< Terug naar vorige pagina

Project

Het belang van macrozoöplankton eierenbanken voor ecologische risico-evaluaties: een case studie met pesticiden.

Momenteel bestaat ongeveer 40% van het aardoppervlakte uit agrarisch landschap, waarop voedsel voor 6 biljoen mensen wordt geproduceerd. De verwachting is dat de wereldbevolking verder zal blijven stijgen en tegen 2050 opnieuw zal zijn verdubbeld. Dit zal samengaan met een alsmaar groter wordende vraag naar voedsel. Om de productiviteit te blijven verhogen worden onder andere meststoffen en  pesticiden gebruikt en nieuwe gewassen ontwikkeld. Een deel van de gebruikte pesticiden komt door overwaaien bij het spuiten, uitloging of wegspoeling terecht in oppervlaktewateren, zoals vijvers en meren, die in de omgeving van akkers en weilanden liggen. Hierdoor kunnen ook niet-doelorganismen, zoals zooplankton soorten, blootgesteld worden aan pesticiden. Veel van deze zooplankton soorten zijn in hun voortbestaan afhankelijk van dormante levensstadia om ongunstige perioden (droogte, vrieskou, predatie) te overbruggen. Er is echter weinig bekend over de effecten van pollutie op dormante levensstadia. Toxicanten kunnen een invloed hebben op zowel de actieve als de dormante fase van zooplankton populaties en gemeenschappen volgens verschillende scenario’s: 1) impact op de ontwikkeling en ontluiking van dormante eieren; 2) effecten op de overleving en performantie van ontloken individuen in de actieve fase; 3) impact op dormante diapauserende stadia waardoor dormante eieren afsterven of hun ontluikingsmechanisme onherstelbaar beschadigd wordt; 4) effecten tijdens de sexuele reproductieve fase, waardoor de productie van dormante eieren aangetast wordt.

Om te testen of pesticiden veilig gebruikt kunnen worden, worden ecologische risico-evaluaties uitgevoerd. Ecotoxicologische testen vormen hier een belangrijk onderdeel van. Standaard ecotoxicologische testen op zooplankton soorten zijn op dit moment vooral toegespitst op de effecten van toxicanten op overleving en reproductie van organismen in de actieve fase (scenario 2), over de effecten op scenario´s 1, 3 en 4 is veel minder bekend. Met deze doctoraatsthesis wilden we meer inzicht verkrijgen in de effecten van blootstelling aan pesticiden op dormante rusteierenbank dynamieken. Daarvoor hebben we verschillende eindpunten, gerelateerd aan de dormante fase van zooplankton populaties en gemeenschappen bestudeerd, zowel onder gecontroleerde laboratorium condities als in semi-natuurlijke test systemen (mesocosms). Een belangrijke doel was om te achterhalen welk deel van de levenscyclus van het model organisme Daphnia magna (watervlo) het meest gevoelig was aan pesticiden blootstelling. Daarnaast hebben we onderzocht wat voor nieuwe informatie over de gevoeligheid van zooplankton gemeenschappen we konden verkrijgen door de effecten van pesticiden specifiek op dormante rusteierenbank dynamieken te testen, in een mesocosm experiment.

Op populatie niveau hebben we een serie van geïntegreerde laboratorium experimenten uitgevoerd met D. magna. Onze resultaten geven aan dat, pesticiden niet alleen mortaliteit in de actieve gemeenschap kunnen veroorzaken (scenario 2), maar ook effecten kunnen hebben op ontluikingsdynamieken en levensgeschiedeniskenmerken van ontloken individuen (scenario 1). We hebben een vijftal pesticiden getest op zowel dormante (sexuele) als parthenogenetische (asexuele) eieren van D. magna. De effecten van de geteste toxicanten op dormante levensstadia verschilden tussen de pesticiden, afhankelijk van hun werkingsmechanisme en potentieel voor bioaccumulatie.

 

Zelfs een pesticide als carbaryl dat geen direct effect had op het ontluikingsproces, veroorzaakte toch negatieve chronische effecten op overleving en performantie van ontloken organismen. De impact van de pesticide blootstelling werd echter niet alleen bepaald door het type toxicant, maar ook door het tijdstip van toediening. De laatste stadia van embryonale ontwikkeling waren het meest gevoelig aan pesticiden blootstelling. Hier vonden we ook de hoogste interne concentraties van pesticiden gemeten in de dormante eieren terug. Zelfs nog voordat de dormante eieren geactiveerd waren om te ontluiken, konden ze al aangetast worden door pesticiden blootstelling (scenario 3). Daarnaast bleek het ephippium (beschermende kapsel) rond de dormante eieren, nauwelijks of geen bescherming te bieden tegen pesticiden blootstelling. Dit geeft aan dat ook al hebben dormante eieren een hoge tolerantie voor extreme fysische condities, zoals vrieskou of langdurige droogte, ze toch een negatieve invloed kunnen ondervinden van chemische vervuiling. Verder onderzoek zal moeten uitwijzen of de effecten van vervuiling ook verschillen tussen de uiteenlopende stadia van dormantie (quiescentie versus diapause).

