Hur mår fisken i svenska kustområden? Fiskens hälsotillstånd ger en tidig signal om miljöpåverkan Åke Larsson - Institutionen för Biologi och Miljövetenskap 2012-09-20
Disposition Hur och varför gör man hälsoundersökningar på fisk? Historiskt exempel på grava hälsoeffekter hos fisk i en starkt förorenad recipient och på en positiv återhämtning: Effekter av skogsindustriutsläpp - förr och idag (Norrsundets bruk) Tre exempel på hälsoeffekter på fisk i komplext förorenade vattenområden: Effekter på fisk i vattnen kring Stockholm Effekter på fisk i Göta Älvs mynningsområde/göteborgs hamn Effekter av lakvatten på fisk i sjön Molnbyggen Hälsotillståndet hos kustfisk i rena kustreferensområden alltmer påverkat av kemiska ämnen?
Hälsoundersökningar på fisk Mätprogrammet består av 25-30 väl beprövade biokemiska, fysiologiska och histologiska mätvariabler, s k biomarkörer. Fiskhälsoundersökningar är sedan 1988 en del av den nationella integrerade kustfiskövervakningen och används även i recipientkontrollprogram. Metodiken har tillämpats under mer än 30 år för att kartlägga effekter av enskilda kemikalier (metaller och organiska miljögifter) och komplexa blandningar (ex industriavloppsvatten, lakvatten, dagvatten) både i laboratorieförsök och vid fältundersökningar i förorenade områden. Fördelar med hälsoundersökningar på fisk: kan användas både vid fältstudier på vildlevande fiskpopulationer och i konfirmerande exponeringsförsök på laboratoriet ett brett program av biomarkörer ger möjlighet att dels fånga upp effekter av olika kemikalier i miljön och dels effekter på flera olika organfunktioner god kunskap om hur olika biomarkörer och de livsfunktioner som de återspeglar kan påverkas av exponering för olika miljögifter (ex. typiska Cd-symptom; vanliga effekter av klorerade organiska ämnen) hög känslighet; påvisar effekter på ett tidigt stadium och vid låg exponering ( early warning ); kan kartlägga påverkan även långt från utsläppspunkten
Valda mätvariabler/biomarkörer återspeglar centrala livsfunktioner Funktion Energi, tillväxt, kondition Reproduktion, endokrin störning Leverfunktion, avgiftning, oxidativ stress Förekomst av genotoxicitet Indikator på metallbelastning Kolhydratmetabolism/stress Syretransport, blodbildning Immunförsvar, vävnadsskador Saltbalans, cellskador Mätvariabel / biomarkör Total kroppsvikt, somatisk vikt, längd, ålder, somatiskt konditionsindex Gonadsomatiskt index (GSI), vitellogenin i blodplasma, könskvot hos tånglakeyngel Leversomatiskt index (LSI), leverhistologi, EROD-aktivitet, glutationreduktas, glutation S-transferas, katalas. DNA-addukter i lever Metallothionein i lever Blodglukos, blodlaktat Hematokrit, omogna röda blodceller, hemoglobin Vita blodceller: lymfocyter, granulocyter, trombocyter, makrofagcentra i mjälten Klorid, natrium, kalium och kalcium i blodplasma
Effekter av skogsindustriutsläpp - förr och idag 1980-talet: massafabriker med klorblekeri Effekter på abborre från subcellulär nivå till populations- och samhällsnivå (Norrsundet m fl. klorblekerier): kraftig EROD-induktion och förstorad lever nedsatt immunförsvar röda blodcellsbild påverkad störd jonbalans och kolhydratmetabolism sänkt könshormonhalt i blodet hämmad tillväxt av könskörtlarna grava fenskador ryggradsskador och andra skelettdeformationer tillväxtstörningar och ökad mortalitet minskad yngelproduktion låg täthet av abborre och andra fiskarter onormalt fisksamhälle Många toxiska effekter kunde konfirmeras i uppföljande laboratorieförsök Regional/storskalig påverkan. Effekter (ex. ERODinduktion) påvisades upp till 2-4 mil från utsläppet Effekterna sannolikt kopplade till olika potenta ämnen i det komplexa utsläppet (ex. dioxiner, andra klorerade ämnen, hartssyror och steroler) Källa: Larsson et al, 1998
1985-1995: Friskare fiskar och normalt fisksamhälle efter processändringar och minskade utsläpp Återstående effekter 1995: svag EROD-induktion lägre WBC antal något försenad könsmognad svag störning av yngelproduktionen något snabbare kroppstillväxt Källa: Larsson et al, 1998
Situationen idag: Vilka effekter påvisas hos fisk i Norrsundet-området och i andra skogsindustrirecipienter? Norrsundets Bruk avvecklade produktionen i okt 2008 och därmed upphörde utsläppen av biologiskt behandlat avloppsvatten till recipienten. Två år efter stängning (2010/2011) genomfördes en uppföljande undersökning av fiskens hälsotillstånd och fortplantning. Återhämtning är ännu inte fullständig. Fortfarande observeras i närområdet (1-2 km): lägre andel könsmogna honor; mindre könskörtlar hos de könsmogna honorna förstorad lever svagt stimulerad kroppstillväxt sedimentdata indikerar att rester av tidigare utsläpp fortfarande påverkar fisken. I andra massaindustrirecipienter har följande svaga effekter observerats: svag EROD-respons i närområdet (enstaka industrier; enstaka år) mindre könskörtlar i närområdet (enstaka industrier; enstaka år). Återhämtningen god; regionala eller storskaliga effekter av dagens skogsindustriutsläpp är inte sannolika.
