Ein Forschungsteam unter der Leitung der Universität Tübingen hat ein bedeutendes KI-gestütztes Werkzeug entwickelt, das die Gefahrenbeurteilung von Chemikalien in der Umwelt erheblich verbessern könnte. Der Fokus liegt auf dem Biokonzentrationsfaktor (BCF), einem entscheidenden Indikator, der angibt, wie Chemikalien in Fischen und anderen Lebewesen angereichert werden. Traditionell wurde angenommen, dass der BCF für jede Substanz konstant bleibt. Diese Annahme wurde nun jedoch widerlegt.
Das interdisziplinäre Team unter der Leitung von Professor Heinz Köhler vom Institut für Evolution und Ökologie hat herausgefunden, dass der Biokonzentrationsfaktor nicht nur von der Chemikalie selbst abhängt, sondern auch von der Konzentration der Substanz im umgebenden Wasser. Diese Erkenntnis stellt die bisherigen Analysemethoden in Frage, die oft auf unzureichenden Testbedingungen basieren. Die bisherigen Verfahren könnten dazu führen, dass potenziell gefährliche Chemikalien als unbedenklich eingestuft werden.
Für die Ermittlung des BCF wurden Tausende von Studien evaluiert, die sich mit der Bioakkumulation von Chemikalien in Fischen befassten. Dabei stellte das Forschungsteam fest, dass mehr als die Hälfte der in der EU verwendeten Anreicherungsdaten unzureichend sind. Diese Erkenntnisse sind alarmierend, da die Anreicherung von Chemikalien in der Nahrungskette nicht nur die Umwelt, sondern auch die menschliche Gesundheit gefährden kann. Professor Köhler erklärt: „Im menschlichen Körper kann sich die Anreicherung vervielfachen. Oft stellen wir erst nach längeren Zeiträumen fest, ob eine Chemikalie schädlich ist.“
Um die Bioakkumulation genau zu beurteilen, entwickelte das Team ein KI-gestütztes Programm, das auf Deep Learning basiert. Diese Methode nutzt komplexe künstliche neuronale Netze, um Muster in großen Datensätzen zu erkennen und Vorhersagen über den BCF mit einer Genauigkeit von 90 Prozent zu treffen. Dies ermöglicht eine effizientere Verarbeitung komplexer Informationen und liefert zuverlässigere Ergebnisse als herkömmliche Methoden.
Das neu entwickelte Tool namens BCFpro ist für die Öffentlichkeit kostenlos zugänglich. Es bietet nicht nur eine präzisere Einschätzung der bioakkumulierenden Eigenschaften von Chemikalien, sondern kann auch Worst-Case-Szenarien darstellen, in denen Chemikalien besonders stark angereichert werden könnten. Die Forscher haben festgestellt, dass BCFpro bei bereits als bioakkumulierend eingestuften Stoffen in etwa 90 Prozent der Fälle zu denselben Ergebnissen wie die traditionelle Methodik führte. Doch bei Chemikalien, die bisher nicht als gefährlich eingestuft wurden, zeigte BCFpro besorgniserregende Ergebnisse: Über 60 Prozent dieser Substanzen hätten als bioakkumulierend erkannt werden müssen, wurden jedoch von den etablierten Verfahren fälschlicherweise als unbedenklich eingestuft.
Die Studienergebnisse verdeutlichen die Notwendigkeit, Chemikalientests unter realistischen Umweltbedingungen durchzuführen. Professor Köhler betont, dass realistische Werte zur Gefahrenbeurteilung nur durch solche Tests erzielt werden können. Die Implementierung von BCFpro könnte langfristig zu einer wesentlichen Einsparung von Tierversuchen führen, da das Tool auch für neu entwickelte Chemikalien verlässliche Vorhersagen liefern kann.
Die Rektorin der Universität Tübingen, Professorin Karla Pollmann, hebt hervor, wie wichtig es ist, dass die Forschung auch in der Praxis Anwendung findet. Sie betont, dass die Wissenschaftler durch ihre Arbeit nicht nur den Umweltschutz, sondern auch den Tierschutz fördern. Die Kombination aus innovativer Technologie und angewandter Forschung zeigt, wie Künstliche Intelligenz dazu beitragen kann, die Herausforderungen im Bereich der Umwelttoxikologie zu bewältigen.
Insgesamt bietet die Entwicklung von BCFpro eine vielversprechende Perspektive für zukünftige Forschungen und die Verbesserung von Bewertungsverfahren für Chemikalien. Die Möglichkeit, potenzielle Risiken frühzeitig zu erkennen und adäquat zu bewerten, könnte entscheidend sein für den Schutz von Ökosystemen und der menschlichen Gesundheit.
