Effekten av vegsalt og kobber på tidlig utviklingsstadier hos Atlantisk laks Forskningssamarbeid: UMB, NIVA og Statens vegvesen Norsk Vannforening 19.11.2012 Sondre Meland Sjefingeniør Statens vegvesen Vegdirektoratet Førsteamanuensis II Universitetet for Miljø og Biovitenskap
Bakgrunn for prosjektet Laksen gyter på høsten og kan sammenfalle med oppstart av vegsaltsesong Utvikling skjer gjennom vinteren og laksen kan være utsatt for saltepisoder
Livssyklus Rogn /øyerogn Plommesekkyngel Yngel/parr/smolt Gyting/befruktning Smoltifisering: ferskv sjøvann Bilde: Marineharvest.no Voksen
Biologisk kompleksitet forholdet mellom respons og biologisk nivå etter en eksponering Høy økologisk relevans, men lang responstid Lav økologisk relevans, men kort responstid MOLECULAR TO CELLULAR Genes Enzymes Proteins Metabolism ORGAN TO ORGANISMIC Pathology Behaviour Growth Development 4 Productivity POPULATION TO COMMUNITY Nutrient cycling Diversity Food web Abundance Energy flow Interspecific - interactions ECOSYSTEM
Forsøksoppsett
Saltdoser Kontroll 50 mg NaCl/L 100 500 5 000 10 000 ~brakkvann
Saltdoser «ikke-dødelig» dose av kobber NaCl + 10 µg Cu/L Kontroll 50 mg NaCl/L 100 500 5 000 10 000 ~brakkvann
Befruktning
Eksoneringskammer
Tidslinje (nov mai) Befruktning 24t Utvikling 5 måneder NaCl Rent vann NaCl + Cu Rent vann Rent vann NaCl 24t/uke Rent vann NaCl + Cu 24t/uke
Normal eggutvikling Celledeling 4-8 cellestadiet
Svelling av rogna etter befruktning Vann og ioner trenger inn I rogna rogna herdes og blir fysisk veldig robust
Swelling (mm/20 egg) Effekter av salt under befruktning - svelling 0,63 0,62 0,61 0,60 0,59 Swelling after 24 h exposure NaCl NaCl + Cu (10µg/L) NaCl + Cu (20 µg/l) NaCl + Cu (30µg/L) 0,58 0,57 0,56 0,55 0,54 Økt Cu-konsentrasjon gir også redusert svelling Ref F 50 F 100 F 500 F 5000 F 10000 F SaltConc (mg NaCl/L) Svelling tydelig redusert ved høy saltkonsentrasjon
Swelling (mm/20 egg) 0.63 0.62 0.61 0.60 0.59 Swelling after 24 h exposure NaCl NaCl + Cu (10µg/L) NaCl + Cu (20 µg/l) NaCl + Cu (30µg/L) 0.58 0.57 0.56 0.55 0.54 Ref F 50 F 100 F 500 F 5000 F 10000 F SaltConc (mg NaCl/L) Normal utvikling Utviklingen stoppet opp
No. dead eggs Akkumulert antall døde befruktede egg 160 140 120 Interval Plot of Total dead eggs after fert Bars are One Standard Error from the Mean 100 80 60 40 20 0 Episode Epsode+Cu Rogn mest sårbar under befruktning Group Fertilization Fertilization+Cu
No. Dead eggs Akkumulert antall døde befruktede egg fordelt på saltdose 350 Episode 300 Fertilization 250 200 150 100 50 0 50 100 500 5000 10000 Ref + Cu 50 + Cu 100 + Cu 500 + Cu 5000 + Cu 10000 + Cu
Fysiologiske deformiteter Road salt, mg/l Cu, µg/l 100 <2 500 <2 5000 <2 100 10 500 10 5000 10 50 <2 100 <2 50 10 100 10 5000 10 Coilde tail (%) 0.4 0.4 0.4 0.4 0 0 0.4 0.4 0.4 0.4 4 Twins (two bodies) (%) Twins (two heads) (%) Spinal cord deformation (%) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0.4 0 0 0 0 0 0 1 0.4 0 0.4 0 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 0.4 3 Eksponert etter befruktning Eksponert under befruktning
Deformitet i ryggvirvel
To hoder, en hale
Hva med effekter ved lavere konsentrasjoner? 20
Biologisk kompleksitet forholdet mellom respons og biologisk nivå etter en eksponering Høy økologisk relevans, men lang responstid Lav økologisk relevans, men kort responstid MOLECULAR TO CELLULAR Genes Enzymes Proteins Metabolism ORGAN TO ORGANISMIC Pathology Behaviour Growth Development 21 Productivity POPULATION TO COMMUNITY Nutrient cycling Diversity Food web Abundance Energy flow Interspecific - interactions ECOSYSTEM
Genuttrykksanalyser screening (microarray) Microarray ble brukt til å finne kandidatgener som vi kunne se nærmere på ved lavere saltkonsentrasjoner Kontroll 50 mg NaCl/L 100 500 5 000 10 000 ~brakkvann
Genuttrykk (eksponering under befruktning) Salt - affected Organelle organization Sensory organ development Salt Cu+Salt Cu+Salt - affected Muscle development Chitin metabolism Stathmin-3 Na/Glucose co-transporter Cu Cu - affected Na+/Glucose transport Response to starvation Inorganic 23 ion transport Muscle development
Genuttrykksanalyser enkeltgenanalyser (qpcr) qpcr ble benyttet på et utvalg av kandidatgener fra screening(microarray)analysen. Disse ble analysert ved alle eksponeringskonsentrasjoner Kontroll 50 mg NaCl/L 100 500 5 000 10 000 ~brakkvann
Genuttrykk (qpcr)(foreløpige resultater) Ion homeostasis A trend of Na/K-ATPase (Atp1A2) expression, although not significantly different from control due to high variance in the control group
Genuttrykk (qpcr)(foreløpige resultater) Organ development Significant difference in neuron navigator 1 isoform 2 (NAV1) expression at 100 mg/l. Result indicate interference with normal organ development.
Genuttrykk (qpcr)(foreløpige resultater) No transcriptional effect level (NOTEL) Saltkonsentrasjoner lavere enn 50 mg/l synes ikke å gi effekter på gennivå hos tidlig livsstadier Gir dette skader senere?????
Oppsummering Eksponering av høye saltkonsentrasjoner (5000 mg/l) under befruktning gav redusert svelling og massiv rogndødelighet Kombinert eksponering av salt og salt + Cu under befruktning medførte fysiologiske abnormaliteter Eksponering av salt synes å ha effekt på genuttrykk ved lavere konsentrasjoner (50 mg/l), men vanskelig å fastslå hvorvidt disse vil kunne medføre skade
Hva betyr dette i forhold til Statens vegvesen sin saltpraksis? Vegsalting kan sammenfalle med gyteperioden til laksefisk, og høye saltkonsentrasjoner under befruktning og svellefase kan medføre skade Befruktning Høy saltkons Biologisk skade Lav sannsynlighet
Takk til medforfattere: Urma Mahrosh, UMB Hans-Christian Teien, UMB Merethe Kleiven, UMB Lene Sørlie Heier, UMB Brit Salbu, UMB Bjørn Olav Rosseland, UMB You Song, UMB Knut Erik Tollefsen, NIVA/UMB
Sondre Meland (sonmel@vegvesen.no) Sjefingeniør Statens vegvesen Vegdirektoratet Førsteamanuensis II Universitetet for Miljø og Biovitenskap