Fiskar i vattnen kring Stockholm är påverkade av miljögifter En kartläggning 1999-2001 utförd av ITM visade att abborrar i vattnen kring Stockholm var påtagligt stressade av föroreningsbelastningen. Effekterna tyder på en kraftig exponering för miljöstörande ämnen: minskad kroppstillväxt hämmad aktivitet av acetylcholinesteras störd fettomsättning ökad EROD-aktivitet hög halt av DNA-addukter förminskade romsäckar hög frekvens icke könsmogna honor Effekterna var kraftigast i centrala Stockholm med avtagande effekter in i Mälaren och österut mot Stockholms skärgård. Vattenmiljön kring en storstad är utsatt för en komplex exponering av en mångfald av miljöstörande ämnen som används eller bildas vid olika aktiviteter i samhället Det är därför svårt att fastställa vilka enskilda ämnen som orsakar effekterna Exemplet Stockholm visar att det är angeläget att ha en god effektövervakning i hårt belastade miljöer kring storstäder, vid flodmynningar och andra komplext förorenade platser. Det är i sådana miljöer man kan få ett bra underlag vid uppföljningen av miljömålet Giftfri miljö
Kroniskt påverkade fiskar i Göta älvs mynningsområde/ Göteborgs hamn Tånglakar i Göta älvs mynningsområde är exponerade för ett stort antal miljöstörande ämnen och visar tydliga toxiska effekter: förhöjd EROD-aktivitet ökad halt DNA-addukter (genotoxicitet) ökad metallotthioneinhalt (metaller) förhöjd förekomst av nekros (celldöd) i levern Effekterna tolkas som en påverkan av flera potenta ämnen som PAHer och/eller plana dioxinliknande substanser Kemiska analyser av gallvätska hos tånglakar visar bl.a. förhöjda halter av vissa PAHer och hydroxylerade PAH-metaboliter, samt ämnen med östrogen verkan (nonylfenol, bisfenol A) och triclosan ökat antal makrofagcentra i levern oxidativ stress (reaktiva ämnen) Sedimenten är kontaminerade med höga halter av PAH, PCB, dioxiner, TBT och många metaller Foto: Pressbild
Effekterna av lakvatten på abborre i sjön Molnbyggen åren 1996-2001 Toxiska effekter och patologiska förändringar: hög frekvens sår och fenskador förminskad lever förhöjda enzymaktiviteter i levern ökad halt av DNA-addukter outvecklade romsäckar hos abborrhonor (75 %) störd produktion av androgener hos honfiskar Effekterna indikerar att fisken exponerats för toxiska och hormonstörande ämnen som läckt ut via lakvattnet från en avfallsdeponi Analyser visade att lakvattnet och lakvattensediment innehöll mer än 400 olika miljöskadliga ämnen i låga koncentrationer. Inget enskilt ämne kunde pekas ut som orsak till effekterna. Sannolikt var effektbilden orsakad av en samverkan mellan flera kemiska ämnen Liknande toxiska effekter kunde påvisas hos bäckröding i en tillrinnande å och hos abborre i ytterligare en sjö som var kontaminerad av lakvatten från en avfallsdeponi Provfisken visade att skadorna på abborrarna ännu inte hade orsakat effekter på populationsnivå Slutsats: bristfällig hantering av lakvatten från avfallsdeponier kan orsaka effekter av toxiska och hormonstörande ämnen på fiskar i närbelägna sjöar/vattendrag
Integrerad kustfiskövervakning på nationell nivå Löpande miljöövervakningsprogram med stöd från Naturvårdsverket och Havs- och vattenmyndigheten Hälsoeffekter hos fisk Fiskekologiska studier (+ fortplantningsframgång) Miljökemi/miljögiftsbelastning (metaller, organiska miljögifter) Årliga undersökningar i samma kustreferensområde, vid samma tidpunkt, och på samma fiskarter Indikatorarter: abborre: vanlig i Europeiska sötvatten och längs hela ostkusten; relativt stationär; mycket data från recipientstudier tånglake: vanlig i våra kustområden; relativt stationär; föder levande ungar möjliggör fältstudier på tidiga yngelstadier Utförande laboratorier: Inst för Biologi och Miljövetenskap, Göteborgs universitet (fiskhälsa) SLU:s Kustlaboratorium, Öregrund (fiskbestånd/fiskpopulationer) Naturhistoriska Riksmuseet (miljögifter)
