Miljøgifter i isbjørn Heli Routti Selv om Arktis er langt fra industrielle områder, er mange menneskeskapte kjemikalier funnet i høye konsentrasjoner i arktiske rovdyr. Høye konsentrasjoner av miljøgifter i isbjørn har vært koblet til helseeffekter, som igjen kan forsterkes om isbjørnen sulter på grunn av smeltende sjøis i Arktis. Persistente (motstandsdyktige eller langlivete) organiske miljøgifter (POPer) (se faktaboks side 41) er produsert som plantevernmidler, industrielle kjemikalier eller deres biprodukter. De kjennetegnes av langsom nedbryting i miljøet og transporteres over lange avstander fra sørlige industrialiserte områder til Arktis med luft- og i mindre grad havstrømmer. De hoper seg opp i levende organismer og samler seg opp (akkumuleres) gjennom næringskjeder til høye konsentrasjoner i topp-predatorer, en prosess som kalles biomagnifisering. Bruk og produksjon av flere miljøgifter, for eksempel polyklorerte bifenyler (PCBer), dioksiner, mange klororganiske sprøytemidler og noen bromerte flammehemmere og såkalte perfluorerte stoffer er forbudt eller begrenset av Stockholmkonvensjonen, som er en internasjonal traktat under United Nations Environment Programme. Selv om flere miljøgifter har vært forbudt i mange år, vedvarer de fortsatt i miljøet og vil fortsette å være blant de miljøgifter som finnes i høyest konsentrasjon i arktiske dyr. Forbindelser som PCBer og mange klorerte plantevernmidler er for tiden på vei ned hos isbjørn. Dette skjer fordi bruken av disse forbindelsene har vært forbudt. Mens bruk av PCBer og mange klorerte plantevernmidler har vært forbudt i flere tiår gjennom internasjonale konvensjoner, er produksjon og bruk av kun et fåtall av de vanligste perfluorerte forbindelser som en finner i Arktis hittil begrenset av Stockholm-konvensjonen. Konsentrasjoner av flere perfluorerte forbindelser har økt hos isbjørn de siste tiårene. Det jobbes videre med restriksjoner for bruk av øvrige fluorerte forbindelser både nasjonalt og på EU-nivå. Nivåendringer av miljøgifter i arktiske dyr over tid (tidstrender) er ikke bare påvirket av utslipp av disse stoffene og iverksatte reguleringer, men også av klimaendringer. Klimaendringer kan påvirke transport av miljøgifter fra sørlige trakter på forskjellige måter. Modellstudier viser at miljøgifter avsatt og langtidslagret i vann og is er forventet å slippe ut i atmosfæren på grunn av stigende temperaturer. Slike endringer i temperatur, transportveier og de mengdene av miljøgifter som finner veien inn i Arktis vil videre påvirke hvordan og i hvilken grad arktiske dyr eksponeres. Studier fra Grønland og kanadisk Arktis har blant annet vist at klima-relaterte endringer i isbjørners næringsnett fører til økt miljøgifteksponering. Miljøgiftbelastingen i isbjørn fra Svalbard er dominert av perfluorerte forbindelser og PCBer og deres mellomstadier (=metabolitter, det vil si resultater av stoffskifte/omdanning i en organisme). Perfluorerte forbindelser og mellomstadier av PCBer er særlig funnet i blod, mens PCBer er dominerende forbindelser i fettrike vev som fettvev og lever. Høye nivåer av PCB-metabolitter skyldes at isbjørner er svært effektive til å omdanne PCBer. Hensikten med slike omdanningsprosesser, noe som hovedsakelig finner sted i leveren, er å omforme forurensningsstoffer til en mer vannløselig form, slik at det kan bli utskilt via urinen. Men disse prosessene fører ikke alltid til Ottar 308 2015 (5): 37 42 37
