$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Spośród wszystkich czynników wpływających na tempo, w jakim ryby gromadzą zanieczyszczenia, skuteczność, z jaką ryby zatrzymują zanieczyszczenia z jedzenia, które jedzą, jest jednym z najważniejszych1-3. Modele oceny ryzyka zostały opracowane w celu przewidywania przyszłych zagrożeń zarówno dla ludzi, jak i dzikich zwierząt jedzących skażone ryby w różnych scenariuszach skażenia środowiska, a wiarygodność tych prognoz zależy w decydującym stopniu od dokładności szacunków wydajności, z jaką ryby zatrzymują zanieczyszczenia ze swojego pożywienia4.
Efektywność, z jaką zanieczyszczenie w pokarmie spożywanym przez drapieżnika jest transportowane przez ścianę jelita, jest znana jako gross trofic transferefficiency 5. Część ilości zanieczyszczenia transportowanego przez ścianę jelita drapieżnika może ostatecznie zostać utracona w wyniku oczyszczenia i/lub przemiany metabolicznej. Efektywność, z jaką zanieczyszczenie zawarte w pożywieniu spożytym przez drapieżnika jest zatrzymywane przez drapieżnika, w tym wszelkie straty spowodowane eliminacją i przemianą metaboliczną, jest znana jako efektywność transferu troficznego netto6.
Gross trofic transfer zanieczyszczeń organicznych do ryb z ich zdobyczy wydaje się różnić w zależności od właściwości chemicznych zanieczyszczeń, w tym przynależności lipidowej mierzonej współczynnikiem podziału oktanol-woda, Kow3,7. Zgodnie z empiryczną zależnością opracowaną przez firmę Thomann3, efektywność nanosu troficznego brutto jest stosunkowo wysoka, gdy log Kow jest równy wartości od 5 do 6. Wydajność transferu troficznego brutto spada wykładniczo w tempie 50% na jednostkę log Kow wraz ze wzrostem log Kow z 6 do 10, zgodnie z zależnością Thomanna3.
Niemniej jednak, wydajność troficzna brutto i netto kongenerów polichlorowanego bifenylu (PCB) do ryb z ich zdobyczy nie wydaje się być zgodna z zależnością Thomann3 w większości przypadków. Chociaż wydajność troficzna kongenerów PCB do siei jeziornej (Coregonus clupeaformis) z jej pożywienia była zgodna z zależnością zaproponowaną przez firmę Thomann8, wydajność transferu troficznego kongenerów PCB była albo słabo związana, albo w ogóle nie miała związku z logarytmem Kow dla łososia atlantyckiego (Salmo salar)9, pstrąga tęczowego (Oncorhynchus mykiss)10, łososia coho (Oncorhynchus kisutch)11oraz szczupak północny (Esox lucius)11.
Ogólnym celem tego badania było przedstawienie techniki laboratoryjnej do szacowania efektywności transferu troficznego netto kongenerów PCB do ryby rybożernej od jej ofiary. Pstrąg jeziorowy (Salvelinus namaycush) został wybrany jako ryba rybożerna do naszego eksperymentu, ponieważ pstrąg jeziorowy jest stosunkowo łatwy w utrzymaniu w zbiornikach laboratoryjnych. Bloater (Coregonus hoyi) został wybrany jako ryba drapieżna, którą należy karmić pstrąga jeziorowego, ponieważ pstrąg jeziorowy jest zjadalany przez pstrąga jeziorowego w swoim naturalnym środowisku12. Ponadto ustaliliśmy, czy efektywność transferu troficznego netto dla pstrąga jeziorowego oszacowana na podstawie naszego eksperymentu laboratoryjnego jest zgodna z zależnością Thomann3. Ustaliliśmy również, czy stopień aktywności pstrąga jeziorowego miał istotny wpływ na efektywność transferu troficznego netto (γ) kongenerów PCB. Uważa się, że aktywność pstrąga jeziorowego w Wielkich Jeziorach Laurentyńskich ostatnio wzrosła, ponieważ zmiany w sieciach pokarmowych spowodowały, że pstrągi jeziorowe przeznaczają więcej energii na poszukiwaniepożywienia. Pstrąg jeziorowy został zmuszony do ćwiczeń w jednym zestawie zbiorników, poddając te pstrągi jeziorowe stosunkowo wysokim natężeniom przepływu, podczas gdy pozostałym trociom jeziorowym pozwolono pozostać stosunkowo nieaktywnymi, poddając je stosunkowo niskim natężeniom przepływu. Na koniec omówiono szczegółowe informacje na temat naszej procedury laboratoryjnej, których należy dokładnie przestrzegać, aby zapewnić najwyższy stopień dokładności szacunków γ i aby wyniki laboratoryjne miały zastosowanie w danej dziedzinie, a także przyszłe kierunki badań nad naszą techniką laboratoryjną. Efektywność transferu troficznego netto można oszacować zarówno w laboratorium, jak i w terenie, a zalety i wady są związane z obydwoma podejściami. Dokładność oszacowania γ zależy od dokładności oszacowania spożycia żywności. Ilość pokarmu spożywanego przez ryby w laboratorium można dokładnie określić, gdy przestrzegane są odpowiednie protokoły, podczas gdy ilość pokarmu spożywanego przez ryby w terenie jest zwykle szacowana za pomocą modelowania bioenergetycznego. Wykorzystanie modelowania bioenergetycznego w celu określenia ilości spożywanej żywności może wprowadzić znaczną dozę niepewności do szacunków spożycia żywności. Wykazano, że modele bioenergetyczne ryb szacują spożycie pokarmu bez wykrywalnego błędu systematycznego w przypadku pstrąga jeziorowego14,15, ale w przypadku siei jeziornej wykryto znaczne odchylenie w szacunkach modelu bioenergetycznego15,16. Z drugiej strony, oszacowania efektywności transferu troficznego netto oszacowanej w laboratorium mogą nie mieć zastosowania do pola ze względu na różnicę w dawkach karmienia między laboratorium a polem17. Dowody zarówno z laboratorium, jak i w terenie sugerują, że tempo karmienia może wpływać na γ14,17.
Metodologia użyta w niniejszym badaniu do szacowania γ w laboratorium ma zastosowanie do sytuacji, w których ryby drapieżne są karmione rybami drapieżnymi, a ilość ryb zjedzonych przez drapieżnika może być dokładnie śledzona. Aby to osiągnąć, eksperymentator musi zważyć całą żywność przed umieszczeniem w zbiorniku; Eksperymentator musi być w stanie usunąć całe niezjedzone jedzenie ze zbiornika, a następnie zważyć niezjedzone jedzenie. Ponadto powinien być dostępny odpowiedni zestaw mieszalników i mieszadeł, aby uzyskać wystarczający stopień homogenizacji próbek zarówno ryb drapieżnych, jak i drapieżnych. Wreszcie, oprzyrządowanie do chromatografii gazowej i spektrometrii mas stosowane do oznaczania stężeń kongenerów PCB musi być zdolne do wykrywania i oznaczania ilościowego poszczególnych kongenerów PCB przy stosunkowo niskich stężeniach.