Microplastics: Long-term Effects of plastics and Additive Chemicals on marine organisms

Den økende mengden mikroplast som følge av fragmentering og nedbrytning av marin forsøpling er godt dokumentert, men miljørisikoen ved plastrelaterte kjemikalier fremstår som en mye mindre kjent trussel mot det marine miljøet, spesielt på lang sikt. MicroLEACH’s mål er dermed å undersøke langtidseffekter av mikroplast og deres tilsetningsstoffer på et utvalg av marine arter som finnes i det norske miljøet. For dette formålet ble >50 termoplast- og elastomerprodukter fra husholdnings- og industriapplikasjoner, som representerer forskjellige polymerer og med et bredt spekter av additive kjemiske profiler valgt og karakterisert. For det første ble ikke-mål analytisk kjemisk screening brukt for å identifisere antall og mengde plasttilknyttede kjemikalier i hvert produkt. Deretter ble grunnlinjetoksisiteten til metanolekstrakter fra hvert produkt undersøkt ved bruk av bakteriell luminescenstoksisitetstesten og algeveksthemmingstesten (Skeletonema pseudocostatum). Selv om resultatene fra begge testene viste et bredt spekter av toksisitet på tvers av de forskjellige plastproduktene, var responsene generelt like, med de fleste sigevannekstrakter som induserte betydelig toksisitet. Generelt viste produkter som inneholder et høyere antall kjemikalier høyere toksisitet, med elastomerbaserte produkter som viser noen av de høyeste tilsetningsnivåene og toksisitetene. En omfattende vurdering av påvirkning av miljøparametere som temperatur, turbulens, saltholdighet og tid på utvaskingsprosesser ble også gjennomført på de 50 forbrukerproduktene. Resultatene viste et komplekst samspill mellom egenskapene til kjemikaliene, polymermatrisen og de ytre miljøparametrene. Fem forbrukerprodukter med høy baseline toksisitet ble valgt ut for mer omfattende toksisitetstesting ved bruk av nøye tilberedte vandige sigevann. Disse inkluderte bildekkgummi (CTR), ballonger (BL), vaskehansker (WG), laboratoriehansker (LG) og skosåler (SS). Ett produkt uten baseline toksisitet (polyetylentereftalat vannflaske, PET) ble også valgt. Toksisitetstester ble utført på tidlige livsstadier av Atlantisk torsk Gadus morhua, copepoder Tisbe battagliai, stillehavsøsters Crassostrea gigas, kråkeboller Strongylocentrotus droebachiensis og polychaete Capitella spp, så vel som i primærceller fra blåskjell Mytilus edulis (hemocytter) Totalt sett viste sigevannseksponering betydelige effekter på befruktnings- og klekkesuksess, og larveutvikling, med WG og SS som viste de høyeste effektene. Som forventet, var utlutningsvann fra PET-flaskene minst giftige. En lignende trend ble påvist for blåskjellhemocytter, hvor det ble registrert betydelig toksisitet selv ved lave konsentrasjoner. Toksisiteten til sigevann fra CTR etter 7 og 14 dagers utvasking ble også testet i mikroalger. Totalt sett hadde 14 dagers sigevann høyere effekt på algevekst og fotosyntesekapasitet, med henholdsvis S. pseudocostatum som viste høyest sensitivitet. Den spesifikke toksisiteten til CTR for S. pseudocostatum ble videre analysert, med ROS-dannelse og oksidativt stress som ble mest påvirket. Til slutt ble toksisiteten til SS-lekkasjevann undersøkt på ungmusling M. edulis etter en eksponeringsperiode på 21 dager, hvoretter klaringshastighet, tilstandsindeks og parametere for oksidativt stress ble målt. Totalt sett var clearance rate den mest berørte parameteren, etterfulgt av en økning i lipidperoksidasjon i blåskjellvev. Karakterisering av kjemiske profiler av sigevann brukt i toksisitetstestene pågår for tiden, men resultatene oppnådd så langt indikerer at den observerte toksisiteten er svært avhengig av den kjemiske profilen og utlekkingspotensialet til tilknyttede tilsetningsstoffer som kan resultere i artsspesifikk følsomhet. For å skille mellom de økotoksikologiske effektene avledet fra partikler fra de som er et resultat av assosierte kjemikalier, ble eksperimenter med cod G. morhua tidlige livsstadier og voksen M. edulis utført for å studere effekten av tre forskjellige komponenter av CTR-partikler: i) bare partikler uten de tilknyttede kjemikaliene (partikler), ii) bare kjemikaliene som lekkes ut fra partiklene (slutvann), og iii) uberørte CTR-partikler inkludert alle tilhørende kjemikalier. Sigevanns- og CTR-eksponeringer førte til betydelig lavere klekkesuksess, økt dødelighet og utviklingsendringer sammenlignet med de pre-lutede partiklene, som ikke hadde noen signifikant effekt. Blåskjell viste tegn på nevrotoksisitet og oksidativt stress som respons på CTR og sigevann over tid. Samlet sett viser disse resultatene at assosierte kjemikalier og ikke de fysiske partiklene er de viktigste CTR-toksisitetsdriverne for endepunktene som er studert. Ytterligere tester vil fortsette å evaluere de potensielle effektene av disse partiklene og deres isolerte sigevann på andre arter med økologisk og kommersiell betydning. Vi vil også prøve å forstå hvordan disse akkumuleres i organismer og om de overføres langs marine næringskjeder.

Increasing amounts of microplastics (MPs) and associated chemicals, a result from degradation of marine litter, are one of the unknown threats to the marine environment. This project will investigate the long-term effects of MPs to a range of environmentally and commercially relevant marine species from the Norwegian environment and identify the importance of plastic chemical additives to the observable effects. To improve environmental relevance, studies will be conducted with irregular shaped MP particles and fragments generated by cryo-milling post-production and post-consumer MP using realistic and future predicted concentrations. A detailed characterisation of test materials will be conducted using state-of the-art methods in addition to leaching studies of plastic additive chemicals under environmentally relevant conditions (e.g. seawater, synthetic gut fluid). Through innovative approaches, the ecotoxicity studies will attempt to distinguish between long-term effects derived directly from MPs and those resulting from the associated additive chemicals to identify potential risks at the individual and ecosystem level. MicroLEACH will also study MPs uptake, accumulation and elimination routes in test species and determine the associated toxicokinetics to facilitate an improved interpretation of effect data. The project will culminate in a series of trophic transfer-level studies to investigate the potential for bioaccumulation/biomagnification of MPs and associated additives in a Norwegian marine food-web. In a final step, the experimental data will be used to identify test systems for future development of regulatory guidelines for effect assessment of MPs and additive chemicals. MicroLEACH will establish a communication platform towards multiple stakeholders to ensure dissemination of the knowledge generated, with a focus on public engagement, to increase awareness regarding marine litter and ensure a better protection and mitigation of the marine ecosystem.