Interactions Between Plastic, Microbial Biofilms and Gammarus pulex: An Initial Investigation

There is increasing evidence that microbial biofilms which form on the surface of marine plastics can increase plastics palatability, making it more attractive to organisms. The same information, however, does not exist for freshwater systems. This study observed the response of the freshwater amphipod Gammarus pulex when exposed to 3 cm-diameter discs of biofilm-covered plastic, both alone and when presented alongside its natural food. G. pulex did not fragment or consume the plastic materials, and the presence of colonised plastic in the immediate environment did not alter the amount of time organisms spent interacting with their natural food. This study provides baseline information for virgin and microbially colonised low-density polyethylene and polylactic acid film. Further studies, with other types of plastic possessing different physical properties and with different microbial biofilm compositions are now required to build further understanding of interactions between plastic, microbial biofilms, and freshwater shredding invertebrates.

Valorization Use of Amphipod Meal, Gammarus pulex, as a Fishmeal Substitute on Growth Performance, Feed Utilization, Histological and Histometric Indices of the Gut, and Economic Revenue of Grey Mullet

The future of aquaculture development is directed toward high intensification to overcome the decline in natural fishing and to provide enough protein for the increasing world population. The spread of aquaculture production and intensification requires the search for high-quality, new efficient feed ingredients with low cost and sustainable importance. Therefore, the current study aimed to detect the effects of partial or total replacement of fishmeal with amphipod meal, Gammarus pulex, on growth performance, survival percent, feed utilization, histological alteration of intestine and liver, and economic yield of grey mullet, Mugil cephalus, fry. Five diets were formulated to contain 100% fishmeal (FM), or FM replaced with 25%, 50%, 75%, or 100% amphipod meal (APM) (D0, D25, D50, D75, and D100, respectively). A total of 300 grey mullet fry (0.097 ± 0.001 g), were divided into five groups (three replicates each) at an initial stocking density of 20 fry per aquaria (100 L). The aquarium’s water is renewed at a rate of 30% daily. During a 60-day experimental period, the feeding rate was 20% of body weight, which was introduced as five meals per day. Fish fed D50 achieved the highest significant values of final weight (1.80 g), weight gain (1.70 g), survival (86.67%), final length (4.47 cm), and length gain (2.06 cm). In addition, the feed utilization of diets containing increasing substitution levels of FM showed that the highest protein intake (0.82 g ish−1), protein efficiency ratio (0.83), protein productive value (30.65%), and the lowest significant feed conversion ratio (1.21) were recorded with D50. The dose-response study revealed that the best substitution levels could range between 50% and 75%. Histological observations confirmed that the highest number of goblet cells and intestinal villi were recorded in the group fed D50. No pathological effect was observed in the liver at all substitution levels. In terms of economic efficiency, the best economic conversion ratio was recorded in the group fed D50. This study confirmed that 50% partial substitution of FM with APM is the ideal replacement level for grey mullet fry. In addition, the use of a new renewable alternative, such as APM to substitute FM, could relieve the pressure on the capture of wild fish and reduce the environmental impact of inland aquaculture.

Microplastic and Organic Fibres in Feeding, Growth and Mortality of Gammarus pulex

Microplastic fibres (MPFs) are a major source of microplastic pollution, most are released during domestic washing of synthetic clothing. Organic microfibres (OMF) are also released into the environment by the same means, with cotton and wool being the most common in the UK. There is little empirical evidence to demonstrate that plastic fibres are more harmful than organic fibres if ingested by freshwater animals such as Gammarus pulex. Using our method of feeding Gammarus MPFs embedded in algal wafers, we compared the ingestion, feeding behaviour and growth of Gammarus exposed to 70 µm sheep wool, 20 µm cotton, 30 µm acrylic wool, and 50 µm or 100 µm human hair, and 30 µm cat hair at a concentration of 3% fibre by mass. Gammarus would not ingest wafers containing human hair, or sheep wool fibres. Given the choice between control wafers and those contaminated with MPF, cat hair or cotton, Gammarus spent less time feeding on MPF but there was no difference in the time spent feeding on OMFs compared to the control. Given a choice between contaminated wafers, Gammarus preferred the OMF to the MPF. There were no significant differences in growth or mortality among any of the treatments. These results conclude that MPFs are less likely to be ingested by Gammarus if alternative food is available and are not more harmful than OMFs.

Mikroplastik in limnischen Ökosystemen : Vorkommen, Interaktion mit Biota und Toxizität