redusert konsentrasjon av miljøgifter i kroppen. Flere PCB- metabolitter blir værende i kroppen og de er giftigere enn de opprinnelige forbindelsene. Noen mellomstadier av PCBer (for eksempel det som kalles hydroksy-metabolitter) ligner naturlige hormoner, og de binder seg derfor til proteiner som normalt frakter disse hormonene gjennom blodomløpet. Slike mekanismer kan føre til hormonell ubalanse og svekket helse hos dyr. Fettprøver fra isbjørn kan gi mye informasjon om nivåer og effekter av miljøgifter. Foto: Heli Routti. I tillegg til de «tradisjonelle» miljøgiftene har en rekke kjemikalier som brukes i dag blitt funnet i isbjørn. Disse stoffene har felles egenskaper med POPer. De brytes langsomt ned, transporteres over lange avstander, hoper seg opp i toppen av næringskjeder, de er giftige og gir negative effekter på helsa til dyr som eksponeres. Som eksempel kan nevnes at kjemikalier som nå erstatter bromerte flammehemmerne eller som brukes som tilsettingsstoffer i for eksempel plast har vært funnet i vev hos arktiske dyr. Mye av forskningen foregår på kjemikaler som produseres og brukes i dag, for å dokumentere deres bestandighet, kapasitet for langtransport og giftighet. Ny forskning gir ny og nødvendig informasjon som igjen gir grunnlag for nye reguleringer. Man finner høye PCB-nivåer både i isbjørn fra Barentshavet, Grønland og Canada. Derimot er nivåene av bromerte flammehemmere høyere i isbjørn fra Svalbard, Øst-Grønland og Hudson Bay-området enn i isbjørn i andre områder. Nivået av kvikksølv er imidlertid lavt i isbjørn fra Svalbard sammenlignet med andre områder. Helseeffekter Høye konsentrasjoner av miljøgifter har vært knyttet til flere helseeffekter hos I 2012 og 2013 ble isbjørnprøver også samlet om høsten for å studere miljøgifter og deres effekter etter isfrie sommerperioder. Foto: Heli Routti. 38
isbjørn på Svalbard og Øst-Grønland. Funnene tyder på at miljøgiftbelastningen påvirker immunforsvaret, noe som gjør isbjørnen mer mottakelig for smitte og sykdom. Miljøgifter kan også forstyrre kjønnshormonbalansen hos isbjørn, som igjen kan få konsekvenser for reproduksjonsevnen. Lavere konsentrasjoner av testosteron er funnet i hannbjørner med svært høye nivåer av miljøgifter, mens i binner med unger er høy miljøgiftbelastning koblet med høye konsentrasjoner av det hunnlige kjønnshormonet progesteron i blodet. Videre har studier av isbjørn fra Øst-Grønland koblet høy eksponering for miljøgifter med reduksjon av størrelsen på kjønnsorganer, beinskjørhet og endringer i lever og nyre. Miljøgifter kan også endre virkningen av hormoner fra isbjørnens skjoldbruskkjertel. Disse hormonene regulerer utviklingsprosesser, energimetabolisme under faste, og spiller en viktig rolle for hvordan bjørner regulerer kroppstemperaturen. I lys av hvor viktig skjoldbruskkjertelhormoner er for utviklingen, kan forstyrrelse av disse hormonene i et tidlig stadium av livet være svært skadelig. Dette er spesielt urovekkende siden isbjørnunger er utsatt for høye nivåer av miljøgifter gjennom den fettrike morsmelken. Hos små isbjørnunger har man målt nivåer av PCBer i blod som er to og en halv gang høyere enn i blodet hos mora. Derimot er nivåene av mindre fettløselige miljøgifter, som Hver april tar man blod- og fettprøver av isbjørn på Svalbard. Foto: Magnus Andersen. 39
for eksempel enkelte mellomstadier av PCBer og perfluorerte stoffer, høyere hos isbjørnmødre enn hos deres unger. Klimaendringer kan forsterke effekter av miljøgifter Varierende mattilgang og energiforbruk gjør at kroppskondisjonen hos isbjørn kan variere mye gjennom året. I isfrie perioder er mange isbjørn lange perioder uten mat og må da bruke sine egne energireserver, fortrinnsvis fett. Når fettreserver forbrenner frigjøres imidlertid de fettløselige miljøgiftene som er lagret i fettet, som for eksempel PCBer, som igjen transporteres til viktige organer