uw

Föreläsning 2 ekotox i kursmomentet ekotoxikologi, NBIC36 Tekniskt miljöskydd Mål: studenterna skall förstå komplikationerna med , och idag existerande metoder för, att bedöma riskerna/effekterna av miljögifter på, i naturen förekommande, populationer. Jämföra med LC50 studier. Begrepp: Demografi Ålderstruktur Känslighetsanalys Microcosmos/mesocosm Ecol Risk Assessment

Ekotoxikologi Ekotoxikologi Att jämföra med Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Att jämföra med Ekologi: En arts existens/beteende påverkar andra arters förekomst negativt Direkt eller indirekt

Don’t click!

Ekotoxikologi Varför bry oss? Två möjliga orsaker: Söka kunskap Människa som art har ett ansvar att veta och lindra dess effekt på andra organismer Värderingar och attityder: Måste vi som art bry oss bara för att vi har ett medvetande, en förmåga att inse att vi påverkar?

Kritiskt tänkande! ……we tend to use different criteria to evaluate propositions or conclusions we desire , and those we abhor. …. For desired conclusions, in others words, it is as if we ask ourselves, ”Can I believe this?”, but for unpalatable conclusions we ask. ”Must I believe this?” The evidence required for affirmative answers to these two questions are enormously different. Gilovich är professor i psykologi vid Cornell och studerar beslutsprocesser Abhor – avsky, hata Affirmative – bejakande, bekräftande Thomas Gilovich, 1991. How we know what isn’t so: The fallibility of human reason in everyday life. The Free Press. N Y.

Att värdera ekotoxikologi dess metoder och dess resultat Internationell politik Inrikespolitiken Våra dagliga beslut

Internationell politik Kyoto protokollet Lagligt bindande utsläppsmål för de industrialiserade länderna. Skrevs under 1997. Protokollet omfattar sex växthusgaser: koldioxid, metan, dikväveoxid och de industriella gaserna HFC, PFC och svavelhexafluorid. USA bytte president och hoppade av 2001. Egen klimatpolicy. Minskning 5.2 % Ökning 9 %

Inrikespolitik sökord miljögift Parti: Antal träffar på hemsidan Miljöpartiet 8 Moderaterna 5 Socialdemokraterna Centerpartiet

Sveriges miljömål riksdagsbeslut 1999 Begränsad klimatpåverkan Frisk luft Bara naturlig försurning Skyddande ozonskikt Ingen övergödning Levande sjöar och vattendrag Hav i balans,   levande kust och skärgård Myllrande våtmarker Storslagen fjällmiljö Giftfri miljö Säker strålmiljö Grundvatten av god kvalitet Levande skogar Ett rikt odlingslandskap God bebyggd miljö Ingen övergödning

Ekotoxikologi- Sveriges miljömål Giftfri miljö     Kunskap om kemiska ämnens hälso- och miljöegenskaper (2010) Miljö- och hälsoinformation om varor (2010) Utfasning av särskilt farliga ämnen (2003-2015) Fortlöpande minskning av hälso- och miljöriskerna med kemikalier (2010) Riktvärden för miljökvalitet (2010) Förorenade områden (2005)

Bananer Vi svenskar är ett bananälskande folk. Med 17,6 kilo per år och person importerar och äter vi mest bananer i hela världen. Bekämpningsmedel, överflödig gödning och eroderad jord spolas efterhand ut i vattendragen och vidare ut i havet. Jättelika regnskogsområden har genom åren skövlats för att ge plats åt plantager. Bananas now rival cotton as the biggest consumer of agrochemicals in world agriculture. Banana plantations have been using up to 20 times more pesticides per ha average than in industrialised countries. Many of the chemicals still used are highly toxic. Concerns centre on nematicides such as terbufos (Counter), on aerially applied fungicides such as chlorothalonil (Bravo 500 and 750), as well as on the post-harvest treatments thiabenzadole and imazalil applied in the packing plants. http://www.pan-uk.org/ Svenska naturskyddsföreningen Obesprutade – 21.90 kr/kg Besprutade – 17.90 kr/kg Coop Forum 7/2 2005

Mjällschampo Under 2003 användes minst 10 ton zinkpyrition i mjällschampo och 2,4 ton zinkpyrition i båtbottenfärger. Det räcker med 0,0026 mg zinkpyrition per liter vatten för att hälften av alla fiskar ska dö inom fyra dygn. En dos för hårtvätt, ca 10 ml, med marknadens vanligaste mjällschampo, innehåller cirka 88 mg zinkpyrition. Mjäll orsakas av en jästsvamp som heter Malassezia som normalt finns överallt på huden. Svenska naturskyddsföreningen

Kritiskt tänkande! Kyotoprotokollet, miljömål, bananer, mjällschampo,…. ”Can I believe this?” ”Must I beleive this?”