Undersökningsområden Fyra kustlokaler med små eller inga lokala föroreningskällor: Kvädöfjärden (Östersjön), sedan 1988 Fjällbacka (Skagerrak), sedan 1989 Holmöarna (Bottenviken), sedan 1993 Torhamn (Södra Östersjön), sedan 2001 Holmöarna Abborre provtas i september Tånglake provtas i november och april Fiske och provtagning genomförs med standardiserade metoder Fjällbacka Kvädöfjärden Torhamn
Bedömning av hälsotillstånd för abborre och tånglake i nationella kustreferensområden i Västerhavet, Östersjön och Bottniska Viken Referensområdena har valts för att de anses obetydligt påverkade av lokala föroreningskällor. Flera hälsovariabler hos abborren och tånglaken visar därför inte några signifikanta förändringar eller tidstrender i de fyra kustreferensområdena under mätperioden. Det är däremot oroväckande att allt fler hälsovariabler/biomarkörer på senare år uppvisar signifikanta tidstrender som tyder på att fisken i ökande grad är påverkad av exponering för något eller några miljögift(er) och/eller av andra miljöfaktorer. Effekterna är mest påtagliga hos abborre i Kvädöfjärden, men liknande påverkan på flera biomarkörer observeras hos både abborre och tånglake i samtliga kustreferensområden.
EROD-aktiviteten i levern tyder på ökande giftexponering och inducerad avgiftningsfunktion EROD hos abborre i Kvädöfjärden har ökat successivt och är idag 5ggr högre än när undersökningarna startade. Ökningen, som tilltagit under senare år, tyder på en exponering för potenta kemiska ämnen. Liknande successiv EROD-ökning ses hos abborre vid Holmön och Torhamn. EROD-aktiviteten uppvisar en signifikant trend även hos tånglake i Kvädöfjärden, men mellanårsvariationen är större än hos abborre. Liknande effekt ses hos tånglake i Fjällbacka.
Även aktiviteten av enzymerna GR och GST i levern indikerar en ökande giftexponering Aktiviteten av glutationreduktas (GR) har ökat, medan aktiviteten av glutationtransferas (GST) har minskat hos abborre vid Holmön. GR-aktiviteten har på senare år planat ut på en hög nivå. En ökad GR-aktivitet tyder på förhöjd oxidativ stress hos fisken. Det är okänt vilka miljöförändringar som kan orsaka en minskad GST-aktivitet. Liknande förändringar för GR och GST observeras hos både abborre och tånglake i övriga kustreferensområden.
Relativa gonadstorleken (GSI) har minskat hos abborrhonor sedan början på 1990-talet GSI minskade med 20-30 % hos abborrhonor i Kvädöfjärden under perioden 1990-2004. Enstaka år var GSI 35-40 % lägre än i början av 1990-talet. Från 2004 har minskningen avstannat och det ses en svag tendens till ökning. Uppföljande studier visar att det är antalet ägg i könskörtlarna som minskar. Minskad gonadstorlek är en varningssignal om att fisken kan vara exponerad för ämnen som hämmar eller försenar könsmognaden. GSI har minskat signifikant med 20 % under tidsperioden hos abborrhonor vid Holmön. Minskningen har dock avstannat under de senaste åren.
Förändrad WBC-bild hos tånglake och abborre indikerar att immunförsvaret är påverkat Antalet vita blodceller, främst lymfocyter och trombocyter, har ökat signifikant hos tånglake i Fjällbacka (se figurerna) och i Kvädöfjärden. Även abborre i kustreferensområdena visar en liknande förändring i WBC-bilden. Denna effekt tyder på att fiskens immunförsvar är inducerat.
