Erhöhte UV-Strahlung: Folgen und Maßnahmen

Verzeichnis der Vortragenden und der Diskussionsteilnehmer am Rundgespräch 7-8
Vorwort 9
Begrüßung durch den Präsidenten der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, Prof. Dr. Dr. h.c. mult. Heinrich NÖTH 11-12
Begrüßung durch den Bayerischen Staatsminister für Wissenschaft, Forschung und Kunst, Dr. Thomas GOPPEL 13-14
Markus RIEDERER: Einführung in das Rundgespräch 15-18
Peter KÖPKE, Jochen REUDER und Jan SCHWEEN: UV-Strahlung – gestern, heute und morgen 19-28
Diskussion 29-30
Peter WINKLER und Sebastian TREPTE: Einfluss veränderter Bewölkung auf die UV-Strahlung 31-38
Richard KNOCHE und Renate FORKEL: Regionale Klimaänderung und ihr Einfluss auf UV-Strahlung und Photosmog 39-46
Peter WERLE, Stephan SCHERLE und Eva FALGE: Strahlungsvariabilität in einem Gerstenbestand 47-55
Jan SCHWEEN und Peter KÖPKE: Modellierung der UV-Dosis im Gerstenbestand 57-62
Diskussion zu den Vorträgen Winter, Knoche, Werle und Schween 63-64
Harald SEIDLITZ, Dietrich ERNST, Andreas KRINS und Werner HELLER: Erhöhte UV-Strahlung – Simulation und Risikobewertung 65-71
Diskussion 72
Jörg-Peter SCHNITZLER, Martina ZAHN und Christa OSCHINSKI: Schäden in der Gerstenpflanze durch Sonnenstrahlung 73-80
Dietrich ERNST, Michael GÖTZ, Bernd HEIDENREICH, Werner HELLER, Andreas Krins und Harald Seidlitz: Spektrale Abhängigkeit der Regulation von pflanzlichen Schutzpigmenten 81-87
Lorenz HARTL, Anita BEHN, Günther SCHWEIZER und Max BAUMER: Resistenzzüchtung gegen die nichtparasitäre Blattverbräunung bei Gerste 89-97
Diskussion zu den Vorträgen Schnitzler, Ernst und Hartl 97-98
Erhard E. PFÜNDEL: Wirkung von UV-Strahlung auf Lebewesen 99-107
Diskussion 108-109
Christiane KOLB, Markus RIEDERER und Erhard E. PFÜNDEL: Sonnenbrand bei Weinbeeren 111-116
Michael Schubert: Auswirkungen der UV-Strahlung auf Fischbrut 117-123
Hans PAPEN, Thomas HEUSER, Robert J. FISCHBACH und Wolfgang ZIMMERT: Folgen der UV-Strahlung für Mikroorganismen auf Pflanzenblättern 125-132
Diskussion zu den Vorträgen Kolb, Schubert und Papen 133-134
Sabine GAUBE und Marianne PLACZEK: UV-Strahlung und menschliche Gesundheit 135-146
Diskussion 147-148
Marion LACKHOFF und Reinhard NIESSNER: Schadstoffabbau durch UV-Strahlung 149-154
Peter HÖPPE, Andreas OPPENRIEDER, Peter KÖPKE, Jochen REUDER, Meinhard SEEFELDNER und Dennis NOWAK: Auf den Menschen bezogene Messung von UV-Strahlung 155-162
Sabine GAUBE, Urs KERKMANN, Bernhard PRZYBILLA und Marianne PLACZEK: Schutz vor UV-Strahlung durch Antioxidantien 163-171
Diskussion zu den Vorträgen Nießner, Höppe und Gaube 173-175
Markus RIEDERER: Zusammenfassung 177-180
Christian SCHUBERT: Schlusswort 181-182

Peter KÖPKE, Joachim REUDER und Jan SCHWEREN:
UV-Strahlung – gestern, heute und morgen

[S. 19-28]

Die erythemwirksame – für einen Sonnenbrand verantwortliche – solare UV-Strahlung wird vorgestellt und ihre Abhängigkeit vom Sonnenstand und von den atmosphärischen Parametern diskutiert. Dies sind neben Ozon in erster Linie die Wolken, aber auch Aerosol, Bodenalbedo und Höhe des Messortes.

