Toxicological investigations in an artificial ecosystem. A progress report on copper toxicity towards algae and daphniae

Kurzfassung

Eine toxikologische Forschungsarbeit über Probleme der Meerwasserverschmutzung sollte langfristige Experimente anstellen, die sich mindestens über eine Generation der Testorganismen erstrecken, sowie Transport und Anhäufung von toxischen Stoffen möglichst bei den Species untersuchen, die zusammen eine Nahrungskette bilden. Erwünscht wäre auch die Feststellung der Auswirkung zusätzlicher Belastungen (zum Beispiel Hunger, Hitze, Radioaktivität, Säure oder Basen, Mangel an O₂). Dieser Versuchsbericht beschreibt die Einrichtung eines Labortestsystems, mit dem die beiden erstgenannten Ziele angestrebt bzw. verwirklicht werden. Für die Dauerflußexperimente wurde eine künstliche Nahrungskette geschaffen, die aus einzelligen Algen, kleinsten Schalentieren und Fischen bestand, so daß jede Gruppe in das Experiment eingeschaltet wurde. Einige Ergebnisse werden berichtet. In einem Vergleich von Experimenten mit stehendem Wasser, zwischendurch erneuertem Wasser und von Kulturen im Durchfluß mitDaphnia magna wird gezeigt, daß Versuche unter Dauerfluß ein besseres und empfindlicheres Verfahren darstellen im Vergleich zu den beiden anderen Verfahren. Als Anhaltspunkte für die Beurteilung der Ergebnisse werden Sterblichkeit und Vermehrungskapazität zugrunde gelegt. Gerade letztere unterliegt am stärksten der Giftwirkung. Die verwendete AlgeChlorella pyrenoidosa speicherte in ihren Zellen erhebliche Kupfermengen. BeiDaphnia magna war die Konzentration, welche Wachstum verhinderte, etwa 56 p. p. b. Dagegen vertrugChlorella pyrenoidosa Konzentrationen bis 1000 p. p. b. WennDaphnia magna mit Algen gefüttert wurden, die in kupferhaltigen Medien gewesen waren, so starben sie nur, wenn die Medien 560 p. p. b. enthielten. Es scheint also, daß — trotz der Akkumulation von Kupfer in diesen Algen — eine Vergiftung durch Nahrung weniger wirksam ist als die direkte Vergiftung durch Kupfer im Medium. Die Futtermenge muß gleichfalls berücksichtigt werden. Provisorische Kalkulationen zeigen, daß die in der einzelnenDaphnia nachweisbare Kupfermenge beim Futterexperiment etwas höher ist.

Summary

1. It is suggested that the toxicological investigation of marine pollution should aim at studying, in long-term experiments, transport and accumulation in food chains and the influence of secondary stress on these phenomena.

2. A laboratory set-up is described with algae, micro-crustaceans and fishes as an artificial food chain kept in continuous-flow systems.

3. Preliminary results with copper as the toxic agent are given withChlorella pyrenoidosa andDaphnia magna as the experimental organisms.

4. It is shown that in toxicity experiments assessed by mortality and generation size, continuous-flow tests are more discriminating and sensitive towardsD. magna than static tests. Reproduction is the more sensitive measure. A concentration of 56 p.p.b. copper is limiting for the development of daphniae.

5. A concentration of about 1000 p.p.b. copper is limiting for the development ofC. pyrenoidosa. Copper is accumulated in its cells about 4000 to 5000 x.

6. If fed with algae cultured in copper-containing media, it is found thatD. magna is inhibited at concentrations of 560 p.p.b. copper in the algal medium. It is concluded that poisoning by way of food in this case appears to be less efficient than poisoning directly by way of dissolved copper in the medium.

7. Provisional calculations, taking into account the rate of feeding, suggest that the actual amount of copper becoming available to the daphniae by way of food is slightly higher than that by direct absorption from the medium.