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Von allen Faktoren, die die Geschwindigkeit beeinflussen, mit der Fische Schadstoffe akkumulieren, ist die Effizienz, mit der Fische Schadstoffe aus dem Futter, das sie essen, zurückhalten, einer der wichtigsten1-3. Risikobewertungsmodelle wurden entwickelt, um zukünftige Risiken für Menschen und Wildtiere, die kontaminierten Fisch essen, unter verschiedenen Szenarien der Umweltkontamination vorherzusagen, und die Zuverlässigkeit dieser Vorhersagen hängt entscheidend von der Genauigkeit der Schätzungen der Effizienz ab, mit der Fische Schadstoffe aus ihrem Futter zurückhalten4.
Die Effizienz, mit der der Schadstoff in der vom Räuber aufgenommenen Nahrung durch die Darmwand transportiert wird, wird als grobtrophische Transfereffizienz5 bezeichnet. Ein Teil der Menge des Schadstoffs, die durch die Darmwand des Räubers transportiert wird, kann schließlich durch Depuration und/oder metabolische Umwandlung verloren gehen. Die Effizienz, mit der der Schadstoff in der vom Räuber aufgenommenen Nahrung vom Räuber zurückgehalten wird, einschließlich etwaiger Verluste aufgrund von Eliminierung und metabolischer Umwandlung, wird als trophische Nettotransfereffizienzbezeichnet 6.
Die Brutto-trophische Übertragungseffizienz organischer Schadstoffe auf Fische von ihrer Beute scheint mit den chemischen Eigenschaften der Kontamination zu variieren, einschließlich der Lipidzugehörigkeit, gemessen anhand des Oktanol-Wasser-Verteilungskoeffizienten, Kow3,7. Nach einer empirischen Beziehung, die von Thomann3 entwickelt wurde, ist die Brutto-trophische Transfereffizienz relativ hoch, wenn log Kow gleich einem Wert zwischen 5 und 6 ist. Die Bruttoeffizienz des trophischen Transfers nimmt exponentiell um 50% pro Einheit von log Kow ab, wenn die log Kow von 6 auf 10 zunimmt, gemäß der Thomann 3 Beziehung.
Nichtsdestotrotz scheinen die Brutto- und Netto-trophischen Transfereffizienzen von polychlorierten Biphenyl (PCB)-Kongeneren auf Fische von ihrer Beute in den meisten Fällen nichtder Thomann-3-Beziehung zu folgen. Obwohl die trophischen Transfereffizienzen von PCB-Kongeneren auf Felchen (Coregonus clupeaformis) aus ihrer Nahrung dem von Thomann vorgeschlagenen Zusammenhang folgten8, waren die trophischen Transfereffizienzen von PCB-Kongeneren entweder nur schwach oder gar nicht mit dem log von Atlantischem Lachs (Salmo salar)9, Regenbogenforelle (Oncorhynchus mykiss)10 und Coho-Lachs (Oncorhynchus kisutch)11 verwandtund Hecht (Esox lucius)11.
Das übergeordnete Ziel dieser Studie war es, eine Labortechnik zur Abschätzung der Netto-trophischen Transfereffizienz von PCB-Kongeneren auf einen fischfressenden Fisch von seiner Beute vorzustellen. Als Fischfresser für unser Experiment wurde die Seeforelle (Salvelinus namaycush) ausgewählt, da Seeforellen in Laborbecken relativ einfach zu pflegen sind. Der Bloater (Coregonus hoyi) wurde als Beutefisch ausgewählt, der an die Seeforelle verfüttert wurde, da der Bloater in seiner natürlichen Umgebung von der Seeforelle gefressen wird12. Darüber hinaus haben wir ermittelt, ob die aus unserem Laborexperiment geschätzten Netto-trophischen Transfereffizienzen für Seeforellen der Thomann-3-Beziehung folgen. Wir untersuchten auch, ob der Aktivitätsgrad der Seeforelle einen signifikanten Einfluss auf die Netto-trophische Transfereffizienz (γ) der PCB-Kongenere hatte. Es wird angenommen, dass die Aktivität der Seeforellen in den Laurentinischen Großen Seen in letzter Zeit zugenommen hat, da Veränderungen in den Nahrungsnetzen dazu geführt haben, dass die Seeforellen mehr Energie für die Nahrungssuche aufwendenmüssen 13. Die Seeforellen waren gezwungen, sich in einem Satz Becken zu bewegen, indem sie diese Seeforellen relativ hohen Durchflussraten aussetzten, während die anderen Seeforellen relativ inaktiv bleiben durften, indem sie relativ niedrigen Durchflussraten ausgesetzt wurden. Schließlich werden die spezifischen Details unseres Laborverfahrens besprochen, die sorgfältig befolgt werden müssen, um ein Höchstmaß an Genauigkeit bei den γ Schätzungen zu gewährleisten und die Laborergebnisse auf das Feld anwendbar zu machen, sowie zukünftige Richtungen für die Forschung, die auf unserer Labortechnik aufbauen. Die Effizienz des trophischen Transfers kann sowohl im Labor als auch im Feld abgeschätzt werden, und beide Ansätze haben Vor- und Nachteile. Die Genauigkeit der Schätzung der γ hängt von der Genauigkeit der Schätzung des Lebensmittelverbrauchs ab. Die Menge an Nahrung, die von Fischen im Labor gefressen wird, kann genau bestimmt werden, wenn die richtigen Protokolle befolgt werden, während die Menge an Nahrung, die von Fischen im Feld gefressen wird, typischerweise durch bioenergetische Modellierung geschätzt wird. Die Verwendung von bioenergetischer Modellierung zur Ableitung der Menge der verzehrten Nahrung hat das Potenzial, eine erhebliche Unsicherheit in die Schätzungen des Lebensmittelverbrauchs zu bringen. Es wurde gezeigt, dass Fischbioenergetikermodelle den Nahrungsverbrauch ohne erkennbare Verzerrung für den Fall von Seeforellen schätzen14,15, aber eine erhebliche Verzerrung in den Schätzungen des Bioenergetikmodells für den Nahrungsverbrauch wurde für den Fall von Seefelchenfestgestellt 15,16. Andererseits sind die im Labor geschätzten Schätzungen der Netto-trophischen Transfereffizienz aufgrund eines Unterschieds in den Fütterungsraten zwischen dem Labor und dem Feld möglicherweise nicht auf das Feld anwendbar17. Hinweise sowohl aus dem Labor als auch aus der Praxis deuten darauf hin, dass die Fütterungsrate γ beeinflussen kann14,17.
Die in der vorliegenden Studie verwendete Methode zur Schätzung der γ im Labor ist auf Situationen anwendbar, in denen der Raubfisch mit Beutefischen gefüttert wird und die Menge der vom Räuber gefressenen Beutefische genau verfolgt werden kann. Um dies zu erreichen, muss der Experimentator alle Lebensmittel wiegen, bevor er in den Tank gegeben wird. Und der Experimentator muss in der Lage sein, alle nicht gefressenen Lebensmittel aus dem Tank zu entnehmen und dann die nicht gefressenen Lebensmittel zu wiegen. Darüber hinaus sollte eine angemessene Suite von Mischern und Mischern zur Verfügung stehen, um einen ausreichenden Grad an Homogenisierung der Proben sowohl von Raubfischen als auch von Beutefischen zu erreichen. Schließlich müssen die zur Bestimmung der PCB-Kongenerkonzentrationen verwendeten Instrumente für Gaschromatographie und Massenspektrometrie in der Lage sein, einzelne PCB-Kongenere in relativ niedrigen Konzentrationen nachzuweisen und zu quantifizieren.