Forurens: Is the cocktail effect of environmental contaminants a threat for Arctic fish populations?

Arktiske dyr utsettes for en rekke miljøgifter som transporteres til Arktis via luft- og havstrømmer. Miljøgiftene tas opp av dyr, og i mange arktiske topp-predatorer er nivåene så høye at negative helseeffekter kan oppstå. I en innsjø på Bjørnøya (Ellasjøen) ble det tidlig på 2000-tallet påvist svært høye nivåer av persistente organiske miljøgifter (POPs) både i det biotiske og abiotiske miljø. I andre innsjøer på Bjørnøya, f.eks. Laksvatn, er nivåene av miljøgifter betydelig lavere. Målsetningen med dette prosjektet har vært å undersøke om miljøgift-blandingen som finnes i røye fra Ellasjøen har noen effekt på fiskens helse. Laksvatn har fungert som referanse innsjø (lav miljøgifts-belastning). Vi har benyttet en kombinert felt- og lab-tilnærming for å øke kunnskapen om effekter av miljøgift-blandinger på arktiske dyr. Prosjektet har vært gjennomført i perioden 2013-2016, men også prøver tatt gjennom et forprosjekt finansiert av Framsenteret i 2012 har inngått i analysene. Kjemiske analyser av muskel- og gonade-prøver fra røye viser at PCB fremdeles er den dominerende miljøgiftgruppen i fisk fra Bjørnøya, fulgt av klorerte pesticider (p,p-DDE, klordaner, HCB). Toksiske ekvivalenter for dioksinlignende PCB-kongenere i gonader fra fisk fra Ellasjøen overskrider nivåer som tidligere har vært vist å forårsake økt dødelighet i egg fra regnbueørret. Også nye miljøgifter som nye bromerte- og fosfororganiske flammehemmere forekommer i forhøyde nivå i Ellasjøen sammenlignet med Laksvatn. En non-target screening har imidlertid vist at det er få ukjente forbindelser i prøvene fra Bjørnøya. In vitro studier, hvor hepatocytter eksponeres for enkeltstoffer eller blandinger av miljøgifter, inngikk i prosjektet. For å gjøre testene mest mulig relevante ble det benyttet ekstrakter fra røye innsamlet på Bjørnøya i eksponeringene. Tre ulike ekstrakter fra lever og gonader, som hver inneholdt ulike miljøgifter, ble preparert. Resultatene fra in vitro eksponeringene viste at noen av ekstraktene var giftige for hepatocyttene ved de høyeste konsentrasjonene, og noen få indusert østrogen eller dioksinlignende aktivitet. Blandingene fra Ellasjøen var mer potent enn blandingene fra Laksvatn. Som en del av prosjektet ble også effekter av miljøgifter på reproduktiv suksess undersøkt. Nivåer av steroidhormoner ble bestemt, ulike fertilitetsindikatorer vurdert (fekunditet, eggdiameter, spermatokrit) og et fertiliseringseksperiment ble gjennomført i felt. Det ble ikke funnet assosiasjoner mellom miljøgifter og nivå av steroidhormoner i verken hunner eller hanner. Hunner fra Ellasjøen produserte imidlertid færre og mindre egg (lavere fekunditet) enn hunner fra Laksvatn. Statistiske analyser viste at PCB- og HCB-nivå i hunnene i størst grad påvirket fekunditeten. Ingen effekter ble funnet på egg-utvikling, men kun de tidligste celledelings-stadier ble undersøkt. En stressrespons test ble utført i felt, og genekspresjon og hormonnivåer i hypothalamus-hypofyse-binyre (HPI) aksen ble målt før og etter stress utfordring (én times opphold i et lite kar). Resultatene viste at genekspresjon i HPI aksen i fisk fra Ellasjøen er påvirket, men at det ikke er noen forskjell mellom innsjøene i plasma kortisolnivå (funksjonell respons). Dette indikerer at stress-responsen i røye fra Ellasjøen, til tross for effekter på gennivå, er like funksjonell som hos fisk med lave miljøgiftsnivå (Laksvatn). Miljøgiftseksponering kan føre til brudd i DNA-tråden hos eksponerte individer. Også dette ble undersøkt i røya fra Bjørnøya. Røye fra Ellasjøen hadde en høyere forekomst av DNA trådbrudd enn røya fra Laksvatn, og det var en signifikant korrelasjon mellom trådbrudd og nivå av miljøgifter. Resultatene fra dette prosjektet viser at røye fra Ellasjøen er påvirket av organiske miljøgifter ettersom flere endringer på molekylært og fysiologisk nivå ble avdekket (endringer i genekspresjon, DNA trådbrudd, cytotoksisitet, enzym aktivitet). Ingen klare effekter på individ-funksjon ble imidlertid avdekket (f.eks. stress-respons), selv om nedsatt fekunditet vil kunne føre til en nedsatt reproduksjonsrate for populasjonen. Røya i Ellasjøen har vært utsatt for høye nivåer av miljøgifter i flere ti-år, og det kan ikke utelukkes at en viss adapsjon i fysiologiske prosesser kan ha forekommet.

It is well known that the Arctic is being affected by a range of contaminants, and that levels in top predators are high enough to cause effects. While we are rapidly gaining an understanding of how individual contaminants affect communities, investigatio ns of the effects of diverse contaminant mixtures in aquatic communities are rare. Many studies on Arctic organisms has shown correlations between contaminant concentrations and different physiological responses, but the actual cause - effect relationship is usually not identified, and it is not clear which contaminant is causing the effect. The overall objective of the project proposed here is to investigate how contaminant cocktails affect the performance of Arctic charr (Salvelinus alpinus), as well as how possible interactions between different contaminants affect the observed responses. We intend to use a combined approach, using in vitro tests and fieldbased studies, to increase the knowledge concerning effects of contaminant cocktails on Arctic ani mals. The fieldstudies will be carried out in two lakes on Bjørnøya: Lake Ellasjøen and Lake Laksvatn. The two lakes are located in close proximity, but have very different contaminant loadings. Previous studies havs shown that there are high levels of se veral persistent organic pollutants in fish from Lake Ellasjøen, while levels are low in fish from Lake Laksvatn. Fieldbased studies will give information about ecologically relevant effects, but from fieldstudies alone it will be difficult to conclude wh ich components of the contaminant cocktail is excerting the observed effects. Potential effects on reproduction, immune- and stress responses will be investigated. The in vitro studies will target the mixture effects (synergistic, antagonistic or additiv e) and the results will allow us to develop markers for use in in vivo studies.