terug naar homepage


 

Lage concentraties Cadmium hebben na meerdere dagen een sterk remmend effect op de filtratiesnelheid van Dreissena polymorpha

 

 

 

 

Ministage ecologie cursus 116

juni 1996

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Stephan Vermeire

Coll.nr: 9024646

 

 

Samenvatting:

 

De driehoeksmossel Dreissena poymorpha vormt een belangrijke schakel in de voedselketen van vele nederlandse aquatische oecosystemen. In deze ministage hebben we onderzoek verricht naar de gevolgen van blootstelling tot 5 dagen aan het niet essentiele metaal cadmium op de filtratiesnelheid van deze mossel. Een Cd concentratie vlak boven de EC50 induceerde na 3 en 5 dagen een reductie van de filtratiesnelheid van meer dan 90%. Bij lagere Cd concentraties was op dag 0 en 3 een lichte verhoging in de filtratiesnelheid waarneembaar (hormesis), echter ook hier was de filtratiesnelheid op dag 5 verlaagd t.o.v. controle. De resultaten impliceren dat Cd toxiciteit toeneemt naarmate de blootstelling langer is.

 

 

Inleiding:

 

De driehoeksmossel Dreissena poymorpha vormt een belangrijke schakel in de voedselketen van vele nederlandse aquatische oecosystemen. Door de hoge filtratiesnelheid is deze mossel in staat om grote hoeveelheden algen uit het water te filtreren. Zelf wordt de driehoeksmossel gegeten door duikeenden en benthivore vissen, zoals karper en voorn. Ook kwantitatief neemt Dreissena een belangrijke plaats in: berekeningen wijzen uit dat in het ijsselmeer zo'n 1012 driehoeksmosselen voorkomen.

Uit eerder onderzoek is gebleken dat metalen grote invloed hebben op de levensvatbaarheid, en bij lagere concentraties op de filtratiesnelheid van de mossels. In korte termijns experimenten zijn voor de metalen koper, Cadmium en zink de EC50 waarden bepaalt op resp. 41 ug/l, 388 ug/l en 1350 ug/l [1].

Aangezien in vervuilde oecosystemen de effecten van toxicanten vaak eerder chronisch zijn dan kort durend is voor de metalen zink en lood in eerdere studies onderzocht wat het effect is van langere expositie aan de toxicant. Inderdaad bleek dat de filtratiesnelheid van Dreissena polymorpha daalde naarmate de mosselen langere tijd waren blootgesteld aan Pb of Zn [2].

In deze ministage hebben we gelijksoortig onderzoek verricht naar de toxiciteit van het niet essentiele metaal cadmium. Gekeken werd naar de filtratiesnelheid en mortaliteit bij Cd concentraties tot iets boven de EC50 (40-400 ug/l Cd), over een periode van 5 dagen. Uit dit experiment blijkt dat, hoewel de mosselen niet afsterven, de filtratiesnelheid in de tijd sterk afneemt.

Materiaal en methode:

 

Mossels en water werden verkregen uit het markermeer. Het water werd gezeefd en bewaard in een opslag tank waar het verder gezuiverd werd door het over een zand filter te pompen. De mossels werden gemeten en verdeeld zodat iedere behandeling eenzelfde gemiddelde lengte had. In iedere behandeling werden 25 mossels naar een bak met 3 liter water overgebracht waarvan de temperatuur op 15 graden celcius werd gehouden en waar voortdurend via een bruissteen lucht werd doorgepompt zodat de zuurstof concentratie altijd aanzienlijk was. Gezien de snelle hechting van de mossels aan de wand kan worden aangenomen dat deze bij aanvang in goede conditie verkeerden.

Een dag voor aanvang van het experiment werden de mossels geisoleerd en op de bakken met water gezet. Het experiment werd gestart (dag 0, 0 uur) door toevoegen van resp. 0, 40, 100 en 400 ug/liter cadmium (nominale concentraties). Direct hieropvolgend werd de filtratie snelheid gemeten. Het verversen van de bakken en het toevoegen van nieuw cadmium gebeurde na 72 uur (dag 3) en 120 uur (dag 5) respectievelijk, waarna weer filtratiemetingen volgden. De actuele cadmium concentratie waaraan de mossels werden blootgesteld werd gemeten door monster te nemen vlak na toevoegen, evenals vlak voor het verversen. Via AAS konden de concentraties in deze monsters berekend worden, evenals de gemiddelde actuele cadmium concentratie. Voor de bakken die op dag 3 werden gemeten, bedroegen deze gemiddelde waarden tijdens de 72 uur durende incubatie (t.o.v. de nominale concentraties 40, 100 en 400 ug/l) resp. 37, 73, en 313 ug/l. De bakken die gebruikt werden op dag 5 bezaten actuele cadmium concentraties van 32, 84 en 322 ug/l gedurende de eerste 72 uur, en 31, 97 en 400 ug/l gedurende de daaropvolgende 48 uur.

De filtratiesnelheid werd gemeten door de mossels te voeden met 80 ml algen oplossing (Scenedesmus acuminatus ) en na zowel 5, 20, en 35 minuten na het toevoegen, de concentratie algen te bepalen. Dit gebeurde door monsters te nemen van 5 ml en deze m.b.v. de coulter counter te analyseren. Alle monsters werden in triplo gemeten. De filtratiesnelheid kan worden berekend met behulp van de formule zoals beschreven door Coughlan:

m = M/nt ln (C0/Ct)

waarbij m is de filtratiesnelheid in ml/mossel/uur, M is het volume van de test vloeistof (3000 ml), n is het aantal mossels (25), t is de duur van het experiment (in uren), C0 de concentratie algen aan het begin van het experiment, en Ct de concentratie algen op tijdstip t.