Ytterligare signifikanta tidstrender signalerar att kustfisk i våra nationella referensområden är påverkad Ökning av klorid i blodet, främst hos abborre och tånglake i Kvädöfjärden, indikerar att fisken har problem med saltregleringen. Ökad kalciumnivå i blodet hos kustfisk på samtliga lokaler förstärker bilden av en försämrad jonreglering. Successivt ökande halt av blodglukos hos abborre i Kvädöfjärden och Torhamn under senare år tyder på att ämnesomsättningen och dess reglering är påverkad. Foto: Oceana.org Minskning av antalet omogna röda blodceller hos abborre i Kvädöfjärden och Torhamn indikerar en lägre nyproduktion av röda blodceller. Foto: Arne Kuilman
Summering: förändrat hälsotillstånd hos kustfisk Holmön Abborre Abborre Kvädöfjärden Tånglake Torhamn Abborre Fjällbacka Tånglake Gonadutveckling GSI - - - - - - 0 0 0 Leverfunktion EROD GR GST + + + + + + + + + + + + + 0 + + - - - - - - - - - - - Kolhydratmetabolism Glukos + + + + + + + + + + Immunförsvar/ WBC-bild Lymfocyter Trombocyter + + + + + + + + + + + + + + + + 0 + + + Röd blodcellsbild i-rbc - - - 0 - - 0 Saltbalans Klorid Kalcium + + + eller - - - stark signifikant tidstrend + + eller - - signifikant tidstrend + eller - tydlig tendens/tidigare förändring 0 ingen tidstrend eller tendens 0 + + + + + 0 + + + + + + + + +
Varför påverkas fiskens hälsa i rena kustområden? Sammanfattande bedömning Kustfisken i rena områden visar allt tydligare tecken på exponering för kemiska ämnen och en påverkan på flera fysiologiska funktioner (t ex. förminskade gonader, inducerat immunförsvar, ökad oxidativ stress, minskad bildning av röda blodceller, samt påverkad saltreglering och ämnesomsättning). Denna mångfacetterade symptombild observeras på två kustfiskarter och på fyra olika referenslokaler (med viss variation i effektmönster och styrka). De tydliga effekterna på individnivå har hittills inte kunnat kopplas direkt till observerade effekter på populationsnivå.
Forts. Varför påverkas fiskens hälsa i rena kustområden? - Sammanfattande bedömning Inga tydliga kopplingar har kunnat göras mellan påvisade effekter och miljögifter som idag mäts i kustfisk. Det finns dock andra övervakade miljögifter som ökar i miljön, men som inte har mätts i prov från kustfisk i de aktuella referensområdena. Dessutom finns tusentals kända och okända potentiella miljögifter som inte övervakas. Positiva samband har visats mellan: EROD i levern och halten PAH-metaboliter i gallan hos abborre i Kvädöfjärden. EROD i levern och gallans toxicitet (dvs innehåll av toxiska ämnen). EROD i levern och flödesdata från Vindån som rinner ut i området. Utöver PAH-metaboliter så ökar halten av andra miljögifter i gallan hos abborre. Vissa PAHer som bildas vid förbränning (ex. benso(a)antracen och fluoren) ökar i mussla i Kvädöfjärden. En ständig tillförsel av PAHer och/eller andra kemiska ämnen till kustvattnen genom ökad landavrinning kan därför vara en möjlig förklaring till effekterna.
Forts. Varför påverkas fiskens hälsa i rena kustområden? - Sammanfattande bedömning Den komplexa symptombilden med påverkan på flera fysiologiska funktioner överensstämmer inte med påvisade effekter av kända enskilda miljögifter. Däremot finns likheter med effektbilden hos fiskar i komplext förorenade områden. Det är därför sannolikt att det är samverkanseffekter av en blandning av olika kemiska ämnen som är orsaken till försämrad hälsa hos kustfisk. Det kan inte uteslutas att även andra orsaker än miljögifter (t ex. storskaliga miljöförändringar, klimatfaktorer och algtoxiner) kan bidra till den försämrade hälsostatusen hos kustfiskar. Det är angeläget att orsakerna till de observerade effekterna på kustfiskens hälsa kartläggs innan effekter slår igenom på populations- och samhällsnivå. Uppföljande studier, finansierade av Havs- och vattenmyndigheten, har påbörjats under 2012 - en mycket komplex och svår uppgift.