The Threat to the Baltic Salmon - a Combination of Persistent Pollutants, Parasite and Oxidative Stress

Abstract

Atlantic salmon (Salmo salar) from the Baltic Sea suffer from a reproduction disease known as the M74-syndrome. Newly hatched fry develop nerve disorders and die between 3-5 days after the first symptoms are seen. This is a maternally transmitted disease that is casued by a thiamine (vitamin B1) deficiency. The factor(s) that casue(s) this thiamine deficiency are largely unknown. However, several theories have been put forward including persistent pollutant exposure, parasite infestation, fungal or viral infections, thiminase-containing prey or genetic variation in salmon. In the second paper I have measured persistent pollutant concentrations in a Baltic salmon population and correlated that with stress levels in the liver (CYP1A1 and EROD) as well as genetic variation in the expression of the AH receptor (which aids in breaking down pollutants in the body). However, I suspected that there was a large within-fish variation in lipids (and thereby in lipophilic pollutant concentration) in salmon. Therefore, I measured lipid- and pollutant- variation within salmon in paper II, and discuss how such within-fish variation may have consequences both methodologically during sampling, but also for PCB intake in humans after consumption of fish. To further look into stress factors that may affect Atlantic salmon and give rise to a thiamine deficiency, I wanted to investigate nutrient uptake in intestinal parasites of salmon. In paper III, I measured stable isotopes of carbon and nitrogen and found that the cestode Eubothrium crassum and Atlantic salmon differ in nutrient uptake. It seems like parasites rely mainly on passive uptake, and can (when there is an excess of nutrients in the host) benefit from lipid rich hosts by accumulating excess lipids. In paper IV, I wanted to see if E. crassum can accumulate persistent pollutants from the diet. I collected salmon and parasites from salmon intestines as well as sprat from salmon stomachs (sprat is prey both for salmon and for parasites). It was found that salmon accumulate persistent pollutants from the prey, whereas parasites did not. In addition, salmon biomagnified all biphenyl congeners from the diet, whereas parasites seemed unable to biomagnify pollutants. In paper III and IV, the literature on nutrient uptake and biomagnification are discussed. In paper V, PCB and DDT concentrations were measured in three populations of salmon from the Baltic Sea and the two largest lakes in Sweden. The Baltic Sea salmon were the most contaminted on a wet weight basis. Pollutant concentrations in Swedish salmon were compared to concentrations in the rest of the world by an examination of the literature, and it was found that European salmon were more contaminated than salmon from North- or South America

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Organiska miljögifter finns idag i hela världen och har spridits dels genom lokala utsläpp och dels genom atmosfärisk transport. Trots att flera miljögifter (som insektsmedlet DDT och industrikemikalien PCB) har varit förbjudna sedan början av 1970-talet ser vi fortfarande höga halter av miljögifter i vår natur. Dels beror detta på att organiska miljögifter är svårnedbrytbara och dels på att de lagras i fettvävnader hos djur. Djur som innehåller mycket fett och som dessutom befinner sig högt upp i näringskedjan är speciellt känsliga för ansamling av organiska miljögifter. Atlantlaxen (Salmo salar) är en sådan art.



Östersjön är speciellt förorenad av svårnedbrytbara miljögifter. Detta beror på utsläpp från de industritäta länderna som ligger runt Östersjön. Industriutsläpp tillsammans med nedfall i form av regn (transporterat via luften från andra delar av världen) bidrar också till höga halter av miljögifter i Östersjön. Dessutom har Östersjön ett litet utflöde av vatten som gör att omsättningstiden är lång (tiden det tar för vattnet att bytas ut mot nytt vatten), och därför stannar miljögifterna kvar i Östersjön istället för att föras bort med vattnet. Denna avhandling handlar om hur mycket miljögifter som finns i lax från Östersjön och våra två största sjöar Vänern och Vättern. Dessutom har jag försökt studera skillnader i halter av miljögifter inom en lax och näringsupptag samt miljögiftsupptag hos lax, dess föda (sill) och dess inälvsparasit (Eubothrium crassum).