Figuur 1: Invloed van Cadmium op de filtratie snelheid van Dreissena polymorpha. 25 exemplaren van Dreissena polymorpha werden gekweekt zoals beschreven in materiaal en methode, onder cadmium concentraties van resp. 0, 40, 100 en 400 ug/l. De filtratiesnelheid werd gemeten m.b.v. de coulter counter, en is voor iedere Cd concentratie weergegeven tegen de tijd in figuur A. De filtratiesnelheid als procent t.o.v. de controle (Cd concentratie = 0 op dag 0, 3 en 5) is weergegeven in figuur B.

Resultaten:

 

Uit eerdere experimenten is gebleken dat cadmium nadelig werkt op de filtratiesnelheid van de mossel Dreissena polymorpha. Om te onderzoeken wat de invloed is van cadmium gedurende een langere exposie tijd van enkele dagen, werden verschillende incubaties ingezet met cadmium concentraties oplopend van 40 ug/l tot 400 ug/l. In figuur 1 zijn de resultaten weergegeven. Voordat deze besproken worden moet vermeld worden dat tijdens het experiment geen mossels zijn gestorven. Wel was op dag 5 bij de hoogste concentratie cadmium schuimvorming waarneembaar, wat waarschijnlijk duidt op eiwitten afkomstig van de mossels aanwezig in het medium.

In figuur 1A is zichtbaar dat de controle groepen waar geen cadmium was toegevoegd, op de verschillende dagen een vrijwel constante filtratie snelheid vertonen van ongeveer 90 ml/mossel/uur. Als een lage concentratie cadmium (40 of 100 ug/l) werd toegevoegd was echter een ander patroon waarneembaar. Op dag 0 werd de filtratiesnelheid gemeten op ongeveer 140 ml/mossel/uur, wat beduidend hoger is dan de controle. Voor de Cadmium concentratie 100 ug/ml daalde de filtratie snelheid achtereenvolgens op dag 3 naar 100 ml/mossel/uur, en op dag 5 naar 50 ml/mossel/uur. Een iets minder sterke soortgelijke daling in de filtratiesnelheid was waarneembaar bij de Cd concentratie 40 ug/l. Bij de hoge cadmium concentratie van 400 ug/l werd op dag 0 een filtratie snelheid gemeten die ongeveer gelijk was aan de controle (100 ml/mossel/uur), die echter snel af nam op dag 3 en 5 naar minder dan 10 ml/uur/mossel.

In figuur 1B zijn dezelfde resultaten nog eens weergegeven als percentage van de controle filtratie snelheid. Ook hier is duidelijk zichtbaar dat bij 40 en 100 ug/l cadmium de filtratiesnelheid op dag 0 en 3 is toegenomen, en op dag 5 is afgenomen t.o.v. de controle. In deze figuur is tevens duidelijk zichtbaar dat bij 400 ug/l cadmium de filtratiesnelheid sterk afneemt t.o.v. de andere cadmium concentraties, evenals de controle.

Discussie en conclusie:

 

De resultaten laten duidelijk zien dat de toxiciteit van het niet essentiele metaal cadmium in de tijd bij sublethale concentraties toeneemt. In figuur 1B is te zien bij een Cd concentratie van 400 ug/l dat op dag 3 en 5 de filtratiesnelheid met meer dan 90% is afgenomen, i.t.t op dag 0 waar nog geen verschil is waar te nemen. Ook bij lagere Cd concentraties is op dag 5 een verlaging in de filtratie snelheid zichtbaar.

Opmerkelijk is dat lage cadmium concentraties in dit experiment aanvankelijk een verhoging in de filtratie snelheid induceerden, wat op langere termijn verranderde in een verlaging t.o.v. de controle. Dit verschijnsel staat bekend onder de naam hormesis. Een lage concentratie toxicant zou aanvankelijk niet giftig genoeg zijn om de activiteit van de mossel te remmen. In tegendeel zelfs, aangezien de mossel wel het toxicant waarneemt probeert deze zich daartegen te weren door de metabole activiteit te verhogen wat resulteert in een verhoogde filtratiesnelheid. Na verloop van tijd zal deze toch weer afnemen daardat de mossel langzamerhand vergiftigd wordt.

De resultaten van dit experiment sluiten goed aan bij de eerder verrichtte studies naar lange termijns effecten van metalen. Kraak et al. [2] vonden een daling in de EC50 bepaald na 10 weken t.o.v de EC50 gemeten na 48 uur, van 388 ug/l naar 27 ug/l.

Samen wijzen deze resultaten er op dat in toxiciteits bepalingen zeker rekening moet worden gehouden met de tijdsfactor. Dit geldt ook voor de extrapolaties van laboratorium toxiciteits bepalingen naar de in vivo situatie binnen het ecosysteem.

 

 

Referenties:

 

1 Kraak, M.H.S., Toussaint, M., Lavy, D., Davids, C: Short-term effects of metals on the filtration rate of the zebra mussel Dreissena polymorpha. Environmental; Pollution 84 (1994) 139-143.

2 Kraak, M.H.S., Wink, Y.A., Stuijfzand, S.C., Buckert-de Jong, M.C., de Groot, C.J., Admiraal, W: Chronic ecotoxicity of Zn and Pb to the zebra mussel Dreissena polymorpha. Aquatic toxicology 30 (1994) 77-89.