Gegenüber der Vergangenheit, genauer gesagt den 60er Jahren des letzten Jahrhunderts, hat die UV-Strahlung, bedingt durch die Abnahme des Gesamtozons, im Mittel zugenommen. Für die Zukunft, Mitte dieses Jahrhunderts, ist mit einer Erholung der Ozonschicht zu rechnen. Damit kommt es zu einem Rückgang der UV-B-Strahlung bei wolkenfreien Bedingungen, mit einem Jahresgang mit geringstem Rückgang im Frühling, wenn die Haut am wenigsten an Sonne gewöhnt ist. Gleichzeitig wird aber für Mitteleuropa auch eine Reduktion der Bewölkung im Sommer vorhergesagt. Für die UV-B-Exposition unter Berücksichtigung der Bewölkung ergibt sich damit für die Zukunft in den Sommermonaten eine Zunahme, da die Bewölkungsabnahme den Effekt der Ozonzunahme überkompensiert. Für die UV-A-Strahlung ist eine überproportionale Erhöhung durch den Wolkeneffekt zu erwarten, da hier der strahlungsmindernde Ozoneffekt keine Rolle spielt.

Peter WINKLER und Sebastian TREPTE:
Einfluss veränderter Bewölkung auf die UV-Strahlung

[S. 31-38]

Viele biologische und luftchemische Systeme werden durch die UV-Strahlung beeinflusst, es ist daher wichtig, deren langfristige Veränderungen zu kennen. Während die jahreszeitlich unterschiedliche Ausdünnung und die Gesamtabnahme der Ozonschicht für die UV-Spitzenbelastung verantwortlich sind, wirken sich die jahreszeitlich ebenfalls verschiedenen Veränderungen in der Bewölkung in der UV-Dosis aus. Zur Feststellung der langfristigen Veränderung der UV-Belastung wurde ein Verfahren zur Rekonstruktion der UV-Strahlung entwickelt, welches auf beobachteten Parametern aufbaut. Aus dem Zeitraum seit 1990 liegen direkte UV-Messungen zusammen mit Beobachtungen des Gesamtozons, der Bewölkung und der Global- sowie diffusen Strahlung vor. Die Bewölkung wird mit Hilfe der auf eine dunst- und wolkenfreie Atmosphäre normierten Globalstrahlung beschrieben, wodurch Bedeckungsgrad, optische Dicke und Wolkenart mittels einer gemessenen physikalischen Größe ausreichend durch einen sog. Wolkenmodifikationsfaktor charakterisiert werden. Auch Änderungen der atmosphärischen Trübung werden auf diese Weise mit erfasst. Aus dem Zeitraum 1990-1998 wurden Korrelationen zwischen Einflussgrößen und UV bestimmt und damit die UV-Strahlung des Zeitraums 1968-2001 rekonstruiert. Die Rekonstruktion wurde für die beiden Orte Hohenpeißenberg (Südbayern) und Würzburg (Nordbayern) vorgenommen. Unabhängige Kontrollmessungen bestätigten die Brauchbarkeit der Methodik, mit der es gelang, 97 % der Varianz des UV zu erklären.

Kurzfristige witterungsbedingte Ozonabnahmen können im Frühjahr bis zu –30 % betragen, was einen Anstieg der UV-Belastung um nahezu 40 % bewirkt. Wolken, insbesondere die noch sonnendurchlässigen Cirren (hohe Schleierwolken aus Eiskristallen) haben im Frühjahr und Herbst zugenommen, im Sommer dagegen abgenommen. Dadurch wird der Anstieg der UV-Dosis im Frühjahr und Herbst gedämpft, im Sommer dagegen verstärkt.

Richard KNOCHE und Renate FORKEL:
Regionale Klimaänderung und ihr Einfluss auf UV-Strahlung und Photosmog

[S. 39-46]

Die für die nahe Zukunft erwartete Änderung des globalen Klimas wird Auswirkungen auf die UV-Strahlung und die troposphärische Photochemie und damit auch auf die Photosmogsituation in Bayern haben. Um eine mögliche zukünftige Entwicklung quantitativ abschätzen zu können, wurden regionale Simulationen mit dem gekoppelten Klima-Chemie-Modell MCCM durchgeführt. Aufbauend auf Ergebnisse des globalen Klimamodells ECHAM4 wurden gegenwärtige und möglicherweise in 30 bis 40 Jahren zu erwartende Bedingungen simuliert. Ein Vergleich der beiden Zeiträume zeigt einen Anstieg der Sommertemperaturen von fast zwei Grad Celsius zusammen mit einem deutlichen Rückgang der Bewölkung. Gleichzeitig wird eine Zunahme der UV-B-Strahlung und der Emissionen biogener Kohlenwasserstoffe simuliert. Daraus resultiert im Modell für Bayern ein Anstieg des mittleren Tagesmaximums der bodennahen Ozonkonzentration von rund 10 % und eine deutliche Zunahme von Tagen mit Grenzwertüberschreitungen.

