zielorganismus eignet. Für zweischalige Weichtiere wie
Muscheln liegt die mittlere Teilchengröße vorzugsweise im Bereich
von 1 bis 200 Mikrometern Durchmesser oder darüber, stärker bevorzugt 2 bis 150 Mikrometer
Durchmesser.
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Zebramuscheln sind Filtrierer, die
pro Tag ungefähr
1 Gallone Wasser filtrieren und Einnahmepartikel mit einem Durchmesser
von bis zu 200 Mikrometern durchsuchen. Die Filterstrukturen sind
die großen
fleischigen Kiemen, die innerhalb der Mantelhöhle an jeder Körperseite
liegen; diese Kiemen sind von verschiedenen Wimpernarten bedeckt.
Die Vorderwimpern an der Kiemenaußenseite schlagen in Richtung
der Randfurche, die entlang der freien Bauchkante der Kieme verläuft – Grobpartikel über 200
Mikrometer wandern entlang der Kämme
der Kiemenoberfläche
und werden von der Randfurche ferngehalten, während kleinere Partikel entlang
der Furche gesteuert werden und bei den Labialpalpen ankommen. Ein
Teil der Partikel, die bei den Labialpalpen ankommen, werden in
die Mundöffnung
befördert.
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Dadurch, daß man zum Beispiel den Wirkstoff
in Form von Partikeln, die zu diesem selektiven Nahrungsaufnahmemechanismus
passen und die von dem Organismus nicht als toxisch erkannt werden,
wird der Wirkstoff wirksamer aufgenommen und im Zielorganismus angereichert
werden.
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Vorzugsweise ist das Trägermaterial
für den
Zielorganismus nicht nur unschädlich,
sondern vorzugsweise auch nahrhaft und/oder für den Zielorganismus attraktiv,
wodurch die Einnahme der Partikel gefördert wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform
wird der Wirkstoff als Kern bereitgestellt, der von einer Beschichtung
mit unschädlichem
und/oder nahrhaftem und/oder attraktivem Trägermaterial um diesen Kern
herum umgeben ist.
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Das Behandlungsmittel kann jedoch
auch durch Mikroverkapselungstechniken wie komplexe Koazervation
hergestellt werden, wodurch man Mikrokapseln mit einem Durchmesser
zwischen 10 und 800 Mikrometern herstellen kann.
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Zwei mögliche Verkapselungstechniken
sind das Sprühbeschichten
im Wirbelbett oder die Sprüherstarrung.
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Mit dem Sprühbeschichten im Wirbelbett
war es möglich,
verkapselte Partikel im richtigen Größenbereich herzustellen, die
zum Beispiel aus 75 Gew.-% Palmitinsäure oder Stearinsäure und
25% Kaliumchlorid oder Kaliumpermanganat bestehen (der Wirbelbettfeststoff
wies eine Größe von 43 ± 10 μm oder 98 ± 10 μm auf).
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Mittels Sprüherstarrungsverfahren wurden
fluide gemahlene Kaliumchloridpartikel mit einem Durchmesser von
unter 10 μm
in Palmitinsäure
suspendiert und die Dispersion wurde zu Partikeln im Bereich von 10
bis 100 μm
versprüht.
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Ist der Wirkstoff in das einnehmbare
Partikel eingebettet, so wird er vorzugsweise in Form von viel kleineren „Subpartikeln", die gleichmäßig in dem
einnehmbaren Partikel verteilt sind, bereitgestellt.
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Ist der Wirkstoff in einer äußeren einnehmbaren
Beschichtung eingekapselt, so enthält er vorzugsweise einen Kern
mit einem Durchmesser von ungefähr
40 bis 60 Mikrometern. Die Beschichtungsdicke beträgt vorzugsweise
5 bis 40 Mikrometer, stärker
bevorzugt ungefähr
10 Mikrometer.
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Ist der Wirkstoff für den Zielorganismus
giftig, so handelt es sich bei dem bevorzugten Giftstoff um einen
anorganischen Feststoff wie Kaliumchlorid, das bei gewissen invasiven
Arten wie (Mies-)Muscheln und Venusmuscheln zu Herzschlag führt. Das
Kaliumchlorid wird vorzugsweise in Form von Kristallen in der entsprechenden
Größe bereitgestellt.
Statt Kaliumchlorid kann man auch Kaliumpermanganat verwenden.
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Zu Giftstoffen, die stattdessen verwendet
werden können,
zählen
Saponine, vorzugsweise das von Endodbeeren stammende „Lemmatoxin", oder eine künstlich
hergestellte Form seiner Wirkstoffe. Man kann eine Kombination von
zwei oder mehr unterschiedlichen Giftstoffen oder eine Giftstoffkombination
mit einem oder mehreren weiteren Wirkstoffen verwenden.