som lever, blod og hjerne. I slike perioder uten mat blir derfor dyrene også mer sårbare for effektene av miljøgifter. Menneskeskapte miljøgifter er ikke den eneste trusselen mot isbjørn. Isbjørnen er blant de artene som er mest sårbare for en klimaoppvarming, da økt temperatur fører til at havisen smelter, og havisen er isbjørnens hovedleveområde (se side 32). Tap av sjøis har allerede vært koblet til nedsatt kroppskondisjon, nedsatt reproduksjonsevne og videre til redusert overlevelse hos isbjørn i enkelte bestander i Kanada og i Alaska. Matmangel får størst konsekvenser for gravide og ammende binner, og kan derfor påvirke deres reproduksjon. Lengre isfrie sommersesonger og økt sesongvariasjon i isutbredelsen vil føre til lengre fasteperioder. Økt forbrenning av fett betyr at enda mer miljøgifter blir mobilisert fra fettlagring til blod og andre organer, hvor de kan påvirke livsviktige funksjoner, som for eksempel hormonsystemet. Kombinasjonen av flere stressfaktorer relatert til klimaendringer og forurensing framstår derfor som et «worst-case scenario» for arktisk dyreliv. Fasting er en stressende situasjon som krever optimal kontroll av stoffskiftet for å opprettholde tilstrekkelig energiforsyning til alle organer. Ny forskning tyder på at eksponering for miljøgifter kan påvirke energibalansen på flere måter, for eksempel gjennom å påvirke hvordan fett lagres og forbrennes. Som tidligere nevnt er også hormonene i skjoldbruskkjertelen, som regulerer kroppens temperatur og stoffskifte, sensitive for miljøgiftbelastning. Eksponering for miljøgifter kan dermed påvirke flere fysiologiske prosesser som er avgjørende for isbjørnens evne til å tilpasse seg stigende temperaturer og redusert sjøis. Forurensning kan derfor redusere isbjørners kapasitet til å tilpasse seg det miljøstresset som klimaendringen forårsaker. Dagens forskning på isbjørn og miljøgifter For å samle informasjon om miljøgifter hos isbjørn fra Svalbard trengs det tverrfaglig kunnskap fra flere fagområder inkludert kjemi, økologi, fysiologi, toksikologi og molekylærbiologi. Hvert Venstre: Stamceller fra isbjørnens fettvev sett gjennom mikroskop. Foto: Trine Fink. Høyre: Ekstrahering av miljøgifter fra isbjørnfett. Foto: Mikael Harju. 40
år tas det blod- og fettprøver av isbjørn på Svalbard, i forbindelse med den årlige bestandsovervåkingen, hvor isbjørn bedøves og merkes. Disse prøvene kan brukes for å overvåke tids- og geografiske trender i miljøgiftnivåene. Det finnes i dag veletablerte metoder for å analysere de «tradisjonelle» miljøgiftene, som PCBer og DDT (se faktaboks side 42), mens nye miljøgifter krever stadig utvikling av nye analysemetoder. Metodeutvikling er en langsom og arbeidskrevende prosess. Når man studerer tidstrender for miljøgifter er det viktig å standardisere prøvematerialet, det vil si å ha kontroll på faktorer som kan være årsak til variasjon i målte Persistente organiske miljøgifter (POPer) og biomagnifisering Persistente organiske miljøgifter (POPer) er et samlebegrep for mange halogenerte organiske forbindelser. Disse inneholder grunnstoffer som fluor, klor eller brom i tillegg til karbon. POPer utgjør et globalt miljøproblem. De har fysiske og kjemiske egenskaper som gjør at de brytes langsomt ned i naturen, blir transportert over lange avstander via luft- og havstrømmer, oppkonsentreres i levende organismer og kan ha negative effekter på helse. I dag er 21 stoffer/stoffgrupper identifisert som POPer og forbudt eller begrenset av Stockholmkonvensjonen. Disse inkluderer for eksempel polyklorerte bifenyler (PCBer), dioksiner, mange klororganiske sprøytemidler, som DDT, og noen bromerte flammehemmere og