| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste |

Ferskvandsinvertebraters bevægelsesadfærd som biomarkør for pesticideksponering og effekt

4 Diskussion

4.1 Pesticider og bevægelsesadfærd i laboratoriet

Det primære formål med projektet var at opbygge og anvende et computerstyret videosporingssystem til kvantificering af pesticiders effekt på bevægelsesadfærden hos vandløbsinvertebrater i laboratoriet. Studier af dyrenes baggrundsadfærd blev gennemført for at optimere det eksperimentelle design med henblik på at kunne detektere ændringer i bevægelsesadfærd forårsaget af pesticideksponering. Nærværende projekt havde ikke til formål at kortlægge invertebraternes naturlige adfærd. Videosporingssystemet blev i projektet anvendt til tre typer forsøg: til test af pesticiders akutte adfærdstoksicitet, til restitueringsstudier, d.v.s. studier af evnen til at komme sig efter en kortvarig pesticideksponering, og til et kombinationseksponerings-forsøg.

De gennemførte videosporingsforsøg med pyrethroiderne cypermethrin og esfenvalerat på såvel voksne Gammarus pulex og Asellus aquaticus som juvenile G. pulex viser entydigt, at dyrene efter få minutter eksponering for lave, miljørealistiske pyrethroidkoncentrationer udviser et maksimalt, hyperaktivt adfærdsrespons, der opretholdes så længe som muligt. Ved højere eksponeringskoncentrationer efterfølges hyperaktiviteten af immobilisering. Lignende effekter (hyperaktivitet efterfulgt af immobilisering) er blevet observeret en time efter påbegyndt eksponering hos rygsvømmere (Notonectidae) og hvirvlere (Gyrinidae) i et mesokosmos-studie af Farmer et al. (1995), som følge af pyrethroid-eksponering med lambda-cyhalothrin og cypermethrin.

Hyperaktivitet og mortalitet (LC₅₀-96 timer) blev observeret ved lavere esfenvalerat-koncentrationer hos G. pulex end hos A. aquaticus (Tabel 7). G. pulex regnes generelt for værende mere følsom end A. aquaticus overfor toksiske forbindelser (Mulliss et al. 1996; Wogram & Liess 2001), og resultaterne stemmer overens med et laboratoriestudie af Stephenson (1982), hvor en række fiske- og invertebratarter, herunder G. pulex og A. aquaticus, blev eksponeret for cypermethrin, og med ovennævnte mesokosmos-studie af Farmer et al. (1995), hvor de to arter ligeledes blev studeret.

På trods af at hyperaktivitet og mortalitet hos G. pulex optrådte ved lavere esfenvalerat-koncentrationer end hos A. aquaticus, var A. aquaticus mere følsom med hensyn til immobilisering (Tabel 7), hvilket også blev observeret af Stephenson (1982). I restitueringsforsøget blev adfærden efter en enkelt-puls-eksponering med esfenvalerat registreret for at vurdere, hvorvidt dyrene er i stand til at komme sig igen inden for en 24-timers periode i ukontamineret vand. På baggrund af observationer konkluderes følgende for såvel G. pulex som A. aquaticus: Ved lavere esfenvalerat-koncentrationer, hvor hyperaktivitet men ikke immobilisering observeres, er adfærdsresponset reversibelt, og dyrene er efter en restitueringsperiode på 24 timer tilsyneladende i stand til at vende tilbage til en bevægelsesadfærd, der ligner den, der registreres i de indledende 30 minutter. Ved højere esfenvalerat-koncentrationer, hvor hovedparten af dyrene immobiliseres i løbet af eksponeringsperioden, er adfærdsændringen irreversibel, og immobiliserede individer er efter en restitueringsperiode på 24 timer i ukontamineret vand døde eller fortsat immobile. For endeligt at kunne afgøre hvorvidt individer, der efter 24 timer i ukontamineret vand stadigt er levende, men immobiliserede, er i stand til at komme sig, ville det sandsynligvis være nødvendigt at forlænge observationsperioden, da restitueringsprocessen f.eks. for jagtedderkopper ( Pardosa amentata) eksponeret for cypermethrin varede mindst 9 dage (Baatrup & Bayley 1993).