Ekotoxikologi Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Hur bedöma/kvantifiera? ”organismers förekomst negativt” Ekologi – antal individer av en art Människan – enskild individs lidande/skada/ökad dödlighet

Populationstillväxt i en miljö med begränsade resurser Inomartskonkurrens tid Antal individer bärförmåga naturlig Ökad dödlighet

Miljögift som påverkar mortaliteten - ej tillräckligt villkor för att påverka förekomst tillräckligt villkor för att påverka återhämtningstid efter störning (resilience) Ökad dödlighet tid Tillräckligt villkor om: resulterar i negativ populationstillväxt vid resurstillgång (utan inomartskonkurrens) Kraftigt ökad mortalitet tid Tillräckligt villkor om: Om interaktioner med andra arter förändras så att arten blir utsatt för högre konkurrens. Ny jämvikt! Mellanartskonkurrens

Hur kvantifiera om förekomst påverkas av ett ämne? Mäta i fält: Finna korrelationer. Experiment På individ På population På grupper av populationer (mindre samhällen/ekosystem) Empiriska data på förekomst/populationstäthet eller Beräkna den indirekta effekten på förekomst/populationstäthet Ny populationstillväxt –lutning/form på kurvan Ny jämvikt

Hur kvantifiera om förekomst påverkas av ett ämne? Experiment På individ På population eller grupper av populationer microcosm eller mesocosm försök Svårt att utvärdera – specifika förhållanden Interaktioner inom och mellan populationer Beräkna den indirekta effekten på förekomst/populationstäthet Ny populationstillväxt –lutning/form på kurvan Ny jämvikt

Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration

Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration

Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ påverkas/ändras d sannolikheten att dö/individ påverkas/ändras i antal individer som immigrerar påverkas/ändras e antalet individer som emigrerar påverkas/ändras x(t) antal individer vid tiden t påverkas/ändras via parametrarna ovan Utför experiment

Beräkna populationtillväxt Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ i antal individer som immigrerar e antalet individer som emigrerar x(t) antal individer vid tiden t Tag ett tidsteg i taget: x(t+1)=x(t)+bx(t)-dx(t)+i-e förändring av populationen under ett tidsteg: x(t+1)-x(t)=bx(t)-dx(t)+i-e x(t+1)-x(t)=(b-d)x(t)+i-e x(t+1)-x(t)=Rx(t)+i-e R tillväxt per individ, en kombination av födslar och dödslar, R=b-d, per tidsenhet Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration Kontinuerligt dvs ’väldigt små tidsteg’ Dx(t)/dt=(b-d)x(t) differentialekvation x(t)=e(b-d)tx(0) lösningen till differentialekvationen

Populationtillväxt emigration e bx dx Population x ‘dödslar’ födsel Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ x(t) antal individer vid tiden t Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration b och d konstanta över tiden – exponentiell tillväxt – ingen spridning x(t+1)-x(t)=(b-d)x(t) differensekvation Dx(t)/dt=(b-d)x(t) differentialekvation x(t)=e(b-d)tx(0)

- Populationtillväxt Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ d sannolikheten att dö/individ x(t) antal individer vid tiden t Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emigration b och d konstanta över tiden – exponentiell tillväxt Experiment på b och d med olika koncentrationer - beräkna populationstillväxt vid olika koncentrationer

Hur mäta b och d? komplikation……. Kan vi alltid hantera en population som en enhet? Behöver vi dela upp den i olika stadier/klasser? Åldersklasser Storleksklasser Uppdelade i rummet Morfologiska klasser/former/ Delpopulationer skiljer sig från varandra på, för modellens ändamål, viktiga punkter, t ex unga individer föder inget medans vuxna föder. b och d måste uppskattas med hänsyn till hur stor andel som t ex är unga respektive vuxna. Studera ålderstrukturerad population.

