JPI Oceans - Mikroplast - PLASTOX - SINTEF, NTNU, NPI, NILU - Dir and indir ecotoxicological impacts of microplastics on marine organisms

PLASTOX-prosjektet ble koordinert gjennom det europeiske fellesprogrammet JPI Oceans (Joint Programming Initiative for Productive Seas and Oceans), og besto av 15 partnere fra 11 europeiske land. PLASTOX undersøkte interaksjon og effekter (opptak, ekskresjon og toksisitet) av mikroplastpartikler (MP) på nøkkelarter fra europeiske økosystemer. Effekten av fysikalsk-kjemiske egenskaper til MP (størrelse, form, overflateareal og polymerkomposisjon) på disse prosessene ble undersøkt. Interaksjon med eksisterende persistente miljøgifter, samt effekten av tilsatte kjemikalier i polymerene ble også undersøkt. Forskningsbidrag fra de norske partnerne inkluderte: Et utvalg av MP referansematerialer ble etablert for bruk på tvers av de ulike studiene. Dette inkluderte MP fra ulike polymerer (for eksempel polyetylen (PE), polystyren (PS) og polypropylen (PP)), og med forskjellig størrelse. Plastgjenstander samlet inn fra miljøet ble identifisert og registrert, etterfulgt av kverning for å produsere ulike størrelsesfraksjoner av MP. Alle referansematerialene ble grundig karakterisert, med spesielt fokus på kjemisk karakterisering av materialer prøvetatt i miljøet. Karakteriseringsteknikkene som ble benyttet for referansematerialene, ble også optimert og benyttet til identifikasjon og kvantifisering av MP i miljøprøver og for å studere skjebnen og effekten i laboratoriestudier. NILU koordinerte utplasseringen av plastpellets på seks lokasjoner i Østersjøen, Nordsjøen, Norskehavet, Middelhavet og Atlanterhavet for å studere naturlig forvitring av plast i marint miljø. Lokasjonene var både urbane og uberørte. Eksperimentene varte over 12 måneder, med prøvetaking etter 1 og 4 uker, 3, 6, 9 og 12 måneder. De samme materialene og utplasseringsbetingelsene ble benyttet for alle lokasjonene. I Norge og Frankrike ble det i tillegg utplasser to post-industri plastmaterialer for å sammenligne sorpsjon av miljøgifter ved ulike breddegrader. Analyser av opptak av miljøgifter, utlekking av tilsatte kjemikalier, samt av biofilmdannelse på partiklene ble utført. Et ekstra forsøk med utsett av partikler i Ny-Ålesund på Svalbard ble også utført. Sesongvariasjoner knyttet til miljøgift-sorpsjon i arktisk miljø ble undersøkt, for å kunne gi en vurdering av effekter av lave temperaturer og lite sollys. Så langt har man sett at sorpsjon av miljøgifter til plast går saktere ved lavere temperaturer. Tøffe vinterforhold fører til økt degradering av plastoverflatene på grunn av direkte kontakt med sjøis under forverrede bølgeforhold. Dannelsen av mindre partikler påpeker effekten av mekanisk stress på plastoverflaten. NTNU har studert opptak, akkumulering, ekskresjon og giftighet av MP med ~10 µm PS, 1-5 µm PE og fluorescensmerkede MP-partikler. Studerte arter inkluderer mikroalger (Rhodomonas baltica), dinoflagellater (Oxyrrhis marina) og copepoder (Calanus finmarchicus). Nye, roterende, eksponeringssystemer har blitt designet spesifikt for disse studiene. Resultater fra de første studiene viste at det skal relativt høye konsentrasjoner av MP til for å påvirke algevekst negativt. Dinoflagellater ble observert å spise MP-partikler, og det er indikasjoner på akkumulasjon. Copepoder spiste også MP, og selv om de etter hvert ble utskilt med feces, så var oppholdstiden i organismen opptil flere dager. Ingen akutt giftighet ble observert for hverken dinoflagellater eller copepoder. I juni 2017 fikk SINTEF, NTNU og Biotrix besøk av forskere fra universitetet i Exeter, som utførte en sammensatt studie av opptak og subletal giftighet av mikroplastfibre i Calanus finmarchicus. I tillegg ble det utført en fullstendig generasjonseksponeringstest for å se på effekter på utvikling og reproduksjon. Her avventer vi fortsatt endelig databehandling. I tillegg til effekter av MP-partikler, har vi også studert kombinasjonseffekter av MP og "assosierte kjemikalier", både miljøgifter allerede tilstede i miljøet som får en potensiell ny opptaksvektor via MP, men også kjemikalier som er tilsatt i, og lekker ut av, MP i miljøet. SINTEF har, i samarbeid med Biotrix og NTNU, studert sorpsjon av to modell-toksikanter (de polysykliske aromatiske hydrokarbonene fenantren og fluoranten) på PE og PS MP, og videre sett på hvordan MP-sorpsjon modulerer akutt giftighet og bioakkumulering av disse forbindelsene i copepoder (Calanus finmarchicus og Acartia tonsa). Sorpsjonskinetikk og isotermer ble studert for ulike MP-størrelser og under forskjellige temperaturbetingelser. En ny tilnærming for å studere biotilgjengelig av partikkelbundne miljøgifter ble implementert, og viser at det er liten biotilgjengelighet av MP-bundne organiske miljøgifter. Til sist ble det produsert utlekkingsløsninger fra en serie med referanse-MP brukt i prosjektet, og den kjemiske sammensetningen og effektene av disse løsningene på alger og skjell ble studert. Alle de studerte løsningene var til en grad giftige, men det var store forskjeller mellom opphavsmaterialet på graden av giftighet.