Peter WERLE, Stephan SCHERLE und Eva FALGE:
Strahlungsvariabilität in einem Gerstenbestand

[S. 47-55]

In der Ökosystemforschung werden zunehmend die komplexen Prozesse zur Beschreibung der Entwicklung, des Wachstums und der Stoffumsätze von Kulturpflanzenbeständen durch mathematische Modelle simuliert. In diesem Zusammenhang ist die Lichteinwirkung auf Pflanzenbestände von wesentlicher Bedeutung. Die räumliche und zeitliche Variabilität der solaren Strahlung wurde im UV und im sichtbaren Spektralbereich innerhalb und über einem Gerstenbestand untersucht. Dabei wurden die Wahrscheinlichkeitsdichten der Intensitäten in Bereichen von Lichtflecken, Halbschatten und Schatten verglichen. Auf der Basis pflanzenspezifischer (phytometrischer) Daten wurde eine dreidimensionale Modellierung des Strahlungstransfers durchgeführt und mit gemessenen Daten verglichen.

Jan SCHWEEN und Peter KÖPKE:
Modellierung der UV-Dosis im Gerstenbestand

[S. 57-62]

Im Rahmen des BayFORUV wurde ein Modell entwickelt, mit dem sich die UV-Strahlung innerhalb von Pflanzenbeständen auch über längere Zeiträume hinweg berechnen lässt. Dieses Modell berechnet die Variation der von Sonne und Himmel kommenden Bestrahlung des Bestandes und berücksichtigt dabei Unterschiede im Sonnenstand und in allen atmosphärischen Parametern wie Ozongehalt, Aerosolmenge und -eigenschaften, aber auch Wolken. Dabei ist der Ansatz zur Berücksichtigung der Wolken über »Cloud Free Lines Of Sight« neuartig. Ebenso können das Wachstum der Pflanzen, die sich ändernde Blattfläche, deren räumliche Verteilung und die Orientierung der Blätter berücksichtigt werden. Letztere ist wichtig für einjährige Pflanzen wie die Gerste, für die die UV-Exposition der Vegetationsperiode des Jahres 2002 als Beispiel modelliert wurde. Es wurden pflanzenspezifisch gewichtete UV-Bestrahlungsstärken in zehn Höhen im Pflanzenbestand und die sich daraus ergebende UV-Exposition, d.h. die kumulierte Gesamtmenge der UV-Strahlung vor dem jeweiligen Zeitpunkt, berechnet. Da Pflanzen die Möglichkeit zur Reparatur von UV-Schäden haben, wurde zusätzlich eine fiktive Wirkung der UV-Strahlung unter besonderer Berücksichtigung der letzen Tage modelliert. Diese wird berechnet, indem angenommen wird, dass die Wirkung der UV-Strahlung der zurückliegenden Tage exponentiell abklingt.

Harald K. SEIDLITZ, Dietrich ERNST, Andreas KRINS und Werner HELLER:
Erhöhte UV-Strahlung – Simulation und Risikobewertung

[S. 65-71]

Zur realistischen Abschätzung des Risikos erhöhter UV-B-Strahlung auf Pflanzen sind biologische Wirkungsspektren von grundlegender Bedeutung. Für Untersuchungen dieser Art bieten die Sonnensimulatoren der GSF die beste Voraussetzung. Im vorliegenden Beitrag wird zunächst dargestellt, wie mit technischen Lichtquellen ein sonnenähnliches Spektrum erzeugt werden kann, dessen Form zudem den täglichen und saisonalen Veränderungen der terrestrischen Sonnenstrahlung angepasst werden kann. Der zweite Teil bietet eine kurze Einführung in die Wirkungsspektroskopie und zeigt insbesondere den Unterschied zwischen monochromatischen und polychromatischen biologischen Wichtungsfunktionen. Schließlich wird eine Wichtungsfunktion für die Bildung von Quercetin, einem UV-Schutzpigment von Arabidopsis, vorgestellt. Im Vergleich mit anderen Wichtungsfunktionen werden Schlussfolgerungen für die Bewertung des Befundes gezogen.

Jörg-Peter SCHNITZLER, Martina ZAHN und Christa OSCHINSKI:
Schäden in der Gerstenpflanze durch Sonnenstrahlung

[S. 73-80]

Ziel der Experimente war es, den biochemisch-physiologischen Hintergrund der nichtparasitär bedingten Blattverbräunung (NBV) bei Sommergersten aufzuklären. Die Ergebnisse zeigen, dass in den Blättern von empfindlichen Sorten vermehrt Superoxidanionradikale vorlagen, welche oft mit einer geringeren Enzymaktivität der Cu/Zn-Superoxid-Dismutase (SOD) korrelierten. Studien zur Genexpression belegten, dass verglichen mit der empfindlichen Sorte cv. Ricarda in der resistenten Zuchtlinie IPZ 24727 eine erhöhte Expression eines für die Cu/Zn-SOD codierenden Gens nachzuweisen war. Besonders auffällig war die verstärkte Färbung auf O2^2–·-Radikale in den lichtexponierten Blattbereichen, was auf einen dort erhöht auftretenden oxidativen Stress hindeutet. Mikroskopische Untersuchungen belegten den nicht-parasitären Ursprung des Krankheitsbildes. Hauptauslöser für die NBV scheint eine generell hohe Lichtintensität zu sein, wobei UV-B-Strahlung nicht ursächlich beteiligt ist.