We hebben in ons onderzoek aangetoond dat blootstelling aan de insect groeiregulator fenoxycarb in Daphnia ook een effect kan hebben op de sexuele reproductieve fase (scenario 4). Fenoxycarb veroorzaakte een daling in zowel de productie van parthenogenetische eieren als dormante eieren, en induceerde de productie van mannetjes. We hebben geen significante effecten gevonden van fenoxycarb blootstelling op overleving en levensgeschiedeniskenmerken van ontloken individuen, wanneer de dormante eieren waren blootgesteld tijdens de productie. Dit geeft aan dat alhoewel de hoeveelheid geproduceerde dormante eieren significant verminderde, de kwaliteit van de dormante eieren in dit scenario niet negatief beïnvloed werd door fenoxycarb.

In een tweejarig mesocosm experiment hebben we onderzoek gedaan naar de effecten van pesticiden blootstelling op zooplankton gemeenschappen, toegespitst op de impact van herhaalde carbaryl toediening op zowel de actieve als dormante fase. Toevoeging van een dormante eierenbank behandeling in ons experiment, heeft er voor gezorgd dat we specifiek konden testen voor de effecten van pesticide blootstelling op zowel nieuw geproduceerde dormante eieren, als op dormante eieren die al aanwezig waren in de sediment fractie vanaf de start van het experiment. De actieve gemeenschappen werden negatief beïnvloed door de toediening van carbaryl. Vooral kleinere zooplankton taxa (Ceriodaphnia quadrangula en Chydorus sphaericus) waren gevoelig voor de pesticiden blootstelling. We hebben geen effecten gevonden van carbaryl blootstelling op nieuw geproduceerde rusteieren, waarschijnlijk omdat de actieve zooplankton populaties voldoende tijd hadden om te herstellen van de blootstelling, voordat de piek van de rusteieren productie plaatsvond. De ontluiking van rusteieren die al aanwezig waren in het sediment, werd niet negatief beïnvloed door carbaryl bloostelling. Dit is in overeenstemming met resultaten bekomen in de laboratorium experimenten, waarbij carbaryl geen directe effecten had op ontluiking tot concentraties 1000 keer hoger dan de effect niveaus (EC50) voor D. magna neonaten.

 

 

 

Onze resultaten tonen duidelijk aan dat chemische vervuiling een effect kan hebben op dormante rusteierenbank dynamieken in zooplankton populaties, via alle onderzochte scenario´s (1 - 4). Over het algemeen zijn de gevonden effect niveau´s in onze laboratorium experimenten niet lager dan effect niveau´s bekomen in standaard ecotoxicologische screening testen. We hebben wel aangetoond dat pesticiden langdurige effecten kunnen hebben op rusteierenbank dynamieken en dit kan een belangrijke impact hebben op evolutionaire en ecologische dynamieken van zooplankton populaties en gemeenschappen. Verder onderzoek is nodig om uit te wijzen wat de lange-termijn effecten van bloostelling aan milieu relevante pesticiden concentraties, via verschillende blootstellingsscenario´s, zijn op zooplankton gemeenschappen in natuurlijke aquatische systemen. Daarnaast zouden laboratorium microcosms gebruikt kunnen worden om de effecten van polluenten te testen op dormante rusteierenbank dynamieken, als schakel tussen laboratorium experimenten met één soort en openlucht mesocosm studies op gemeenschapsniveau. Als laatste, zou het interessant zijn om de effecten van chemische vervuiling te testen op dormante eierenbanken in natuurlijke systemen, door het bestuderen van geïmpacteerde en pristiene locaties.

Datum:1 jan 2011 →  19 aug 2015
Trefwoorden:Ecotoxicology, Dormant egg banks, Pesticides, Risk assessment, Macrozooplankton
Disciplines:Duurzame chemie, Aquatische wetenschappen, uitdagingen en vervuiling, Milieuwetenschappen en management, Geologie
Project type:PhD project