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Die Partikel sind vorzugsweise zumindest
teilweise wasserresistent, so daß sie in Wasser suspendiert werden
können,
ohne daß der
Wirkstoff übermäßig in das
Wasser ausgelaugt wird; zum Beispiel sollten sie bei mehrstündigem Eintauchen
in Wasser noch mindestens 75% des Wirkstoffs enthalten.
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Das Trägermaterial kann günstigerweise
aus Stärke
wie Kartoffelstärke,
die in Form einer Paste bereitgestellt werden kann, oder in Form
von Schokolade, die vorzugsweise 70% Kakaobestandteile enthält, hergestellt
werden. Zu anderen einnehmbaren Trägerstoffen, die sich für die Herstellung
der Partikel eignen, zählen
Bienenwachs, Fettsäuren
wie Palmitinsäure,
Stearinsäure, Öle, Fette
und Wachse oder deren Derivate, oder getrocknetes Plankton, z. B.
getrocknetes Phytoplankton oder getrocknetes Zooplanktion. Die Art
der einnehmbaren Substanz hängt
natürlich
vom Zielorganismus ab; es handelt sich vorzugsweise um eine Substanz, die
für den
jeweiligen Zielorganismus sowohl nahrhaft als auch attraktiv ist.
Man kann auch eine beliebige Kombination von zwei oder mehr der
genannten Substanzen verwenden. Ein Trägerstoff, der eine oder mehrere
Fettsäuren
enthält
oder beinhaltet, wird üblicherweise
bevorzugt, da er eine harte Beschichtung bildet und wenig wasserlöslich ist,
wodurch die Partikel während
ihrer Verweilzeit im Wasser aktiv bleiben können. Ein Stearinsäurepartikel
von 100 μm
löst sich
zum Beispiel in stehendem Wasser innerhalb von 124 Stunden.
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Die Partikel sind vorzugsweise in
Süßwasser
auftriebsneutral, was einer optimalen Partikeldichte von 1 g/cm3 entspricht, was sich zum Beispiel mit 26%
KCl in Palmitinsäure
oder 11% KCl in Stearinsäure
erzielen läßt. Die
Hydrophobizität
solcher Partikel hemmt ein Dispergieren in Wasser, das Dispergieren
kann jedoch dadurch erleichtert werden, daß man ein Tensid wie Natriumpalmitat
in einem Anteil von ungefähr
1 Gew.-% der Partikel verwendet.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Ermutigung eines wirbellosen
Organismus, eine Substanz, die eine erwünschte biologische Wirksamkeit
in dem Organismus bei Einnahme durch den Organismus aufweist, einzunehmen,
bereitgestellt, wobei man bei diesem Verfahren Partikel, die von
dem Organismus einnehmbar sind und die Substanz sowie mindestens
einen Trägerstoff
beinhalten, wobei die Substanz fest, für den Zielorganismus giftig
ist und mit einem etwas wasserlöslichen
Trägerstoff
beschichtet oder darin eingekapselt ist, in die Umwelt des Organismus
einbringt.
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Vorzugsweise beinhaltet das Verfahren
den Schritt, daß man
die Organismen mindestens 4 Stunden lang, stärker bevorzugt 4 bis 8 Stunden
lang, mit den Partikeln in Kontakt bringt.
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Gemäß diesem zweiten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird weiterhin ein Verfahren zum Konzentrieren
von mindestens einer Substanz auf eine biologisch aktive Konzentration
in einem wirbellosen Organismus bereitgestellt, wobei man bei diesem
Verfahren Partikel, die die Substanz sowie mindestens einen Trägerstoff
enthalten, in die Umwelt des Organismus einbringt, wobei die Partikel
von dem Organismus eingenommen werden und so die genannte Substanzkonzentration
bewirken, wobei die Substanz fest, für den Zielorganismus giftig
und mit der Trägersubstanz
beschichtet oder darin eingebettet ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Verhinderung des Unterbrechens
der Futteraufnahme bei einem wirbellosen Organismus, das andernfalls
aufgrund des Vorhandenseins einer Substanz in der Umwelt des Organismus
stattfinden würde,
bereitgestellt, wobei dieses Verfahren den Schritt beinhaltet, daß man die
Substanz in Form von Partikeln, die von dem Organismus einnehmbar sind,
bereitstellt, wobei diese Partikel auch einen Trägerstoff beinhalten, wobei
die Substanz fest und mit dem Trägerstoff
beschichtet oder darin eingebettet ist und wobei die Substanz für den Zielorganismus
giftig ist.
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Da der Organismus nun weiterhin Nahrung
aufnimmt, reichert sich die Substanz wirksam innerhalb des Organismus
an und es wird dadurch die erforderliche Gesamtmenge, die in die
Umwelt eines Organismus gegeben werden muß, um die gewünschte Wirkung
zu erzielen, reduziert.