Dietrich ERNST, Michael GÖTZ, Bernd HEIDENREICH, Werner HELLER, Andreas KRINS und Harald K. SEIDLITZ:
Spektrale Abhängigkeit der Regulation von pflanzlichen Schutzpigmenten

[S. 81-87]

Zur realistischen Abschätzung des Risikos erhöhter UV-B-Strahlung auf landwirtschaftliche Nutzpflanzen, z.B. auf Gerste, sind biologische Wirkungsspektren von grundlegender Bedeutung. Für Untersuchungen dieser Art bieten die Sonnensimulatoren der GSF die beste Voraussetzung. Mit Hilfe der DNA-Microarray-Technologie wurden als erstes an der Modellpflanze Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) die UV-B-abhängigen Expressionsmuster ausgewählter Gene der Aromatenbiosynthese, des Antioxidantienstoffwechsels und der Photosynthese untersucht und durch eine Clusteranalyse gruppiert. Aufbauend auf den mit Arabidopsis erzielten Ergebnissen wurden zwei UV-B-Versuche mit Gerste durchgeführt. Dabei zeigte sich, dass bei den Inhaltsstoffen in Gerste die den Quercetinverbindungen von Arabidopsis analoge Flavonverbindung Lutonarin ebenfalls eine deutliche, von der UV-B-Strahlung spektral abhängige Zunahme aufweist. Expressionsanalysen mit ausgewählten Gensonden zeigten im Vergleich mit den Daten von Arabidopsis eine ähnlich verstärkte Expression einzelner Gene des Zimtsäurestoffwechsels.

Lorenz HARTL, Anita BEHN, Günther SCHWEIZER und Max BAUMER:
Resistenzzüchtung gegen die nichtparasitäre Blattverbräunung bei Gerste

[S. 89-96]

Die nichtparasitäre Blattverbräunung (NBV) richtet seit einigen Jahren erheblichen Schaden bei Gerste an. Nach Hochstrahlungsphasen treten braune Punkte (Nekrosen) auf den Blättern ab dem Entwicklungsstadium des Ährenschiebens auf. Diese vermehren sich und führen zum Absterben des ganzen Blattes. Dabei kann UV-B nicht als monokausale Ursache für die Schädigung angesehen werden. Zur molekulargenetischen Charakterisierung stand der sehr widerstandsfähige Sommergerstenzuchtstamm IPZ 24727 der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft (LfL) zur Verfügung. Kreuzungsnachkommenschaften wurden mehrjährig im Feld geprüft und molekular genotypisiert. Der wichtigste Genort (QTL, quantitve trait locus), der den Befall beeinflusst, wurde auf Chromosom 4H lokalisiert. Das Anfälligkeitsallel ist dabei in sehr enger Kopplung oder identisch mit dem mlo-Mehltauresistenzgen. Dieses Ergebnis stellt die weitere Nutzung der etablierten mlo-Mehltauresistenz unter bayerischen Bedingungen in Frage. Die identifizierten QTLs sind der Ausgangspunkt für Verfahren zur Durchführung markergestützter Selektion.

Erhard E. PFÜNDEL:
Wirkung von UV-Strahlung auf Lebewesen

[S. 99-107]

Trotz ihrer relativ geringen Strahlungsintensität kann Sonnenstrahlung im kurzwelligen UV-B-Bereich (280-315 nm) starke Schadwirkung auf Lebewesen ausüben, verursacht durch die hohe Energie von UV-B-Photonen und die Absorption im UV-B-Bereich von zellulären Lipiden, Proteinen und Nukleotiden. Die Bildung von Dimeren aus Pyrimidin-Nukleotiden durch UV-B-Strahlung beeinträchtigt die Erbinformation von Lebewesen und stellt eine zentrale Schadwirkung der UV-Strahlung dar, für deren unerlässliche Reparatur spezifische Enzyme bereitstehen. Weitere wichtige Voraussetzungen für die Existenz von Lebewesen unter natürlichen Strahlungsbedingungen sind die Vermeidung erhöhter Strahlungsexposition und die Abschirmung durch verschiedene UV absorbierende Substanzklassen. In vielen Lebewesen kann UV-B-Strahlung die Synthese dieser UV-Schirmstoffe stimulieren.