Åldersklasser-demografiska data Tre ålderklasser, n1, n2 och n3. Nästa tidsteg räknas ut enligt n1(t+1)= b1 n1(t)+ b2 n2(t)+ b3n3(t) n2(t+1)= s12 n1(t) n3(t+1)= s23 n2(t) OBS, ett tidsteg motsvarar storleken på ålderklasserna. b2 b3 b1 1 2 3 s12 s23 bi = hur mycket avkomma som förväntas från ålderklass i under ett tidsteg sij = sannolikhet att överleva från ålderklass i till ålderklass j

Åldersklasser Nästa tidsteg räknas ut enligt n1(t+1)= b1 n1(t)+ b2 n2(t)+ b3n3(t) n2(t+1)= s12 n1(t) n3(t+1)= s23 n2(t) ett linjärt ekvationssystem och vi kan använda matriser dvs linjär algebra

Experiment Bestäm värden för matrisen vid olika koncentrationer:

Åldersklasser, egenvärden och egenvektorer Åldersklassmatriser (de flesta ‘biologiska’ matriser) är sådana att deras största egenvärde är ett reellt tal, dvs inte komplext. Detta innebär att egenvärdets vektor, s k egenvektorn motsvarar den stabila fördelningen och egenvärdet den tillväxt som populationen då tillväxer med

Åldersklasser, egenvärden och egenvektorer x(t)=e(b-d)tx(0) x(t)=λtx(0)

Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emmigration Under ett tidsteg: x antal individer b antal födslar/individ påverkas/ändras d sannolikheten att dö/individ påverkas/ändras i antal individer som immigrerar påverkas/ändras e antalet individer som emigrerar påverkas/ändras x(t) antal individer vid tiden t påverkas/ändras via parametrarna ovan Utför experiment

Experiment på individ nivå - utvärdera på populationsnivå Population x bx födsel ‘dödslar’ i immigration dx e emmigration Metod Utför experiment på individnivå

Steg 2: Känslighetsanalys Hur känslig är en population för ett miljögift / en störning? Vilka delar av livshistorien är mest känslig/ påverkar populationstillväxten mest? Vid vilken ålder är det värst att ett miljögift påverkar överlevnad, reproduktion, spridning, eller utveckling/åldrandet?

Metod Känslighetsanalys Vid vilken ålder är det värst att ett miljögift påverkar överlevnad, reproduktion, spridning, eller utveckling/åldrandet? Känslighetsanalys av egenvärdet/populationstillväxten: Metod

uw

Föreläsning 2 ekotox i kursmomentet ekotoxikologi, NBIC18 Tekniskt miljöskydd 10p Mål: studenterna skall förstå komplikationerna med , och idag existerande metoder för, att bedöma riskerna/effekterna av miljögifter på, i naturen förekommande, populationer. Jämföra med LC50 studier. Begrepp: Demografi Ålderstruktur Känslighetsanalys Microcosmos/mesocosm Ecol Risk Assessment

Idag gängse metod inom ekotoxikologi LC50 Koncentration (mg/l) Överlevnad % efter 21 dagar 98 0,06 0,2 0,35 84 0,43 60 0,64 10 0,75 5 1,13 % överlevande Kaliumdikromat mg/l Dapnia magna LC50 för kaliumdikromat = 0.47 mg/l

Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Metod hur man kan kvantifiera: ” påverkar organismers förekomst negativt” Metod att förutsäga om en art är känslig för miljögift/ämne. Utför experiment Utvärdera på populationsnivå Kan utföra samma typ av analys kring jämvikter. Eller om ej konstant demografi

But the individual who can modify or correct beliefs molded by personal interest or the influence of his rearing is rare….It is easy to be wise in retrospect, uncommonly difficult in the event. Wallacer Stegner, författare och Prof Stanford, tidig miljöaktivist My business is to teach my aspirations to conform themselves to fact, not to try and make facts harmonise with my aspirations. Thomas Henry Huxley, "Darwin's bulldog" Aspiration – önskan, strävande

uw

Snälla bekämpningsmedel Spraya vuxna bladlöss med derivat från Neem trädet överlevnad Ålder dagar Antal ungar Ålder dagar

Andra försök med snällt bekämpningsmedel Bespruta unga respektive vuxna bladlöss Bespruta i olika temperaturer Bespruta och därefter kolonisera med bladlöss