PLASTOX has made a significant contribution to research on the environmental fate and effects of MPs on marine organisms. Through public outreach and media dissemination, PLASTOX communicated key findings and general knowledge about the environmental fate and effects of MP to the public. Contributions to regulations, policies and management practices: Andy Booth was appointed co-chair of the ICES Working Group on Marine Litter to develop MP monitoring. Dorte Herzke and Andy Booth were invited into the AMAP Litter and Microplastics Expert Group. Innovation: PLASTOX was responsible for the development of novel exposure systems, items of scientific equipment and methodologies. Education & career development: PLASTOX has co-funded 8 PhD students and 5 Post Docs, as well as supporting ~40 BSc and MSc students. New cooperation & collaboration: PLASTOX has established a strong network of European research centres studying the environmental fate and effects of MPs on marine ecosystems.

The PLASTOX project will investigate the ingestion and ecotoxicological impact of microplastics (MPs), together with the persistent organic pollutants (POPs), metals and plastic additive chemicals associated with them, on key European marine species and ecosystems. The influence of MP physicochemical properties (e.g. size, shape, surface area and composition) on these processes will be evaluated. PLASTOX aims to bridge the current gap between laboratory assessment using commercially available feedstock MPs and the additive-loaded and degrading MPs which dominate the marine environment. Macro-sized plastic debris collected from the marine environment will be used to generate fully characterized MPs derived from real marine litter. PLASTOX seeks to generate a clearer understanding of the adsorption and desorption of organic and inorganic pollutants to MPs using a range of common POP and metal contaminants, as well as common plastic additives. PLASTOX will investigate MP uptake through ingestion and other routes following controlled exposures. The potential for MP accumulation in tissues of marine organisms through transport across the gut and cell boundaries will be studied and attempts made to quantify MP accumulation using state of the art analytical approaches. MP accumulation will be linked to the physicochemical properties of MPs and comparisons drawn between different species. The acute and sublethal ecotoxicological effects of MPs will be assessed on marine phyto- and zooplankton. Using data and competence generated in these studies, a more detailed understanding of the potential for MP transfer between trophic levels, and the subsequent impacts this may have, will be obtained. The knowledge generated about MPs in the marine environment will be summarized in a guidance document and serve as a strong evidence base for development of future legislation and remedial efforts.