Christiane A. KOLB, Markus RIEDERER und Erhard E. PFÜNDEL:
Sonnenbrand bei Weinbeeren

[S. 111-116]

In Beeren der weißen Rebsorte Bacchus wurden Hydroxyzimtsäuren und Flavonoide als Hauptgruppen UV absorbierender Substanzen identifiziert. Um Einflüsse natürlicher Strahlung auf die Synthese dieser Substanzen zu untersuchen, wurden Beeren, die beschattet und unter UV-Ausschluss heranwuchsen, drei unterschiedlichen Strahlungsbedingungen ausgesetzt: (1) dem natürli­chen Strahlungsspektrum der Sonne, (2) dem natürlichen Spektrum ohne UV-B-Anteil oder (3) dem natürlichen Spektrum ohne UV-A- und UV-B-Anteil. Während eines sechstägigen Expositionsexperimentes wurde die Flavonoidsynthese durch UV-Strahlung stimuliert, während der Gehalt an Hydroxyzimtsäuren abnahm. Die Erhöhung der Flavonoidkonzentrationen bewirkte eine Erhöhung der Abschirmung gegen UV-A-Strahlung, die Abschirmung im UV-B-Bereich war jedoch unvollständig, was mit dem Rückgang von Hydroxyzimtsäuren erklärbar ist. Die unvollständige UV-B-Abschirmung spielt wahrscheinlich bei der Ausbildung schwerer Sonnenbrandschädigungen durch UV-B-Strahlung eine Rolle.

Michael SCHUBERT:
Auswirkung der UV-Strahlung auf Fischbrut

[S. 117-123]

Es wurde der Einfluss der UV-B-Strahlung auf die Brut verschiedener strömungsliebender Fischarten untersucht. Die Fischbrut erwies sich als sehr wärmeliebend und höhere Wassertemperaturen führten zu einem besseren Fischwachstum, was die Attraktivität strömungsberuhigter, unbeschatteter Flachwasserbereiche als Kinderstube vieler Fischarten im Fließgewässer erklärt. Die im Frühjahr und Sommer auftretenden UV-B-Strahlungswerte sind als schädlich für die Fischbrut einzustufen, jedoch ist die UV-B-Durchlässigkeit verschiedener bayerischer Fließgewässer sehr unterschiedlich.

Sowohl natürliche als auch künstliche UV-B-Strahlung führten bei verschiedenen Fischarten auf der Körperoberseite zu einer Abnahme und Degeneration von Schleimzellen und zur Verdickung der äußersten Hautschicht (Epidermis) sowie zu einer erhöhten Sterblichkeit. Unter UV-B-Einwirkung konnte im Fischkörper eine gesteigerte Bildung von Stresshormonen (Hsp’s) nachgewiesen werden. Auch ein direkter Zusammenhang zwischen künstlicher UV-B-Strahlung und der Schädigung des Erbgutes sowie eine Beeinflussung des Schwimmverhaltens durch die UV-B-Strahlung wurde beobachtet.

Hans PAPEN, Thomas HEUSER, Robert J. FISCHBACH und Wolfgang ZIMMERT:
Folgen der UV-Strahlung für Mikroorganismen auf Pflanzenblättern

[S. 125-132]

Blattoberflächen von Pflanzen in freier Natur sind von Mikroorganismen besiedelt, welche die Gesundheit der Blätter, auf denen sie leben, positiv oder negativ beeinflussen können. In den nächsten Jahren und Jahrzehnten wird sich die UV-B-Strahlung auf der Erde verändern, was sowohl Pflanzen als auch Mikroorganismen beeinflussen kann. Über die Auswirkungen auf das System Blatt – Mikroorganismen ist wenig bekannt. Ziel des Vorhabens war es deshalb, den Einfluss von UV-B-Strahlung auf epiphytische Mikroorganismen auf Blättern der Stieleiche (Quercus robur L.), einer in Deutschland bedeutenden Baumart, zu beschreiben. Ein Einfluss der UV-B-Strahlung auf die epiphytische Besiedelung von Eichenblättern konnte weder mit klassischen mikrobio­logischen Kultivierungstechniken noch mit molekularbiologischen Methoden nachgewiesen werden. Hingegen zeigten die Arbeiten einen deutlichen Standorteffekt auf die Besiedlungsdichte, wobei verglichen mit der Tallage die epiphytische Besiedelung der Eichenblätter an einem Bergstandort abnahm. Ferner zeigte sich eine große Variabilität in der Besiedlungsdichte von Blatt zu Blatt.

Sabine GAUBE und Marianne PLACZEK:
UV-Strahlung und menschliche Gesundheit

[S. 135-146]