Konsumtion av fisk är idag den största enskilda källan till PCB-intag för oss svenskar. Feta fiskar i Östersjön har speciellt höga halter av miljögifter, och livsmedelsverket rekommenderar att man inte äter mer än ett mål i månaden av dessa fiskar om man är kvinna i barnafödande ålder (män samt kvinnor över barnafödande ålder kan äta ett mål i veckan av dessa fiskar). Dessa rekommendationer är baserade på funna medelkoncentrationer av miljögifter och riskbedömningar. Lax kan innehålla olika mängder fett i olika delar av fisken (alla som gravat lax enligt Kajsa Varg vet att mittbiten på laxen är fetast), och eftersom miljögifter är fettlösliga ansamlas de mer i fettrika muskelbitar än i fettsnåla muskelbitar. Jag fann att muskelbitar nära buken innehöll mest miljögifter, medan muskelbitar mellan sidolinjen och ryggfenan innehöll lägre halter av miljögifter. De fettsnålaste muskelbitarna hade lägst halter och fanns i stjärtpartiet på laxarna. Dock bör man här påpeka att lax från Östersjön sällan finns till salu i våra butiker. Laxen i våra butiker är odlad lax från Norge som innehåller lägre halter av miljögifter än lax från Östersjön eller från Vänern och Vättern.



För att få en uppfattning om hur mycket miljögifter det finns i lax från Östersjön jämfört med andra populationer av lax, mätte jag mängden PCB och DDT i laxar från Vänern och Vättern. Lax från Östersjön innehöll högst koncentrationer av både PCB och DDT. När man undersöker hur mycket miljögifter människor får i sig av att äta lax anges ofta mängden miljögift per gram fisk. Om man däremot räknar ut mängden miljögifter per gram fett och inte per gram muskel visade det sig att laxar från Vättern innehöll högst halter av miljögifter. För att avgöra om svenska laxar innehåller mycket miljögifter jämfört med andra delar av världen, gjorde jag en litteraturstudie och jämförde koncentrationerna som jag funnit med de som andra forskare hittat. Det visade sig att laxar både från Östersjön, Vänern och Vättern hade högre koncentrationer av både PCB och DDT än lax från Sydamerika, Nordamerika och Europa. Europeiska studier har visat att vissa laxar från Färöarna och Skottland innehåller de högsta koncentrationerna av miljögifter inom Europa. Laxarna i Östersjön innehöll högre halter av PCB och DDT än laxarna på Färöarna och i Skottland, medan laxar från Vänern och Vättern innehöll lägre halter.



Lax från Östersjön har länge (sedan upptäckten 1974) varit påverkad av sjukdomen M74 som leder till fortplantningsstörningar. Sjukdomen överförs på mödernet och leder till att äggen får tiaminbrist (vitamin B1). De första symptomen syns 2-3 veckor efter att äggen kläcks och två tredjedelar av gulesäcken är använd. Ynglen får nervskador och börjar simma oregelbundet och slutar undvika ljus. Slutligen ansamlas fett i hjärtat, kroppen blir blek och gulesäcken fylls med vita fläckar. Ynglen dör normalt 3-5 dagar efter att de första symptomen har upptäckts. Det råder delade meningar om vilken eller vilka orsakerna är till att en tiaminbrist uppstår hos laxyngel. En del menar att sillen (laxens föda) innehåller höga halter av tiaminas, ett enzym som bryter ner tiamin, vilket skulle kunna leda till tiaminbrist. Jag tror att tiaminbristen är en kombination av olika stressfaktorer som miljögiftspåverkan och parasitbelastning i kombination med den enorma fysiska påfrestning en lax genomgår då den migrerar tillbaks till födelseälven för att leka. Ett sätt att undersöka vikten av sådana stressfaktorer är genom att mäta halten CYP1A1 och halten EROD som båda är mått på hur ?hårt? levern jobbar med att bryta ner miljögifter och slaggprodukter i kroppen. Jag gjorde en jämförelse mellan lax i Östersjön (som är i god kondition) och laxar som har migrerat till sin födelseälv i Mörrum (som efter leken är i dålig kondition). Det verkar inte finnas några skillander i CYP1A1 och EROD mellan laxar före och efter migration (åtminstone i mitt försök), men andra forskare menar att dessa mått bara är användbara vid måttlig belastning av miljögifter (och vi vet vid det här laget att laxar från Östersjön är kraftigt belastade av miljögifter). Det finns en möjlighet att somliga laxar klarar av en bestämd mängd miljögift bättre än andra laxar, så att t ex två laxar som simmar i samma vatten är olika mycket påverkade av samma mängd miljögift. Det finns en receptor i kroppen som hjälper till vid nedbrytningen av miljögifter; AH-receptorn. Hos däggdjur finns det bara en gen som styr uttrycket av AH-receptorn, medan det hos lax finns åtminstone fyra olika gener. Vi försökte hitta samband mellan genuttrycket av AH-receptorn i olika laxar och halten miljögift (PCB), samt mängden stress (CYP1A1 och EROD). Vi hittade inga klara samband, men dock en antydan till att ett visst uttryck av AH receptorn kan leda till bättre motståndskraft hos vissa laxar än hos andra.