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Gemäß einem vierten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bekämpfung einer
invasiven oder gegebenenfalls invasiven Population von wirbellosen
Organismen bereitgestellt, dadurch gekennzeichnet, daß man eine
wirksame Menge einer Zusammensetzung mit Partikeln, die einen Trägerstoff
und mindestens einen Wirkstoff enthält, an diese Population verfüttert, wobei
der Wirkstoff fest, für
den Zielorganismus giftig und mit der Trägersubstanz beschichtet oder
darin eingebettet ist.
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Unter „wirksame Menge" versteht man genug
für eine
ausreichende biologische Wirkung auf die Population oder auf Einzeltiere
innerhalb der Population.
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Der Wirkstoff ist vorzugsweise für den Zielorganismus
giftig, und bei der wirksamen Menge handelt es sich um eine Menge,
die ausreicht, um eine beträchtliche
Anzahl von Einzeltieren innerhalb der Population abzutöten oder
um die Tendenz der Population, invasiv zu werden oder zu bleiben,
zu verringern, zum Beispiel bei Muscheln ihre Tendenz, sich an den
Untergrund und/oder aneinander anzuheften (Aggregationsbildung), zu
verringern.
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Werden Einzelorganismen abgetötet, so
kann der Tod entweder während
der erfindungsgemäßen Behandlung
oder eine gewisse Zeit nach der Behandlung aufgrund direkter oder
indirekter Folgen der Behandlung stattfinden.
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Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zur Behandlung von Wasser, das wirbellose
Organismen enthält,
bereitgestellt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Partikel,
die mindestens einen Trägerstoff
und mindestens einen Wirkstoff enthalten, in das Wasser gibt, wobei
diese Partikel in einer wirksamen Menge von den wirbellosen Organismen
einnehmbar sind, wobei der Wirkstoff fest und mit dem Trägerstoff
beschichtet oder darin eingekapselt ist und wobei der Wirkstoff
für den
Zielorganismus giftig ist.
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Vorzugsweise sind die Partikel bzw.
ist zumindest der Trägerstoff
zumindest teilweise wasserresistent, so daß genügend lang verhindert wird,
daß der
Wirkstoff in das Wasser ausgelaugt wird, damit eine wirksame Menge
an Zusammensetzung von den Zielorganismen eingenommen werden kann.
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Gemäß einem sechsten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Bekämpfung von Parasiten
oder Symbionten in oder an einem wirbellosen Wirtsorganismus bereitgestellt,
wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man Partikel,
die mindestens einen Trägerstoff
und mindestens einen Wirkstoff mit biologischer Wirksamkeit in dem
Wirt und/oder in dem Parasiten oder Symbionten an den Wirtsorganismus
verfüttert,
wobei der Wirkstoff fest und mit dem Trägermaterial beschichtet oder
darin eingekapselt ist und wobei der Wirkstoff für den Zielorganismus toxisch
ist.
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Gemäß einem siebten Aspekt der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Schaffung einer Umwelt,
die sich für
die Zucht von wirbellosen Organismen eignet, bereitgestellt, wobei
das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß man Partikel, die mindestens
einen Trägerstoff
und mindestens einen Wirkstoff enthalten und die von den Organismen
einnehmbar sind, in diese Umgebung gibt, wobei der Wirkstoff fest
und mit der Trägersubstanz
beschichtet oder darin eingekapselt ist und wobei der Wirkstoff
für den
Zielorganismus giftig ist.
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Dieser Wirkstoff ist vorzugsweise
ein Nährstoff
oder Wachstumsfaktor.
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Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Futterprodukt für die Zucht von wirbellosen Organismen
bereitgestellt, wobei das Futter und Produkt Partikel enthalten,
die von den Organismen einnehmbar sind und mindestens einen Wirkstoff
und mindestens einen Trägerstoff
enthalten, wobei der Wirkstoff fest und mit dem Trägermaterial
beschichtet oder darin eingekapselt ist und wobei der Wirkstoff
für den Zielorganismus
giftig ist.
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Die Partikel beinhalten vorzugsweise
mehrere Nährstoffe,
die den Ernährungsanforderungen
des zu züchtenden
Organismus entsprechen.
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Jedes Merkmal eines jeden Aspekts
einer jeden im vorliegenden Zusammenhang beschriebenen Erfindung
oder Ausführungsform
kann mit einem jeden Merkmal eines jeden Aspekts einer jeden, im
vorliegenden Zusammenhang beschriebenen Erfindung oder Ausführungsform
kombiniert werden.
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Es sollen nun lediglich aus Beispielgründen unter
Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung beschrieben werden.
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1 zeigt
ein Partikel mit einem darin erfindungsgemäß homogen eingebetteten Wirkstoff,
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2 zeigt
ein Partikel mit einem Wirkstoffkern, der von einer freßbaren Beschichtung
umgeben ist,
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2a zeigt
ein Verfahren zur Herstellung von Partikeln mit einem Trägerstoff
auf Stärkebasis,
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3 zeigt
die in Tabelle 2 dargestellten Ergebnisse in Form einer graphischen
Darstellung.