Die Haut unterliegt als Grenz- und Kontaktorgan in ganz besonderem Maß dem Einfluss von Umweltfaktoren, unter denen Licht eine wesentliche Rolle spielt. Die Sonnenstrahlung auf der Erdoberfläche enthält UV-B-Strahlung (280-315 nm), UV-A-Strahlung (315-400 nm), sichtbares Licht und Infrarotstrahlung. Strahlung kürzerer Wellenlängenbereiche wird von der Atmosphäre absorbiert. Die Zuordnung bestimmter Effekte zu bestimmten Wellenlängenbereichen ist bevorzugt für Gebiete mit unterschiedlichen Höhenlagen und dementsprechend unterschiedlicher Strahlungsintensität und Strahlungszusammensetzung (wie z.B. in Bayern) wichtig. An der Haut führt Sonneneinstrahlung bei Überschreitung einer individuell unterschiedlichen Schwellendosis zwingend zur Dermatitis solaris (Sonnenbrand) sowie – auch ohne vorherige sichtbare Rötung – zur Pigmentierung (Bräunung). Dermatologisch von besonderer Bedeutung sind Sonnenlichtreaktionen, denen eine Photosensibilisierung zugrunde liegt: Hier führen bestimmte Substanzen, die äußerlich auf die Haut aufgebracht oder innerlich meist als Medikamente aufgenommen werden, zu einer gesteigerten Strahlungsempfindlichkeit. Es kann ein toxischer oder allergischer Mechanismus zugrunde liegen (Phototoxizität oder Photoallergie). Innerliche, aufgrund einer Stoffwechselstörung vermehrt gebildete, Photosensibilisatoren liegen den Krankheitserscheinungen der Porphyrien zugrunde. Vermutlich ebenfalls auf einer Photosensibilisierung durch nicht bekannte Substanzen beruhen das häufige Krankheitsbild der polymorphen Lichtdermatose (Sonnenallergie) sowie weitaus seltenere Krankheitsbilder, wie z.B. Lichturtikaria. Von diesen sich nach Sonnenbestrahlung mehr oder weniger rasch entwickelnden Krankheitsbildern abzugrenzen sind Reaktionen mit jahre- oder jahrzehntelanger Latenz. Langjährige UV-Strahlung führt zur frühzeitigen Hautalterung (Photoalterung), die als harmlose kosmetische Beeinträchtigung angesehen werden kann. Außerdem ist UV-Strahlung der hauptsächliche ätiologische (ursächliche) Faktor für die Entwicklung von Hauttumoren, die wesentlich schwerwiegendere Folgen für die menschliche Gesundheit haben. Besonders häufig sind die örtlich zerstörend wachsenden Basaliome und die spinozellulären Karzinome, die über die örtliche Tumorentwicklung hinaus metastasieren können. Der gefährlichste Hauttumor ist das maligne Melanom, das wegen seiner raschen Metastasierung häufig zum Tode führt. Daher ist es von großer Bedeutung, einfach anzuwendende und wirksame präventive Maßnahmen zu entwickeln.

Marion LACKHOFF und Reinhard NIESSNER:
Schadstoffabbau durch UV-Strahlung

[S. 149-154]

Bei der Photokatalyse wird die natürliche UV-Strahlung zum Abbau von Umweltgiften und Schmutzstoffen genutzt. Dabei wird die von der Sonne gelieferte Strahlungsenergie von kleinsten Partikeln zuerst aufgenommen und dann auf aktive Gruppen übertragen, welche anschließend sogar extrem langlebige Schadstoffe abbauen können. In diesem Projekt wurde untersucht, welche Partikel in der Lage sind, schwer abbaubare Umweltgifte zu eliminieren. Dazu wurden Lösungen des Unkrautvernichtungsmittels Atrazin, vermengt mit verschiedenen Partikelproben, simulierter Sonnenstrahlung ausgesetzt. Es zeigte sich, dass der Atrazinabbau an künstlichen Partikeln, wie z.B. dem in Farben vorkommenden Weißpigment Titandioxid, sehr schnell erfolgt, während der Abbau an natürlichen Partikeln (verschiedenen Bodenproben oder luftgetragenen Partikeln wie Ruß, Flugasche und Straßenstaub) so langsam ist, dass er in der Umwelt keine Rolle spielen wird. Allerdings lässt sich der photokatalytische Effekt nutzen, indem die Partikel, welche sich als aktivste herausgestellt haben, in der Umwelt natürlichem Sonnenlicht ausgesetzt werden. In diesem Projekt konnte z.B. gezeigt werden, dass der photokatalytische Abbau an mit Titandioxid versetzten Zementpartikeln den Atrazinabbau deutlich beschleunigt.

Peter HÖPPE, Andreas OPPENRIEDER, Peter KÖPKE, Jochen REUDER, Meinhard SEEFELDNER und Dennis NOWAK:
Auf den Menschen bezogene Messung von UV-Strahlung

[S. 155-162]

Um die UV-Bestrahlung eines Menschen differenziert für einzelne Körperteile quantifizieren zu können, benötigt man Angaben der Strahlungsflüsse in Richtung der typischen Ausrichtungen der Oberflächen des Menschen. Dazu wurde ein neues Messsystem entwickelt und in dreifacher Ausfertigung gebaut, welches die UV-Strahlung in 27 verschiedenen Richtungen innerhalb von zwei Minuten erfasst und gleichzeitig die UV-Strahlung auf die horizontale Fläche aufzeichnet. Solche Messungen wurden an mehr als 3000 Messtagen an fünf verschiedenen Standorten durchgeführt. Die Daten wurden als statistische Basis zur Ermittlung der typischen, mittleren UVI-Werte auf geneigte Flächen an den fünf Messstandorten in Bayern verwendet. Die Bestrahlungsstärken auf geneigte Flächen erreichten maximal im Winter auf der Zugspitze um 60 % höhere Werte als jene der horizontalen Fläche (in München 40 % höher). Die Messwerte für geneigte Flächen wurden mit einem virtuellen Oberflächenmodell des menschlichen Körpers kombiniert, um damit die reale UV-Bestrahlung des Menschen für unterschiedlichste Szenarien visualisieren zu können.