För att se i vilken utsträckning parasiter utgör en stressfaktor för lax tog jag prover på bandmaskar i magen på laxar i Östersjön. Genom att mäta naturligt förekommande stabila isotoper av kol (?13C ) och kväve (?15N) kan man studera hur fetter och proteiner tas upp av djur. Jag mätte även stabila isotoper på laxar och sillar. Sill utgör föda både för lax och för laxens bandmaskar (dessa parasiter livnär sig alltså inte på lax, utan på samma byte som lax äter). Det visade sig finnas skillnader i stabila isotoper mellan lax och dess parasiter, vilket tyder på att lax och parasiter eventuellt tillgodogör sig olika delar av födan (sill). Lax befann sig på en högre trofisk nivå än sill (vilket är normalfallet), medan parasiter som också är ett ?rovdjur? på sill befann sig på samma trofisk nivå som sin föda. Det verkar därför som om lax i första hand tar de näringsämnen den behöver medan parasiter, som mestadels tar upp föda passivt, tar det som blir över. Förutom att titta på skillnader i näringsupptag mellan lax, parasit och gemensam föda (sill) ville jag studera hur dessa tre djurtyper tar upp miljögifter. Det är vanligt att halten miljögifter ökar för varje steg i näringskedjan och speciellt hos fettrika djur som ackumulerar organiska miljögifter. Lax anrikade miljögifter från sill (som ligger en trofisk nivå lägre än lax), precis som förväntat, men parasiterna visade sig innehålla lika mycket miljögifter som sin föda (sill). Det verkar som om parasiterna inte kan anrika miljögifter i kroppen, dels på grund av att de saknar mag-tarmkanal och dels för att det finns en fysisk gräns för hur stora ämnen parasiterna kan ta upp från tarmkanalen hos lax.

• author: Persson, Maria
• supervisor: Per Larsson; Torbjörn von Schantz,
• opponent: Dr. Kidd, Karen, University of New Brunswick, Canada
• organization: Department of Biology
• publishing date: 2006
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: Salmo salar, Atlantic salmon, polychlorinated biphenyls, Animal ecology, akvatisk ekologi, limnologi, Marinbiologi, limnology, aquatic ecology, marine biology, Hydrobiology, Ekologi, Ecology, lake Vänern, lake Vättern, Baltic Sea, Eubothrium crassum, aryl hydrocarbon receptor, AHR, consumption advice, stable isotopes, astaxanthin, EROD, M74, antioxidants, biomagnification, cestodes, parasites, DDT, Djurekologi, Environmental chemistry, Miljökemi, PCB
• defense location: Blå Hallen, Sölvegatan 37, Ekologihuset, 223 62 Lund
• defense date: 2006-11-17 13:30:00
• ISBN: 91-7105-241-0
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Chemical Ecology/Ecotoxicology (Closed 2011) (011006020)
• id: 2c8d15c9-ee41-4d58-9368-9873d6a60387 (old id 547256)
• date added to LUP: 2016-04-04 12:08:50
• date last changed: 2023-05-09 08:42:15