perfluorerte stoffer. nivåer, for eksempel kjønn, alder og kroppskondisjon. Hvis man i tillegg vil undersøke hvordan miljøgifter i isbjørn er påvirket av spisevaner, kan både sammensetning av ulike fettsyrer eller av varianter av nitrogen og karbon (stabil isotop analyse) analyseres. Å påvise at isbjørns helse er påvirket av miljøgifter er utfordrende. Det er vist at miljøgifter kan påvirke hormonsystemet hos rotter og mus gjennom forskjellige mekanismer. Men hver art er forskjellig og kan være mer eller mindre sensitiv for miljøgifter. Det er ikke mulig å utføre kontrollerte studier som viser direkte virkning av miljøgifter på isbjørn i Bromerte flammehemmere er en gruppe miljøgifter som tilsettes produkter og som dermed gjør det vanskelig for produktet å ta fyr og brenne. Mange av disse stoffene benyttes frotsatt i enkelte tekstiler og isolasjonsmaterialer, TV er og datamaskiner. Perfluorerte stoffer er en stor gruppe fluorholdige forbindelser som bl.a. ofte har vært brukt for å gjøre sportsjakker mer vannavstøtende. Kjemikalier som er fettløselige og som er tungt nedbrytbare i naturen (for eksempel PCBer), oppkonsentreres ofte på veien gjennom næringskjeden. Denne prosessen kalles biomagnifisering. Dette skjer ved at konsentrasjonen av miljøgiften øker etter hvert som organismer blir spist av høyerestående organismer. Jo høyere oppe i næringskjeden en organisme befinner seg, jo høyere blir gjerne konsentrasjonen av slike miljøgifter i denne organismen. Derfor finnes det høye konsentrasjoner av POPer i en topp-predator som isbjørn. det fri, tilsvarende studiene på mus og rotter i laboratoriet. Vi må derfor ta i bruk andre metoder, og det har så langt stort sett gått ut på å forsøke å finne sammenhenger mellom miljøgiftnivåer og hormonnivåer. Hormoner regulerer imidlertid mange fysiologiske prosesser, så hormonnivåer varierer derfor mye fra individ til individ. Det kan derfor være svært vanskelig å påvise sammenhenger mellom miljøgifter og effekter. Slike klare og dokumenterte årsakssammenhenger finnes det ikke veldig mange av, og det er derfor svært viktig å forsøke å påvise koblinger mellom årsak og effekt. Dette betyr å undersøke gjennom hvilke mekanismer miljøgifter kan påvirke kroppen på molekylær- og cellenivå, hvilke molekyler miljøgifter binder, hvilke gener som blir aktivert og hvordan det påvirker cellefunksjonen. Ved bruk av moderne teknikker kan man studere slike detaljer, men utfordringene er mange og store. Metoder som utvikles og etter hvert blir godt etablerte på forsøksdyr må utvikles og etableres for hver art før de kan komme til anvendelse for nye arter. Nyere studier på molekylnivå har vist at mellomstadier av PCBer binder seg sterkt til proteiner som bærer skjoldbruskkjertelhormoner og at disse proteinene kan være nesten totalt okkupert av mellomstadier av PCBer, spesielt hos små isbjørnunger. Man har også studert hvordan miljøgifter påvirker isbjørns kjernereseptorer. Kjernereseptorer regulerer hvordan genene utrykkes i celler og produksjon av proteiner. Disse kjernereseptorene er involvert i mange fysiologiske prosesser, 41
for eksempel i stoffskiftet. Etablering av cellelinjer som inneholder en spesiell kjernereseptor hos isbjørn gir nå mange muligheter til å studere effekter av enkelte miljøgifter. En cocktail av miljøgifter Isbjørn er utsatt for hundrevis av forskjellige miljøgiftforbindelser, noe som er en stor utfordring når man skal studere effekter. Påvirkningen fra de enkelte miljøgiftene varierer fra stoff til stoff og kan avhenge av om et dyr er eksponert enkeltvis for en miljøgift eller eksponert for en «cocktail» (blanding) av flere miljøgifter. En metode for å studere