GAUBE, Sabine, Urs KERKMANN, Bernhard PRZYBILLA und Marianne PLACZEK:
Schutz vor UV-Strahlung durch Antioxidantien

[S. 163-171]

Ultraviolette (UV-) Strahlung der Sonne ist der wesentliche ätiologische (ursächliche) Faktor für die Entwicklung von bösartigen Hauttumoren, die außerordentlich häufig geworden sind. Daher ist es wichtig, einfach anzuwendende und wirksame präventive Maßnahmen zu entwickeln. In einer früheren Studie hatten wir gefunden, dass die achttägige Einnahme der Antioxidantien Ascorbinsäure (Vitamin C) und d-alpha-Tocopherol (Vitamin E) die Sonnenbrandempfindlichkeit vermindert. In der jetzigen Untersuchung fanden wir, dass eine dreimonatige Einnahme von Ascorbinsäure und d-alpha-Tocopherol zu einem signifikanten Anstieg der Blutspiegel dieser Antioxidantien führte. Dies war mit einer signifikanten Abnahme der Sonnenbrandempfindlichkeit nach dreimonatiger Einnahme der Antioxidantien verknüpft, wobei dieser Effekt stärker ausgeprägt war als in der Vorstudie. Als weitere Parameter einer UV-protektiven Wirkung der Antioxidantien zeigten sich in Hautbiopsien UV-B-bestrahlter Haut nach 3 Monaten eine Reduktion der Zyklooxygenase-2-Expression (Entzündungsparameter), der Thymin-Dimere (DNA-Schaden) und der Zellproliferation (verlängerte Reparaturphase) im Vergleich zu den Ausgangsbefunden. In Versuchen mit Melanomkulturzellen zeigte sich eine Verstärkung der für die DNA-Reparatur wichtigen, strahlungsinduzierten Zellzyklusblockaden durch Ascorbinsäure und Trolox (Vitamin-E-Analogon). Demgegenüber wurden strahlungsinduzierte direkte DNA-Schäden durch Antioxidantien nur wenig vermindert. Die protektive Wirkung von Ascorbinsäure und d-alpha-Tocopherol scheint vor allem auf einer Verstärkung der UV-induzierten Zellzyklusblockaden zu beruhen, die der Reparatur der DNA-Schäden dient. Ob durch Antioxidantien die Photokarzinogenese beim Menschen gehemmt werden kann, muss in klinischen Studien untersucht werden.

Licht ist Leben – doch Veränderungen in der Zusammensetzung des auf die Erde einfallenden Sonnenlichtes gaben in den letzten Jahren Anlass zu Besorgnis. Aufgrund des Ozonabbaus in höheren Luftschichten nahm die Intensität der ultravioletten (UV) Strahlung auf der Erdoberfläche regional und zeitlich in unterschiedlichem Maße zu. Dies hat Auswirkungen auf den Menschen und die Umwelt. So kann erhöhte UV-Strahlung Hautkrebs begünstigen, pflanzliches Wachstum mindern und die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre verändern.

Allerdings ist UV-Licht seit jeher ein natürlicher Bestandteil des Sonnenlichtes und für manche Lebensvorgänge unbedingt notwendig. Alle Lebewesen haben Schutzfunktionen und Reparaturmechanismen entwickelt, die sie vor Schäden durch UV-Strahlung bewahren. Es stellt sich also die Frage, ob diese natürlichen Schutzsysteme auch ausreichend gegen die erhöhte UV-Strahlung abschirmen.

Das vorliegende Buch soll über die Zunahme der UV-Strahlung und ihre Folgen informieren. Im Mittelpunkt stehen dabei Messung und Vorhersage der UV-Intensität, die Risiken erhöhter UV-Strahlung für Ökosysteme und für die Pflanzenproduktion, vor allem für Wein und Gerste, sowie Gefahren für die menschliche Gesundheit. Neben neuen Ergebnissen zur Wirkung von UV-Strahlen werden Maßnahmen zum Schutz vor Schäden durch UV-Strahlen diskutiert.