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4 ist
eine graphische Darstellung der Zeit, die von drei Zebramuscheln
bei unterschiedlichen Endodkonzentrationen zum Absterben benötigt wird.
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5 ist
eine graphische Darstellung der mittleren Zeitdauer, die von Zebramuscheln
bei unterschiedlichen Endodkonzentrationen zum Absterben benötigt wird.
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6 enthält zwei
graphische Darstellungen der mittleren Zeitdauer, die Zebramuscheln
zum Absterben benötigen,
wenn sie mit 30 mg/l Endod, das unterschiedlich lang in Wasser abbauen
gelassen wurde, in Kontakt gebracht wurden. Das Endod wurde bei
15°C und
40°C abbauen
gelassen (die Sternchen geben Versuche an, bei denen keine Zebramuscheln
abgetötet
wurden, und a bezeichnet einen Versuch,
in dem nur eine einzige Zebramuschel abgetötet wurde).
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7 ist
eine graphische Darstellung des Anteils an Zebramuscheln, die beim
Einsetzen in filtriertes Teichwasser oder filtriertes Teichwasser
mit letalen Endoddosen offen bzw. geschlossen waren.
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8 ist
ein Photo einer Zebramuschel, die mit Wasser, das eine Suspension
einer Ölfarbe
in Pflanzenöl
enthielt, in Kontakt gebracht worden war. Der Pfeil zeigt auf den
Darm, der durch die eingenommenen Pigmentpartikel gefärbt wurde.
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9 ist
eine graphische Darstellung der mittleren Anzahl an Muscheln, die
während
Versuch 8 am Leben waren.
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10 ist
eine graphische Darstellung der mittleren Länge der nach bestimmten Zeitabständen während Versuch
8 verbleibenden Muscheln.
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11 ist
ein Vergleich der mittleren Größe von überlebenden
oder abgetöteten
Tieren nach Versuch 8.
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Die 12 bis 16 sind REM-Aufnahmen (REM
= Rasterelektronenmikroskop) von erfindungsgemäßen Partikeln.
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17 ist
eine Reihe von mikroskopischen Aufnahmen von Partikeln zweier unterschiedlicher
Partikelproben während
der Größenfraktionierung.
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Jedes Partikel – oder zumindest ein Großteil der
Partikel – aus
dem die Zusammensetzung besteht und das bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet wird, kann ein Partikel 10 (siehe 1) aus Trägersubstanz 12 wie
Schokolade (einer Substanz, die für den Zielorganismus, zum Beispiel
die Zebramuschel (Dreissena polymorpha) freßbar ist) enthalten, in dem
wesentlich kleinere „Subpartikel" 13 eines
Wirkstoffs, im Fall der Zebramuschel Kaliumchlorid (KCl)-Kristalle,
eingebettet sind. Die bevorzugte Größe des Partikels 10 ist
ein Durchmesser von ungefähr
100 Mikrometern.
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Zu weiteren bevorzugten Trägerstoffen
zählen
getrocknetes Phytoplankton oder getrocknetes Zooplankton.
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Ein stärker bevorzugter Typ des Partikels 10' ist der in 2 dargestellte Typ, bei
dem ein Kern 14 eines einzelnen KCl-Kristalls mit einem
Durchmesser von ungefähr
53 Mikrometern, der von einer Beschichtung 16 mit einem
Trägerstoff
(z. B. Schokolade) umgeben ist, wobei das Ganze dann auf ungefähr 90 Mikrometer
Durchmesser vermahlen wird.
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Die 2a zeigt
ein anderes Verfahren zur Herstellung von erfindungsgemäßen Partikeln,
bei dem Stärkepulver 20 mit
destilliertem Wasser 22 (oder für ein giftiges Partikel KCl-Lösung) vermischt
und durch eine Siebplatte 24 extrudiert wird, wodurch eine
Flocke 26 hergestellt wird, die dann zusammen mit Zirkoniumkugeln
durch einen Mühle 28 und
durch ein 75 μm-Sieb 30 gegeben
wird, wodurch man zu Partikeln mit einem Durchmesser von ≤75 μm gelangt.
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Versuch 1
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Die Toxizität von KCl allein gegenüber der
Zebramuschel ist in Tabelle 1 unten dargestellt, in der die Ergebnisse
des folgenden Versuchs angegeben sind:
- 1) Mehrere
Gefäße wurden
mit 20 ml destilliertem Wasser sowie KCl-Kristallen in einer bestimmten
Menge, die auf unter 53 Mikrometer vermahlen wurden, gefüllt. Die
KCl-Mengen wurden so gewählt,
daß sie
die KCl-Gesamtmenge
darstellten, die von einer Muschel, die 1 Liter Wasser pro Tag filtert,
eingenommen würde.