Der blev ikke fundet markante forskelle i det akutte adfærdsrespons mellem juvenile og voksne G. pulex under cypermethrin-eksponering, hverken med hensyn til hyperaktivitet eller immobilisering inden for en 90-minutters eksponeringsperiode (Tabel 7). Mortalitetsstudierne viste en tendens til, at de juvenile G. pulex ved en 96-timers eksponering for cypermethrin eller esfenvalerat var mere følsomme end voksne individer, både med hensyn til mortalitet og immobilisering (Tabel 7). Dette er det modsatte af situationen efter 24 timers eksponering (Fig. 22-23). Der findes i litteraturen kun få studier af den aldersspecifikke mortalitet. Maltby (1995) fandt for såvel G. pulex som A. aquaticus, at juvenile individer var mere tolerante end voksne under en 24-times eksponering for hypoxi eller ammoniak. Et andet studie har vist, at juvenile individer af den marine copepod Acartia tonsavar 28 gange mere følsomme end voksne efter 96 timers eksponering for cypermethrin, med LC₅₀-værdier på henholdsvis 5 ng/l og 142 ng/l (Medina et al. 2002). McCahon & Pascoe (1988) fandt, at juvenile G. pulex var væsentligt mere følsomme over for cadmium-eksponering end voksne. I nærværende rapport er juvenile G. pulex efter 24 timers dimethoat-eksponering mere følsomme med hensyn til mortalitet end voksne, mens det modsatte er gældende efter 96 timer. Det er på baggrund af ovennævnte undersøgelser vanskeligt at udtale sig om den relative følsomhed af juvenile og voksne G. pulex.

En række kvalitative ændringer i bevægelsesadfærden blev bemærket under eksponeringsforsøgene. Hos G. pulex blev det observeret, at den markante stigning i tilbagelagt afstand som følge af pyrethroid-eksponering skyldtes en væsentlig forøgelse af tiden tilbragt med svømning i vandoverfladen. Kontroldyrenes svømmeadfærd foregik primært langs bunden af petriskålene. Lignende effekter på svømmeadfærd blevet fundet i et mesokosmosstudie af Pedersen (1999), der observerede en markant forøget hyperaktivitet i vandoverfladen hos især vandkalve (Dytiscidae) og bugsvømmere (Corixidae) efter 1½ times esfenvalerat-eksponering ved 35 ng/l.

For A. aquaticus blev det observeret, at esfenvalerat-eksponering fører til lammelse af det bagerste benpar med en reduktion i den tilbagelagte afstand til følge, før egentlig immobilisering indtræder. En tilsvarende lammelse af bagbenene som følge af cypermethrin-eksponering er blevet observeret hos jagtedderkoppen P. amentata, og tilskrevet påvirkning af bagbenenes flexormuskler (Baatrup & Bayley 1993). Selv om en tilsvarende lammelse af baglemmerne ikke blev observeret hos G. pulex, kunne en lignende effekt muligvis forklare tabet af evnen til at opretholde koordineret svømmeadfærd.

Formålet med forsøget, hvor voksne G. pulex blev eksponeret for en kombination af pyrethroiderne cypermethrin og esfenvalerat, var at illustrere videosporingssystemets potentiale i studiet af kombinationseffekter, og ikke at teste en given miljørelevant pesticidkombination. De to pyrethroider havde i enkeltstof-eksponeringsforsøgene vist sig at have sammenlignelige effektkoncentrationer, hvilket blev bekræftet af kombinationsstudiet.

Dimethoat og azoxystrobin havde, selv ved høje eksponeringskoncentrationer, ingen effekt på bevægelsesadfærden hos G. pulex (Tabel 7). I studier af de terrestriske invertebrater, bænkebideren Porcellio scaber (Isopoda) og springhalen Folsomia candida, forårsagede dimethoat henholdsvis hyperaktivitet og reduceret bevægelsesaktivitet (Bayley 1995; Sørensen et al. 1995; Bayley & Baatrup 1996). I nærværende projekt havde dimethoat-koncentrationer på op til 10 mg/l ingen effekt på bevægelsesadfærden hos G. pulex. En mulig årsag til en manglende påvirkning af bevægelsesadfærden kan findes i dimethoats fysisk-kemiske egenskaber; dimethoat er i sammenligning med de øvrige anvendte pesticider meget vandopløselig (Log K_OW = 0,78) og optages eventuelt kun meget vanskeligt i akvatiske invertebrater, da pesticidet forbliver i vandfasen.

4.2 Pesticider og driftadfærd i felten

I forbindelse med monitering af vandløbsforurening i Danmark anvendes invertebratfaunaens sammensætning til biologisk bedømmelse af vandløbenes miljøtilstand v.hj.a. Dansk Vandløbsfaunaindeks (Miljøstyrelsen 1998). Faunasammensætningen kan påvirkes af en række faktorer, herunder vandløbenes fysiske forhold og tilledningen af spildevand. Studier har endvidere vist, at pulskontaminering af vandløb med pesticider i forbindelse med almindelig landbrugsdrift kan føre til effekter på populations- og økosystemniveau (oversigt i Schulz & Liess 1999b). Pesticidtilledningen til vandløbene sker typisk, når en marksprøjtning efterfølges af betydelige mængder nedbør, hvorved pesticiderne transporteres til vandløbet ved overfladisk afstrømning eller eventuelt via drænrør og giver anledning til kortvarige pesticidpulse. Pesticider kan endvidere tilføres vandløb ved vinddrift, via grundvandet eller ved ulovlige forureningshændelser, f.eks. direkte oversprøjtning eller udslip fra punktkilder som vaske- og fyldepladser. Betydningen af disse ulovlige tilledninger fra punktkilder er endnu kun ufuldstændigt belyst.

