Chemical Effects of Common Plastic Products: Baseline Toxicity Screening and Chronic Toxicity to Polychaetes

Abstract

Plast lages av polymerer som kombineres med en rekke tilsetningsstoffer for å oppnå ønskede funksjoner og egenskaper. Disse tilsetningsstoffene, samt utilsiktet tilsatte stoffer og andre absorberte stoffer, kan fungere som vektorer for kjemisk eksponering av marine organismer grunnet svært stor plastforurensning i marine miljøer. For å evaluere den kjemiske toksisiteten fra alminnelige plastartikler, ble metanolekstrakter fra 50 plastprodukter screenet for grunntoksisitet ved bruk av Bacterial Luminescence Toxicity (BLT) screen. Av disse 50 produktene ble tre produkter med høy, men likevel varierende grunntoksisitet valgt for et kronisk toksisitetseksperiment der larver av den marine børstemarken Capitella spp. ble eksponert for sjøvann med migrerte plastkjemikalier. I tillegg ble data fra kjemisk non-target screening utført av SINTEF Ocean-personell brukt til sammenligning med grunntoksisitet resultatene.

Av de 50 testede plastprøvene induserte 46 ekstrakter grunntoksisitet (dvs. > 20% luminescensinhibering sammenlignet med kontroll), med høy variasjon i toksisitet mellom prøvene. Polymertypen var en signifikant prediktor for grunntoksisitet, med elastomerer som de giftigste materialene. Antall kjemiske komponenter forklarte ikke toksisiteten. Ballonger, bildekk og laboratoriehansker ble valgt for kronisk toksisitetstest, da de induserte en kraftig grunntoksisitet med henholdsvis EC20-verdier på 4,6, 0,44 og 0,04 g plast L-1. Migrantene fra bildekk og laboratoriehansker induserte betydelig akutt (5 d) og kronisk (21 d) dødelighet for Capitella spp. ved de høyeste testede konsentrasjonene (10 g L-1, p < 0,05). I tillegg induserte migrantene fra laboratoriehansker en ikke-signifikant reduksjon i Capitella spp. lengde målt på dag 21 hos børstemark eksponert for middels konsentrasjon (1 g L-1, p = 0,08). Det ble ikke observert effekt på dødelighet eller lengde fra ballongmigrant ved noen av de testete konsentrasjonene.

Disse resultatene indikerer at vanlige plastprodukter inneholder kjemikalier som kan migrere og forårsake toksisitet for marine organismer ved eksponering i høye konsentrasjoner. I tillegg indikerer de en høy variasjon i toksisitet mellom plastprodukter av forskjellige polymerer, men også mellom produkter fra samme polymertype. Fremtidig forskning er nødvendig for å forstå om disse kjemikaliene er biotilgjengelige for marine organismer og hvilke kilder som er mest relevante for eksponering, slik som vann, sediment og mikroplast. Det bør arbeides for å begrense produksjonen av plastprodukter med svært giftig kjemisk innhold, spesielt der sikrere alternativer kan brukes for å oppnå ønskede egenskaper.

Plastics are made from polymers that are combined with a range of additives to achieve desired functions and properties. These additives, along with non-intentionally added substances and other sorbed contaminants, can act as vectors of chemical exposure to marine organisms due to the vast plastic pollution in marine environments. To evaluate the chemical toxicity from commonly used plastic items, methanol extracts from 50 plastic products were screened for baseline toxicity using the Bacterial Luminescence Toxicity (BLT) screen. Out of these 50 items, three products with high, yet varying, baseline toxicity were selected for a chronic toxicity experiment in which larvae of the marine polychaete Capitella spp. were exposed to seawater leachates. Additionally, data from non-target chemical screening conducted by SINTEF Ocean personnel were used for comparison with baseline toxicity data.

Out of the 50 tested plastic samples, 46 extracts induced baseline toxicity (i.e., >20% luminescence inhibition compared to control), with a high variation in toxicity between samples. The polymer type was a significant predictor of baseline toxicity, with elastomers being the most toxic materials. The number of chemical features detected did not explain the toxicity. Balloons, car tire, and lab gloves were selected for chronic toxicity testing as they induced a potent baseline toxicity with EC20 values of 4.6, 0.44, and 0.04 g plastic L-1, respectively. The leachates from car tire and lab gloves induced significant acute (5 d) and chronic (21 d) mortality to Capitella spp. at the highest concentrations tested (10 g L-1, p < 0.05). Additionally, the lab glove leachate induced a non-significant reduction in Capitella spp. length at day 21 in animals exposed to the medium concentration (1 g L-1, p = 0.08). No effect on mortality or length was observed from balloon leachate at any concentration tested.

These results indicate that common plastic products contain chemicals that can leach and cause toxicity to marine organisms if exposed at high concentrations. In addition, they indicate a high variation in toxicity between plastic products of different polymers but also between products from the same polymer type. Future research is needed to better understand whether these chemicals are bioavailable for marine organisms and which compartments are most relevant for exposure (i.e., water, sediment, microplastics). Efforts should be made to limit production of plastic products with highly toxic chemical content, especially where safer alternatives can be used to achieve the desired properties.