- 2) In jedes Gefäß wurde
eine Muschel gegeben (es wurde angenommen, daß die Muschel die begrenzte Lösungsmenge
in dem Gefäß kontinuierlich
weiterfiltern würde
und so die erforderliche KCl-Menge einnehmen würde).
- 3) Die Muscheln wurden in Abständen während der folgenden zwei Tage
beobachtet und ihr Zustand wurde registriert (lebend, tot oder geschlossen,
d. h. die Muschel lebt noch, hat jedoch vorübergehend die Nahrungsaufnahme
unterbrochen).
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Tabelle
1 – Toxizität unterschiedlicher
KCl-Mengen gegenüber
der Zebramuschel über
einen Zeitraum von zwei Tagen.
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Wie aus der Tabelle oben ersichtlich
ist, zeigt die Verwendung von KCl allein in niedrigeren Konzentrationen über den
Versuchszeitraum keine Wirkung. Ziel der Erfindung ist es, die Konzentrationen
auf unterhalb 1% Bulk-Konzentration zu verringern, was der Masse
von 0,5 mg in Tabelle 1 entspricht, was eindeutig nicht die erwünschte Wirkung
der Bekämpfung
von Muscheln mit KCl allein haben würde.
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Versuch 2
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Die Toxizität eines anderen Giftstoffs
wurde ebenfalls untersucht und mit der Toxizität von KCl verglichen. In einem
weiteren Versuch, dessen Ergebnisse in Tabelle 2 gezeigt und graphisch
in 3 dargestellt sind,
wurde Endod auf eine Partikelgröße von ungefähr 75 Mikrometern
vermahlen und dann an eine Probegruppe von fünf Muscheln verfüttert; es
wurde gezeigt, daß über einen
Zeitraum von ungefähr
5 Tagen bei niedrigen Endod-Konzentrationen alle Muscheln abgetötet werden
konnten.
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Tabelle
2 – Toxizität von Endod
gegenüber
der Zebramuschel im Vergleich zu KCl
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Ein besonderer Vorteil bei der Verwendung
von Endod als Giftstoff besteht darin, daß man damit eine latente Mortalität (Absterben,
nachdem Endod das System verlassen hat) bei der Zebramuschel erzielen
kann. Ein Pulver aus getrockneten Endod-Beeren ist für die Zebramuschel
letal; diejenigen Muscheln, die nicht abgestorben waren, waren nicht
mehr imstande, Ansammlungen zu bilden und sich anzuheften (Lemma
et al, 1991). Eine Kurzdosis über
einen Zeitraum von 4–8
Stunden führt
zu einer Abtötung
von 50% sowie einer entsprechenden Langzeitmortalität. Endod
kann auch leicht mit Aktivkohlebetten absorbiert werden, ist jedoch noch
nicht zur Verwendung in Kühlwassersystemen
zugelassen. Die Toxizität
von Endod gegenüber Nicht-Ziel-Organismen
im Vergleich zur Zebramuschel ist in Tabelle 3 dargestellt, in der
sowohl der 48-h-LC50-Wert als auch das 95%-Konfidenzintervall
angegeben sind (der 48-h-LC50-Wert ist diejenige Giftstoffkonzentration,
die zum Herbeiführen
des Absterbens bei 50% der Population innerhalb 48 Stunden erforderlich
ist).
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Tabelle
3 – Toxizität von Endod
gegenüber
Ziel- und Nicht-Ziel-Organismen (aus Waller, Rach, Cope und Marking
1993: Toxicity of Candidate Molluscicides to Zebra Mussel and Selected
Non-target organisms [Toxizität von
möglichen
Molluskiziden gegenüber
der Zebramuschel und ausgewählten
Nicht-Ziel-Organismen]).
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Versuch 3
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In dem folgenden Versuch wurden die
letalen Endod-Konzentrationen bestimmt.
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Sechs Gefäße, die jeweils drei Zebramuscheln
mit einer Länge
von ungefähr
2 cm enthielten, wurden mit 100 ml filtriertem Teichwasser gefüllt. Jedes
Gefäß wurde
kontinuierlich belüftet
und konstant bei 15°C
gehalten. Die Muscheln wuren zwei Stunden lang akklimatisieren gelassen;
anschließend
wurden unterschiedliche Mengen an Endod-Pulver (aus getrockneten
Beeren) mit einer Größe von ≤75 μm in fünf der Gefäße gegeben
(0,002 g, 0,005 g, 0,01 g, 0,03 g, 0,1 g). Das sechste Gefäß diente
als Kontrolle. Die Anzahl der toten Muscheln in jedem Gefäß wurde
regelmäßig über einen
Zeitraum von 4,5 Tagen beobachtet. Die Beobachtungen sind unten
in Tabelle 4 angegeben; diese Ergebnisse sind graphisch in den 4 und 5 dargestellt.
