An unclosing jaw as a symptom of PAH exposure in rainbow trout yolk sac larvae

Abstract

Fenantreeni (PHE) ja fluoranteeni (FLA), kaksi polysyklistä aromaattista hiilivety-yhdistettä (PAH), ovat yleisesti vesistöissä esiintyviä vierasaineita ja myrkyllisiä kalojen varhaisille kehitysvaiheille. Tässä tutkimuksessa tarkasteltiin vähemmän tunnettua ilmiötä, jossa näille yhdisteille altistuneilla kirjolohen alkiopoikasilla suu ei sulkeudu yhtä hyvin kuin kontrollipoikasilla, sekä muutoksen yhteyttä pään alueen ruston kehitykseen. Poikasia altistettiin PHE:lle ja FLA:lle eri pitoisuuksissa, sekä reteenille (RET), PAH-yhdisteelle, jonka tiedetään aiheuttavan päänalueen epämuodostumia. Poikasten leuan liikettä videoitiin ja pysäytyskuvien avulla mitattiin arvo kohdalle, jossa suu oli pienimmillään (MGmin). Ruston tarkastelua varten poikasia säilöttiin fiksatiiviin ja rustovärjättiin. Tulosten perusteella yhden päivän jälkeen MGmin-arvon keskiarvo oli kontrollia korkeampi altistuksissa 100 ja 200 μg/l FLA, sekä 180 μg/l PHE. Kun poikasia pidettiin puhtaassa vedessä seuraavat viisi päivää, tilastollisesti merkitsevät erot näiden käsittelyiden ja kontrollin välillä katosivat. Lateraalisessa tarkastelussa pään rustossa ei löydetty selkeitä muutoksia kuusi päivää 180 μg/l PHE:lle tai 200 μg/l FLA:lle (vastaavasti 1010 ja 990 nM) altistetuilla poikasilla, mutta 320 μg/l (1370 nM) reteeniä haittasi pään ruston kehitystä, mm. lyhentäen alaleuan Meckelin ruston pituutta suhteessa poikasen pituuteen. Kun leukojen minimietäisyys normalisoitiin rustodatalla, myös kuusi päivää 320 μg/l reteeniä vaikutti negatiivisesti suun sulkeutumiseen, tosin vähemmän kuin 180 μg/l PHE tai 200 μg/l FLA, joista fluoranteenin vaikutus oli edelleen vahvempi. Näiden tulosten perusteella vastakuoriutuneet kirjolohenpoikaset voivat toipua suun sulkeutumisen häiriöstä, joka saatetaan havaita lyhyen, mutta suurikonsentraatioisen, fluoranteeni- tai fenantreeni- altistuksen jälkeen. Häiriö ei näytä johtuvan reteenille ominaisesta pään ruston kehityshäiriöstä, ja yhdessä olemassa olevan kirjallisuuden kanssa tulokset viittaavat siihen, että fluoranteeni ja fenantreeni vaikuttavat todennäköisesti suoraan leuan toimintaan.

The polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) phenanthrene (PHE) and fluoranthene (FLA) are two common contaminants in aquatic environments and are toxic to early life stages of fish. In this MSc research project, the aim was to study a less-known effect, an impairment of mouth closure, and its relation to cartilage structure in rainbow trout yolk sac larvae. Larvae were exposed to several concentrations of PHE and FLA, and to retene (RET), a PAH-compound known to produce craniofacial malformations. Jaw movements were filmed and the smallest observable mouth gape measured from still images. For cartilage examination, some larvae were fixed and the cartilage structures stained using Alcian blue. According to results, one day of exposure increased the average of the mouth gape minimum (MGmin) of groups exposed to 100 or 200 μg/l FLA or 180 μg/l PHE. After five days of recovery in clean water, statistically significant differences between these groups and control were no longer present. Cartilage analysis revealed no clear changes in the lateral chondrocrania of individuals exposed to 180 μg/l PHE or 200 μg/l FLA (1010 and 990 nM respectively) for six days compared to control. In turn, exposure to 320 μg/l (1370 nM) of retene was found to impede chondrocranium development, which included the reduction of the Meckel’s cartilage of the lower jaw compared to larvae length. The cartilage normalised jaw distance values (CNJD) of the MGmin obtained for six days of exposure showed that 320 μg/l RET also negatively affected mouth closure, although less than 180 μg/l PHE or 200 μg/l FLA, from which FLA remained more potent. These results indicate that freshly-hatched rainbow trout larvae may recover from a jaw-closure impediment observed after a brief exposure to high concentrations of PHE or FLA, and that this impediment is not due to a retene-like disruption of chondrocranium development. Based on these findings and existing literature, it seems likely that fluoranthene and phenanthrene may act directly on jaw function.