Die Beiträge dieses Berichtbandes wurden im Rahmen des Bayerischen Forschungsverbundes »Erhöhte UV-Strahlung in Bayern – Folgen und Maßnahmen« (BayFORUV) erstellt, der durch das Bayerische Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst sowie das Bayerische Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz gefördert wurde. Mit dem Buch sollen die Problematik des Themas und die wesentlichen Ergebnisse der vierjährigen Arbeit des Forschungsverbundes einer breiten Öffentlichkeit zugänglich gemacht werden.

Baumer, Max, Dr., Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Freising

Behn, Anita, Dr., Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Freising

Braun-Falco, Otto, Prof. Dr. med., München

Caldwell, Martyn M., Prof. Dr., Utah State University, Ecology Center, USA

Elstner, Erich, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Phytopathologie, Freising

* Ernst, Dietrich, Dr. habil., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie, Neuherberg

Fiedler, Franz, Prof. Dr., Universität Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung, Karlsruhe

* Gaube, Sabine, Dr. med., Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, München

Goppel, Thomas, Staatsminister Dr., Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, München

* Hartl, Lorenz, Dr., Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Pflanzenbau und Pflanzenzüchtung, Freising

Heller, Werner, Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Biochemische Pflanzenpathologie, Neuherberg

Herm, Dietrich, Prof. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Paläontologie und Historische Geologie, München

Hoppe, Brigitte, Prof. Dr., c/o Ludwig-Maximilians-Universität München, Lehrstuhl für Geschichte der Naturwissenschaften, München

* Höppe, Peter, Prof. Dr., GeoRisikoForschung der Münchener Rückversicherung, München

Kleinschmidt, Jürgen, Prof. Dr. Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Institut für Medizinische Balneologie und Klimatologie, München

* Knoche, Richard, Dr., Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung IMK-IFU, Bereich Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen

* Kolb, Christiane, Dr., Universität Würzburg, Lehrstuhl für Botanik II, Würzburg

* Köpke, Peter, Dr., Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut, München

Kutzschenbach, Peter von, Dr. med., Vaterstetten

Magel, Elisabeth, Prof. Dr., Universität Hamburg, Zentrum Holzwirtschaft, Abt. Holzbiologie, Hamburg

* Nießner, Reinhard, Prof. Dr., Technische Universität München, Institut für Wasserchemie und Chemische Balneologie, München

Nöth, Heinrich, Prof. Dr., Präsident der Bayerischen Akademie der Wissenschaften, München

* Papen, Hans, PD Dr., Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung IMK-IFU, Bereich Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen

* Pfündel, Erhard, PD Dr., Universität Würzburg, Lehrstuhl für Botanik II, Würzburg

* Placzek, Marianne, Dr. med., Klinik und Poliklinik für Dermatologie und Allergologie, Ludwig-Maximilians-Universität München, München

* Riederer, Markus, Prof. Dr., Universität Würzburg, Lehrstuhl für Botanik II, Würzburg

* Schnitzler, Jörg-Peter, PD Dr., Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung IMK-IFU, Bereich Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen

* Schubert, Michael, Bayerische Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Fischerei, Starnberg

Schuberth, Christian, MR, Bayerisches Staatsministerium für Wissenschaft, Forschung und Kunst, München

* Schween, Jan, Ludwig-Maximilians-Universität München, Meteorologisches Institut, München

* Seidlitz, Harald K., Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Bodenökologie, Abt. Experimentelle Umweltsimulation, Neuherberg

Steinmann, Alexander, Dr. med., Bayerisches Staatsministerium für Umwelt, Gesundheit und Verbraucherschutz, Ref. S-3.4, München

Steinmetz, Manfred, Dr., Bundesamt für Strahlenschutz, Institut für Strahlung und Gesundheit, Oberschleißheim

Tanner, Widmar, Prof. Dr., Universität Regensburg, Lehrstuhl für Zellbiologie, Regensburg

* Werle, Peter, Dr., Forschungszentrum Karlsruhe, Institut für Meteorologie und Klimaforschung IMK-IFU, Bereich Atmosphärische Umweltforschung, Garmisch-Partenkirchen

Werner, Dietrich, Prof. Dr., Philipps-Universität Marburg, FG Zellbiologie und Angewandte Botanik, Marburg

Willenbrink, Johannes, Prof. Dr., Universität zu Köln, Institut für Botanik, Köln

* Winkler, Peter, Dr., Deutscher Wetterdienst, Meteorologisches Observatorium Hohenpeißenberg, Hohenpeißenberg

Ziegler, Hubert, Prof. Dr., Bayerische Akademie der Wissenschaften, Kommission für Ökologie, München

Ziegler, Irmgard, Dr., GSF-Forschungszentrum für Umwelt und Gesundheit, Institut für Klinische Molekularbiologie und Tumorgenetik, München

Zinkernagel, Volker, Prof. Dr., Technische Universität München, Lehrstuhl für Phytopathologie, Freising