effekter av en «miljøgiftcocktail» er å lage et ekstrakt av isbjørnvev som inneholder mest mulig fremmede stoffer og minst mulig naturlige stoffer. En annen mulighet er å lage syntetiske blandinger av miljøgifter som tilsvarer det som er funnet i isbjørnvev. Disse Analysering av miljøgifter Miljøgifter trekkes ut fra biologiske prøver som for eksempel blodplasma eller fettvev fra isbjørn. Deretter blir det oppkonsentrert og renset og analysert ved bruk av gass- eller væskekromatografi koblet til et massespektrometer. Gass- og væskekromatografi er metoder for å skille forbindelser gjennom å presse dem gjennom en kolonne som inneholder enten en gass eller en væske.forskjellige stoffer beveger seg med forskjellig fart i kolonnen og blir deretter separert og identifisert i en analysator. Massespektrometri er en analysemetode for å bestemme molekylmassen og strukturen til et stoff. «cocktailene» kan videre brukes for å studere påvirkninger av miljøgifter i studier på celle- og molekylærnivå. Man kan isolere celler fra isbjørnvev og holde dem levende for å studere hva som skjer når cellene blir utsatt for en blanding av miljøgifter. Til dette trengs avansert logistikk for å kunne transportere ferske nok prøver til et sterilt laboratorium. Siden miljøgifter ikke er den eneste stressfaktoren isbjørn påvirkes av, så er det viktig å få kunnskap om effekter av miljøgifter og samtidig se dette i sammenheng med effekter av andre stressfaktorer, som klimaendringer. Dette krever ofte lange tidsserier, det vil si langsiktig innsats med innsamling av et stort antall prøver over flere år og til ulike årstider for å studere effekter under ulike klimaforhold. Miljøgiftpåvirkning er, nest etter klimaoppvarmingen, den alvorligste trusselen mot livskraftige isbjørnbestander. I en framtid med mindre havis, forventet økt påvirkning fra ferdsel og stadig nye miljøgifter vil det kreve stadig mer å ha tilstrekkelig kunnskap om hvordan det totale stresset på isbjørnbestander påvirker isbjørnen som art, og til syvende og sist hvordan denne kunnskapen kan brukes til å bevare livskraftige isbjørnbestander. Litteratur: Bytingsvik, J., Lie, E., Aars, J., Derocher, A.E., Wiig, O., Jenssen, B.M., 2012. PCBs and OH-PCBs in polar bear mother-cub pairs: A comparative study based on plasma levels in 1998 and 2008. Science of the Total Environment 417, 117 128. Bytingsvik, J., Simon, E., Leonards, P.E.G., Lamoree, M., Lie, E., Aars, J., Derocher, A.E., Wiig, O., Jenssen, B.M., Hamers, T., 2013. Transthyretin-Binding Activity of Contaminants in Blood from Polar Bear (Ursus maritimus) Cubs. Environmental Science & Technology 47, 4778 4786. Jenssen, B.M., Villanger, G.D., Gabrielsen, K.M., Bytingsvik, J., Bechshøft, T.Ø., Ciesielski, T.M., Sonne, C., Dietz, R., 2015. Anthropogenic flank attack on polar bears: Interacting consequences of climate warming and pollutant exposure. Frontiers in Ecology and Evolution 3, 1 7. McKinney, M.A., Letcher, R., Aars, J., Born, E., Branigan, M., Dietz, R., Evans, T., Gabrielsen, G.W., Peacock, E., Sonne, C., 2011. Flame retardants and legacy contaminants in polar bears from Alaska, Canada, East Greenland and Svalbard, 2005 2008. Environmental International 37, 365 374. Sonne, C., Letcher, R., Bechshoft, T.O., Riget, F., Muir, D., Leifsson, P., Born, E., Hyldstrup, L., Basu, N., Kirkegaard, M., Dietz, R., 2012. Two decades of biomonitoring polar bear health in Greenland: a review. Acta Veterinaria Scandinavica 54, S15. Heli Routti har vært forsker ved Norsk Polarinstitutt siden 2010. Hovedfokus i hennes forskning er trender og effekter av miljøgifter hos arktiske pattedyr. E-post: heli.routti@npolar.no 42