Seit den 1950er Jahren hat sich Plastik als unverzichtbare Ressource im menschlichen Alltag etabliert. Als negative Folge dieses Booms wird seit einigen Jahrzehnten jedoch eine zunehmende Belastung aquatischer Ökosysteme mit Plastikmüll bzw. dessen Degradationsprodukten, sogenanntes „Mikroplastik“ (MP, < 5 mm) bzw. „Nanoplastik“ (NP, < 1 µm), beobachtet. Ziel dieser Arbeit war die Untersuchung des aktuellen Vorkommens von MP in limnischen Gewässern, die Analyse der Interaktion zwischen MP und limnischen Wirbellosenarten und der daraus resultierenden Toxizität sowie eine erste Risikoabschätzung. Das Vorkommen von Mikroplastik in limnischen Gewässern wurde exemplarisch anhand der Elbe als großes Fließgewässer in Deutschland untersucht. Durch die Auswertung von elf Probestellen entlang des Verlaufs der Mittel- und Unterelbe konnte gezeigt werden, dass die MP-Konzentrationen im Sediment (2,26x10^4 – 2,27x10^7 P m^-3) im Mittel fast 150.000-fach höher sind als in der Wasserphase (0,88–13,24 P m^-3). Sedimente sind somit eine Senke für MP. Die Zusammensetzung der Polymerarten sowie MP-Formen deuten zudem an, dass die Partikel sowohl aus diffusen wie auch aus Punktquellen (z.B. Industrieabwässer) stammen. Im globalen Vergleich können die MP-Konzentrationen in deutschen Fließgewässern z. Z. als durchschnittlich betrachtet werden. Allerdings muss insgesamt davon ausgegangen werden, dass die bisher bestimmten MP-Umweltkonzentrationen die realen Konzentrationen möglicherweise unterschätzen. So zeigte die Elbestudie, dass die Sedimentfeinfraktion < 100 µm einen bedeutenden Polymeranteil enthielt. Die meisten bisher durchgeführten Studien zur Bestimmung von MP-Partikeln in Flüssen haben Partikel < 100 µm jedoch nicht in ihrer Analyse berücksichtigt. Die Interaktion von MP mit limnischer Biota wurde anhand der Artgruppen der Muscheln (Bivalvia), Schnecken (Gastropoda) sowie Krebstiere (Crustacea) näher untersucht. Die Intensität der Interaktion ist maßgeblich von der Aufnahme von MP durch die verschiedenen Arten abhängig. Anhand von zahlreichen Aufnahmestudien mit verschiedenen limnischen Arten, darunter den Muschelarten Dreissena polymorpha, Sinanodonta woodiana und Anodonta anatina, der Lungenschnecke Lymnaea stagnalis sowie der Amphipodenart Gammarus pulex, wurde nachgewiesen, dass die MP-Aufnahme von den Eigenschaften der exponierten Arten bzw. Individuen, den MP-Charakteristika sowie den Expositionsbedingungen abhängt. Die Experimente mit Muscheln verdeutlichten die rasche Aufnahme, aber auch Exkretion von MP-Partikeln innerhalb weniger Stunden. In allen drei Artgruppen war die Aufnahme konzentrationsabhängig mit zunehmender Aufnahme bei steigenden MP-Konzentrationen. Die Muschelexperimente zeigten jedoch auch, dass eine gleichzeitige Exposition mit anderen Partikeln (z.B. Nahrung) zu einer reduzierten Aufnahme führt. Auch die Größe der Testorganismen beeinflusste die Aufnahme: So nahmen im Fall der Muscheln und Krebse kleinere Individuen (bzw. im Fall der Muscheln auch Arten) relativ pro Körpermasse mehr MP-Partikel auf als größere Individuen bzw. Arten. Für alle untersuchten Arten wurde darüber hinaus gezeigt, dass die MP-Größe relevanten Einfluss auf die Menge an aufgenommenen Partikeln hat. Ein Vergleich zwischen den Artgruppen zeigte, dass Muscheln als filtrierende Organismen in den Laboruntersuchungen bei gleicher Expositionskonzentration mehr MP aufnahmen als Krebse (Zerkleinerer) und Schnecken (Weidegänger). Im Gegensatz zu Muscheln nutzen Krebstiere und Schnecken allerdings die Grenzschicht zwischen Wasser- und Sedimentphase als Suchraum für ihre Nahrung und sind in der Umwelt (auf Grund des höheren MP-Vorkommens in Sedimenten) somit möglicherweise gegenüber höheren MP-Konzentrationen exponiert als Muscheln. Die Extrapolation der gewonnenen Labordaten sowie der Vergleich mit publizierten Umweltdaten legen allerdings nahe, dass das MP-Vorkommen in Individuen aller drei Artgruppen bisher auf einige wenige MP-Partikel begrenzt ist. Ausgeprägte Unterschiede zwischen den Artgruppen sind bisher nicht erkennbar. MP-Toxizitätsstudien mit G. pulex, L. stagnalis sowie D. polymorpha konnten trotz der Berücksichtigung einer Vielzahl an Endpunkten (Mortalität, Reproduktion, Nahrungsaufnahme, oxidativer Stress, Energiereserven, Immunzellaktivität) und trotz des Einsatzes zum Teil sehr hoher MP-Konzentrationen weit oberhalb aktueller Umweltkonzentrationen nur sehr wenige MP-induzierte Effekte nachweisen, darunter eine Steigerung der Filtrationsaktivität (D. polymorpha) bzw. Veränderung der Immunfunktion von Hämolymphzellen (L. stagnalis). Zur weiteren Risikoabschätzung wurden diese Studienergebnisse mit publizierten Daten für marine und limnische Muschel- und Krebsarten in Artenempfindlichkeitsverteilungen (Species Sensitivity Distributions, SSD) zusammengeführt und jeweils eine SSD für Muscheln und Krebstiere erstellt. Die Erstellung einer SSD nur für limnische Arten ist zum jetzigen Zeitpunkt auf Grund der geringen Datenlage noch nicht möglich. ...

Metal-doping of nanoplastics enables accurate assessment of uptake and effects on Gammarus pulex

Because of the difficulty of measuring nanoplastics (NP), the use of NPs doped with rare Earth metals has been proposed as a promising approach to detect NP in environmental media...