The effects of textile microfibres on essential physiological processes in Calanus finmarchicus

Abstract

Mikroplast (1–5000 µm) er et utbredt problem i det marine økosystemet som kan påvirke helsen til marine biota. Forskjellige marine arter spiser mikroplast, og dette har vist seg å kunne påvirke flere viktige fysiologiske prosesser som næringsopptak, vekst, utvikling og reproduksjon. Derfor er det viktig å kartlegge om opptak av mikroplast kan påvirke disse prosessene hos nøkkelarter i det marine økosystemet. Hoppekrepsen raudåte (Calanus finmarchicus) omdanner karbohydrater og proteiner fra fytoplankton til store og spesialiserte lipider under algeoppblomstring. Disse lipidene er en viktig kilde til energi og næringsstoffer for andre marine arter og skaper en viktig trofisk kobling i havets næringskjede på den nordlige halvkule. Det har vist seg at raudåte kan spise mikroplast av forskjellige former og størrelser, og det er behov å bedre forståelsen om hva slags effekt opptak av mikroplast har for denne arten. Mikroplastfibre har vist seg å være den mest dominerende formen av mikroplast i det marine miljøet, men det trengs mer kunnskap for å forstå effekten mikroplastfibre av forskjellige polymersammensetninger har på marine arter. Målet med denne studien er derfror å undersøke om eksponering for utvalgte tekstilmikrofibre (TF) av forskjellig polymersammensetning (polyamid (PA), polyester (PES) og ubehandlet ull) påvirker C. finmarchicus når det gjelder inntak av mikroalger samt essensielle fysiologiske prosesser som vekst, utvikling og lagring av lipider. Kopepoditter fra utviklingsstadiet C3 ble eksponert for TF av lik form og størrelse ved to konsentrasjonsnivå (37 MF/mL og 150 MF/mL) og næring i form av mikroalger (Rhodomonas baltica og Dunaliella tertiolecta). I kontrollgruppen ble kun tilbudt mikroalger. Eksponeringen varte til 50% av raudåte i kontrollgruppen hadde nådd voksen alder (C6), 26 dager etter starten av eksperimentet. Raudåte som ble eksponert for den høye konsentrasjonen av syntetiske TF PA og PES hadde spist betydelig mindre alger enn raudåte i kontrollgruppen (PA p = 0,03, PES p = 0,003), mens raudåte som ble eksponert for den naturlige ubehandlet ullfiberen konsumerte 3,7% mer mikroalger enn dyr i kontrollgruppen. Derimot var det ingen signifikant forskjell på utviklings hastighet eller vekst mellom raudåte i kontrollgruppen og de som var eksponert for TF. Raudåte som ble eksponert synestetiske TF, hadde signifikant mindre lipidlager enn de i kontrollgruppen (PA p < 0,05, PES p < 0,001). Resultatene viser at TF av forskjellige polymersammensetninger kan påvirke viktige fysiologiske prosesser som næringsopptak, og lagring av essensielle lipider som konsekvens i C. finmarchicus.

Microplastics (1–5000 µm) is a common type of marine pollution that has the potential to affect the health of marine biota. Various marine species have been shown to ingest microplastics which can impair several essential physiological processes such as feeding, growth, development, and reproductive processes. Therefore, it is important to assess if ingestion of microplastics can affect these processes in key species of the marine ecosystem. The cold-water copepod Calanus finmarchicus converts low energy carbohydrates and proteins from phytoplankton into large and specialized lipid stores during algal blooms. These lipid stores are an important source of energy and nutrients for other marine species and provide an essential trophic link in the marine pelagic food web of the Northern hemisphere. C. finmarchicus has been found to ingest microplastics (MPs) of various shapes and sizes, however more research is needed to understand the effect microplastic ingestion has on this species. Microplastic fibres have been found to be the most predominant shape of microplastic in the water column and sediments of the marine environment. However, there is a knowledge gap on the effect microplastic fibres of different polymer compositions have on marine species. Thus, the aim of the current study is to assess whether an exposure to selected textile microfibres (MFs) of different polymer composition (polyamide (PA), polyester (PES), and untreated wool) affects C. finmarchicus in terms of microalgae feeding as well as essential physiological processes such as growth, development, and lipid accumulation. Copepodites from developmental stage 3 (C3) were exposed to MFs of similar shape and size at two concentrations (37 and 150 MFs/mL) in the presence of microalgae (Rhodomonas baltica and Dunaliella tertiolecta). The control group was offered only microalgae. All copepods were sampled when 50 % of the control animals had reached adulthood (C6), 26 days after the start of the experiment. C. finmarchicus exposed to the high concentration of synthetic MFs PA and PES ingested significantly less algae than control animals (PA p = 0.03, PES p = 0.003). Animals exposed to the natural reference fibre untreated wool ingested 3.7 % more microalgae than animals of the control group. In contrast, there was no significant difference in development rate or growth between control and exposed calanoids. However, adult animals exposed to the two synthetic MFs had significantly smaller lipid sacs than the those of the control group (PA p < 0.05, PES p < 0.001). Our findings show that MFs of different polymer compositions can influence critical physiological processes such as feeding and consequently the storage of essential lipids in C. finmarchicus.