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Tabelle
4 – Ermittlung
eines Richtwerts für
die erforderliche Endod-Letaldosis.
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In dem Kontrollgefäß bzw. bei
Endod in einer Konzentration von 2 mg/l starben keine Muscheln ab (4 und 5). Bei 30 bzw. 100 mg Endod pro Liter
waren alle Muscheln innerhalb von 36 Stunden abgestorben und bei
5 mg Endod pro Liter waren alle Muscheln innerhalb von 84 Stunden
abgestorben (4). Bei den
höchsten
Endod-Konzentrationen starben die Muscheln am raschesten ab (5).
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Versuch 4
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In diesem Versuch wurde die Geschwindigkeit,
mit der Endod bei unterschiedlichen Temperaturbehandlungen abgebaut
wird, beschrieben. Sobald aus Versuch 3 bekannt war, daß eine Endod-Konzentration von
30 mg/Liter für
Zebramuscheln letal war, wurden sechs Gruppen zu je drei Gefäßen mit
100 ml filtriertem Teichwasser sowie 0,03 g Endod-Pulver mit einer
Größe von ≤75 μm befüllt und
bei einer konstanten Temperatur von 15°C aufbewahrt. Das Endod wurde
6, 4, 3, 2, 1 bzw. 0 Tage lang in den Gefäßen abbauen gelassen, und das
Wasser wurde anschließend
durch Filterpapier gegossen und der Rückstand in 100 ml filtriertem Teichwasser resuspendiert.
Dadurch wurde sichergestellt, daß Giftstoffe in Zusammenhang
mit dem bakteriellen Abbau von Endod den Versuch nicht beeinflußten. In
jedes Gefäß wurden
drei Zebramuscheln (mit einer Länge
von ungefähr
2 cm) gegeben, die Gefäße wurden
bei einer konstanten Temperatur von 15°C aufbewahrt, und die Muscheln
wurden in regelmäßigen Zeitabständen beobachtet.
Zu jedem Beobachtungszeitpunkt wurde die Anzahl der toten Muscheln
notiert. Der Beobachtungszeitraum erstreckte sich über sechs Stunden
oder bis alle Muscheln abgestorben waren.
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Der Versuch wurde mit Endod, das
3, 2,5, 2, 1,5, 1, 0,5 bzw. 0 Tage bei einer konstanten Temperatur von
40°C abbauen
gelassen wurde, wiederholt. Sobald die Muscheln in die Gefäße gegeben
wurden, wurden diese konstant bei 15°C gehalten. Der Beobachtungszeitraum
erstreckte sich über
33 Stunden. Die Beobachtungen sind in den Tabellen 5 und 6 gezeigt
und die Ergebnisse graphisch in 6 dargestellt.
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Ergebnisse
Anhang
1 – Abbau
bei 15°C
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Anhang
1 – Abbau
bei 40°C
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Die Wirksamkeit von Endod blieb bis
zu 2 Tage lang erhalten, wonach Endod keine Muscheln mehr abtötete. Dieses
Ergebnis war bei beiden Temperaturbehandlungen gleich (6). Bei 15°C starben
die Muscheln rascher mit Endod, das nur einen Tag in Wasser aufbewahrt
worden war als mit Endod, das zwei Tage lang in Wasser aufbewahrt
worden war. Muscheln, die mit Endod, das 0 Tage lang abbauen gelassen
worden war (d. h. das Endod wurde in Wasser suspendiert und dann
sofort abfiltriert), in Kontakt war, trat in den sechs Gefäßen (bei
achtzehn Muscheln) nur ein Todesfall auf. In den Kontrollgefäßen starben
keine Muscheln.
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Versuch 5
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In diesem Versuch wurden Zebramuscheln
getestet, um herauszufinden, ob sie diese Schließreaktion in Gegenwart von
Endod zeigten.
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Zu jedem Beobachtungszeitpunkt während Versuch
4 wurde notiert, wieviele Muscheln geschlossen waren oder offen
waren und normal atmeten.
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Ergebnisse
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Nach 77,5 Stunden waren bis auf eine
Ausnahme alle neun Muscheln, die mit Endod behandelt worden waren,
tot. Muscheln, die mit Endod behandelt wurden, blieben beinahe über den
gesamten Versuchszeitraum geschlossen, während ein Großteil der
Muscheln in den Kontrollgefäßen meistens
offen waren (7).
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Versuch 6
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In diesem Versuch wurde geprüft, ob neuartige,
markierte organische Partikeln von lebenden Zebramuscheln eingenommen
wurden.