Et af de centrale fænomener, der observeres i forbindelse med pesticidpulse i vandløb, er drift, hvor en lang række af vandløbsinvertebrater føres med strømmen, og helt eller delvist kan forsvinde fra den belastede vandløbsstrækning. Kontaminering med insekticiderne methoxychlor, cypermethrin, permethrin, fenvalerat og parathion-ethyl har i feltundersøgelser forårsaget drift hos en række ferskvandsinvertebrater (Crossland et al. 1982; Scherer & McNicol 1986; Dosdall & Lehmkuhl 1989; Kreutzweiser & Sibley 1991; Sibley et al. 1991; Davies & Cook 1993; Liess & Schulz 1999; Schulz & Liess 1999a; Schulz & Dabrowski 2001). I forbindelse med disse feltstudier har pyrethroid-kontaminering af vandløb som følge af almindelig landbrugsdrift ført til drift hos en række vandløbsinvertebrater ved pyrethroid-koncentrationer ned til ca. 100 ng/l (Crossland et al. 1982; Sibley et al. 1991; Davies & Cook 1993; Schulz & Liess 1999a, b). Schulz & Liess (1999b) undersøgte i et feltstudie effekten af tre insekticidafstrømnings-hændelser (to med parathion-ethyl og en med fenvalerat) og fandt, at 8 ud af 11 ferskvandsarter helt forsvandt efter afstrømningshændelserne, mens de resterende tre arter havde en markant nedgang i populationstæthed. Af de 8 mest påvirkede arter var 5 endnu efter en 5-måneders restitueringsfase ikke blevet observeret. Sibley et al. (1991) derimod udsatte et makroinvertebratsamfund for en enkelt permethrinpuls og viste, at for de fleste påvirkede invertebratarter var der efter en kun 6 uger lang restitueringsfase ingen forskel mellem de behandlede stationer og kontrolstationerne.

4.3 Miljørelevans – kobling fra laboratorie til felt

Det er på baggrund af de hidtil gennemførte studier ikke muligt at ekstrapolere fra de akutte adfærdsændringer i laboratoriet til drift i felten. Cypermethrin er ikke inkluderet i de standardmetoder, man anvender til pesticidmonitering i Danmark, og der foreligger ingen data for vandkoncentrationer. For esfenvalerat er der i Århus Amt målt op til 660 ng/l i vandløb. 20% af alle udtagne vandprøverne indeholdt mere end 100 ng/l (Århus Amt 1999). I Fyns Amt er der målt esfenvalerat-koncentrationer på op til 200 ng/l i vandløb (Fyns Amt 1997). I parentes bemærket er 100 ng/l, d.v.s. 0,1 µg/l, grænseværdien for enkeltstoffer i drikkevand i Danmark, og 10 ng/l er kravet til detektionsgrænse for de målemetoder, man anvender i overvågningsprogrammerne. De danske esfenvalerat-målinger ville i de i nærværende rapport beskrevne adfærdstoksikologiske studier medføre hyperaktivitet hos såvel G. pulex som A. aquaticus. For G. pulex vedkommende foregår hyperaktiviteten som aktiv svømning i vandoverfladen, og det er sandsynligt, at en sådan overfladeaktivitet vil føre til drift i et vandløb. Hyperaktivitetens betydningen for drift hos A. aquaticus er mindre entydig, ligesom det er vanskeligt at vurdere den hos såvel G. pulex som A. aquaticus observerede immobiliserings betydning for drift. Endelige kunne ændringer i bevægelsesadfærd påvirke dyrenes evne til at søge føde og mager eller til at undgå rovdyr.

4.4 Metodeevaluering og perspektivering

De overordnede konklusioner på projektet er, at der er udviklet en omkostnings-effektiv metode til evaluering af pesticiders subletale effekter på akvatiske dyr. Markante ændringer i bevægelsesadfærd observeres efter få minutter ved lave, miljørealistiske pyrethroid-koncentrationer; koncentrationer, hvorved mortalitet først observeres efter dages kronisk eksponering. Videosporingssystemet er med succes blevet anvendt til 3 typer forsøg, nemlig akut adfærdstoksikologi, restituering efter eksponering og kombinationseksponering. Systemets maksimale kapacitet er en samtidig registrering af 16 individer (8 kontroldyr + 8 eksponerede dyr) i separate arenaer. Det anvendte forsøgsdesign med kun en forsøgsrunde pr. pyrethroid-koncentration er v.hj.a. statistiske styrkeberegninger vist at være tilstrækkeligt (Bilag C).

| Forside | | Indhold | | Forrige | | Næste | | Top |