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Eine Suspension markierter organischer
Partikel wurde dadurch hergestellt, daß man Pflanzenöl mit rot
pigmentierter Ölfarbe
vermischte und die Mischung in filtriertes Teichwasser einrührte. Ungefähr zwanzig Zebramuscheln
(mit einer Länge
von ungefähr
0,5–3
cm) wurden in die Suspension gegeben und 48 Stunden lang darin belassen,
wonach die Muscheln getötet
und geöffnet
wurden.
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Ergebnisse
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Es wurde beobachtet, daß ein Großteil der
Zebramuscheln während
der gesamten Versuchsdauer offen waren. Beim Öffnen der Muscheln war es eindeutig,
daß viele
die markierten Partikel eingenommen hatten, was durch das Durchscheinen
eines roten Darms durch die Wand der Darmmasse erkannt wurde (8). Eine visuelle Beobachtung
der roten Därme
bei den kleinsten Muscheln war weniger eindeutig, obwohl eine Sektion
der Darmmasse häufig
das Vorhandensein von roten Partikeln im Darmlumen ergab.
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Die Ergebnisse der Versuche 3 bis
6 sind ein starker Beweis dafür,
daß ein
verkapseltes Produkt eine Möglichkeit
darstellt. Es wurde gezeigt, daß sich
Zebramuscheln in Gegenwart von rohen nicht eingekapselten Giftstoffen
wie Endod schließen
und daß daher
ein eingekapseltes Produkt die Giftstoffmenge, die erforderlich ist,
um ein Absterben zu bewirken, im Vergleich dazu, daß man einfach
Giftstoffe ins Wasser schüttet,
wesentlich verringert. Es wurde auch gezeigt, daß neue organische Partikel
in den Darm von Zebramuscheln jeglicher Größe gelangen können.
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Endod hat sich als wirksamer Giftstoff
erwiesen, der bereits bei Konzentrationen von >2 mg/l ein Absterben bewirkt. Theoretisch
läßt sich
diese Endod-Letalkonzentration
wesentlich verringern, wenn der Giftstoff wie vorgeschlagen eingekapselt
wird. Vielversprechend ist, daß Endod
nach zwei Tagen in der Wassersäule
unabhängig
von der Temperatur biologisch abgebaut wird. Das bedeutet, daß sich Endod
im Ökosystem nicht
anreichert, wodurch es als äußerst geeignetes
Produkt für
geschlossene Systeme wie die Great Lakes gelten muß. Ebenfalls
vielversprechend ist die Tatsache, daß Endod auch bei Temperaturen
von 40°C
aktiv bleibt, weil dies bedeutet, daß es in geheiztem Wasser von
Kraftwerken seine Aktivität
beibehalten wird.
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Versuch 7
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Zwei Arten von Partikeln, die KCl-Schokolade-Mischungen
enthielten, wurden hergestellt. Ein Partikeltyp umfaßte ein
freßbares
Schokoladensubstrat mit einem Durchmesser von ungefähr 100 Mikrometern,
in dem eine Anzahl wesentlich kleinerer KCl-Kristalle eingebettet
waren (1), während der
andere Partikeltyp einen einzigen KCl-Kristall mit einem Durchmesser
von ungefähr
53 Mikrometern, der mit Schokolade beschichtet war und dann auf
einen Durchmesser von ungefähr
90 Mikrometern vermahlen wurde, umfaßte (2). Wurden diese Partikel in Wasser,
in dem Muscheln gehalten wurden, suspendiert, so starben innerhalb
von zwei Tagen drei von vier Muscheln.
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Versuch 8
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Mittels Sprühbeschichten im Wirbelbett
wurde eine Charge von Partikeln („Charge 7") hergestellt. KCl-Partikel mit einer
Größe von 98 μm wurden
gemeinsam mit 1% Silika durch ein 350-μm-Sieb gegeben, um die Verwir belung
zu unterstützen.
800 g Feststoff wurden 20 Minuten lang mit einem Durchsatz von ungefähr 12 ml
min–1 mit
Palmitinsäure
(Fp. 61°C)
besprüht.
400 g des erhaltenen Feststoffs wurden dann nochmals mit Palmitinsäure beschichtet,
wodurch man Partikel, die zwischen 20 und 25 Gew.-% KCl enthielten,
erhielt.
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40 1-Liter-Becher wurden mit 500
ml Leitungswasser befüllt
und über
Nacht bei 25°C
in einem Klimaraum belüftet.
Dann wurden zehn große
Zebramuscheln in jeden Becher gegeben, wobei darauf geachtet wurde,
daß der
Größenbereich überall ungefähr gleich
war. Es wurden fünf
unterschiedliche Behandlungen vorgenommen (und zwar so, daß jede Behandlung
in achtmaliger Wiederholung durchgeführt wurde);
- 1.
man versetzte mit 5 g (Charge 7).
- 2. man versetzte mit 0,5 g (Charge 7).
- 3. man versetzte mit 0,05 g (Charge 7).
- 4. man versetzte nur mit 5 g Palmitinsäure.
- 5. man versetzte mit 1,15 g KCl (gleiche Gewichtsmenge wie in
5 g Charge 7).
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Jede Behandlungssubstanz wurde gründlich in
jeden Becher eingerührt,
und es wurde während
der gesamten Versuchsdauer weiterhin belüftet. Nach einigermaßen gleichmäßigen Abständen wurde
die Anzahl toter Muscheln (offenstehende Muscheln) in jedem Gefäß gezählt und
anschließend
entfernt und gemessen. Dies wurde so lang durchgeführt, bis
die meisten Muscheln tot waren oder bis 72 Stunden vergangen waren.
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Die Ergebnisse sind in den Tabellen
7, 8 und 9 unten gezeigt und graphisch in den 9, 10 und 11 dargestellt. Die Linien
1 bis 5 entsprechen jeweils den Behandlungen 1 bis 5.
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Tabelle
7 – Länge der
in Abhängigkeit
von der Zeit absterbenden Muscheln bei Behandlung mit 5 g Charge
7
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Tabelle
8 – Anzahl
lebender Muscheln pro Gefäß in Abhängigkeit
von der Zeit bei Behandlung mit 5 g Charge 7 (1,15 g KCl)
-
Tabelle
9 – Anzahl
lebender Muscheln pro Gefäß in Abhängigkeit
von der Zeit (1,15 g KCl)
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Wie aus 9 hervorgeht (mittlere Anzahl der lebenden
Muscheln pro Becher zu gewissen Zeitabständen während der ersten 24 Stunden
nach den fünf
verschiedenen Behandlungen), sterben während der ersten 24 Stunden
bei 0,5 g und 0,05 g Charge 7 und bei Palmitinsäure allein keine Muscheln ab
(obwohl bei beiden Charge-7-Konzentrationen im Verlauf der nächsten beiden
Tage Absterben in geringem Ausmaß beobachtet wird). 5 g Charge
7 und 1,15 g KCl führen
beide zu einem raschen Absterben, insbesondere über die ersten 8 Stunden. Von
diesen beiden Behandlungen scheint Charge 7 die rascher wirkende
Behandlung zu sein, obwohl bei beiden Behandlungen die gleiche Salzmenge
vorliegt.
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10 (mittlere
Länge der
nach Zugabe von Behandlung 1 verbleibenden Muscheln nach gewissen Zeitabständen) zeigt,
daß bei
Behandlung 1 signifikante Unterschiede in bezug auf die Größe der Muscheln, die
zu verschiedenen Versuchszeitpunkten absterben, bestehen (einfache
Varianzanalyse, FG = 9, P = 0,05).
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Dann wurden die mittleren Größen bei
den Todesfällen
und bei den Überlebenden
bei Durchführung der
Behandlung 2 und 3 verglichen. Die 3 ist
eine Zusammenfassung der Ergebnisse von diesen beiden gepoolten
Behandlungen. Die mittlere Größe der Überlebenden
ist wesentlich geringer als bei den abgestorbenen Muscheln (t-Test
mit zwei Stichproben, FG = 158, P = 0,0001).
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Die 12 und 13 stellen REM-Aufnahmen
von Partikeln, die Kaliumpermanganat in einer Größe von 90 Mikrometern, das
mit Palmitinsäure
beschichtet ist, enthalten, wobei die Partikel durch Sprüherstarrung im
Wirbelbett hergestellt werden. Die dargestellten Partikel weisen
einen Größenbereich
von 150 bis 250 Mikro metern auf (Bestimmung durch Größenfraktionierung
mittels Sieben).
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Die 14 und 15 sind REM-Aufnahmen von ähnlichen
Partikeln, jedoch mit einer Größe von über 250
Mikrometern.
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Die 16 ist
eine REM-Aufnahme von Partikeln mit einer Größe von über 250 Mikrometern, die Kaliumchlorid
in einer Größe von 98
Mikrometern, das mit Palmitinsäure
beschichtet ist, enthalten und die durch Sprüherstarrung im Wirbelbett hergestellt
werden.
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Die 17 enthält eine
Reihe von mikroskopischen Aufnahmen von Partikeln zweier unterschiedlicher
Proben während
der Größenfraktionierung,
die mit (7) und (9) bezeichnet werden (die Zahlen 90, 150 und 250
geben die Größe des Siebs,
auf dem die Probe zurückgehalten
wurde, in Mikrometern an, und Res bedeutet, daß die Probe durch ein 90-Mikrometer-Sieb
durchging). Die Balken entsprechen 400 μm. Bei der Probe (7) handelt
es sich um die gleiche Probe, die auch in Versuch 8 verwendet wurde,
während
die Probe (9) Kaliumchloridpartikel mit einer Größe von 43 μm, zu denen vor dem 30minütigen Besprühen mit
Stearinsäure 4
g Silika gegeben worden waren, umfaßt.