Nyfödda och vuxna olika känsliga för besprutning

Nytt sätt att mäta effekten av bekämpningsmedel: simulering av populationen

Idag gängse metod inom ekotoxikologi LC50 Concentration (mg/l) Överlevnad % efter 21 dagar 98 0,06 0,2 0,35 84 0,43 60 0,64 10 0,75 5 1,13 % överlevande Kaliumdikromat mg/l Dapnia magna LC50 för kaliumdikromat = 0.47 mg/l

Ekotoxikologi Ämne med antropogent ursprung påverkar organismers förekomst negativt Metod hur man kan kvantifiera: ” påverkar organismers förekomst negativt” Metod att förutsäga om en art är känslig för miljögift/ämne. Utför experiment Utvärdera på populationsnivå Kan utföra samma typ av analys kring jämvikter. Eller om ej konstant demografi

Generationstid på art kontra persistens av miljögift I första hand akut toxicitet, ett ’kortvarigt’ punktutsläpp. Om generationstid är betydligt längre än miljögift är effekten på population lättare att beräkna dock är populationen långsam på att anpassa sig (genetiskt) vid kronisk belastning eller återkommande belastningar. Om generationstid kort så medför att andra och tredjegeneration påverkas av utsläpp både direkt och indirekt – svårt att uppskatta effekten av utsläpp. Dock snabba på att anpassa sig genetiskt.

Vad innebär detta i ett ekosystem? Vad blir effekten på olika trofinivåer? Effekten av olika anpassning? På biomagnifiering? För vilka nivåer i ett ekosystem kan man göra goda förutsägelser? Vad behöver man veta för respektive nivå (generationstid)

Vad kan man mäta? Effekt på organism Effekt på population Effekt på samhälle/näringsväv Effekt på ekosystem Organism – LD50 Population – täthet? Näringsväv – tätheter? Störningskänslighet hos ny väv? Ekosystem – biologisk mångfald? Flödet av ämnen (t ex kol,kväve)?

Ekologiska komplikationer Populations tillväxt Reproduktion Överlevnad Tillväxt Spridning Populationsdynamik Inomartskonkurrens Mellanartskonkurrens Predator-byte Mutualism Populationsgenetik Selektera fram resistenta populationer

Fungicids påverkan av ett sötvattens microcosmos Nilsson et al Ecotox kurs i Lund Fungicid i tre koncentrationer Biomassa av alger och zooplankton Biomassa zooplankton minskade med ökande konc av fungicid Växtplankton ökade med ökande konc av fungicid Mindre zooplankton ökade med ökad konc av fungicid

Indirekt effekt då zooplankton minskade så minskade betning och därmed växtplankton ökade Konk och predation av de mindre zooplankton minskade då större zooplankton minskade med högre konc av fungicid och därmed ökade biomassa av mindre zooplankton INDIREKTA EFFEKTER I MICROCOSM STUDIER

Tumregler Ekosystem struktur viktigare än funktion Det finns nyckelarter inom ett system Direkta effekter på överlevnad o dyl är viktigare än indirekta via konkurrens och predation Kronisk variation för arter mindre än akut variation Effekter oftast enbart adderas, dvs oftast är total effekten lika med summan av effekterna för sig

Några begrepp Biokoncentrering – konc ökar jmf med vätska Bioackumulering- konc ökar jmf med konc i vätska/föda Biomagnifiering – ökar med trofinivå Biotransformation – ämnet transformeras via metabolism till nya mer eller mindre toxiska ämnen Biodegradering – ämnet bryts ner till enklare form, ultimat blir det koldioxid och vatten

Ecological Risk Assesment ERA Att bedöma riskerna för ekosystem vid ett utsläpp/miljögift Utgår från riskbedömingar för människors hälsa Två olika områden kombineras Exponering, vilka nivåer kan vi förvänta oss av miljögiftet? Dosrespons, vilka är effekterna i ekosystemet av olika doser/koncentrationer?

De olika nivåerna/stegen i ERA, figur 8.1 Problem identifikation Bestäm exponeringsgrad Bedöm ekologiska effekter vid olika exponeringar Bestäm/karaktärisera risken: inkludera osäkerheter ger ett intervall Meddela/kommunicera riskbedömningen Skötsel handhavandet av risken -skötselplan Miljöövervakning Mätning av ekologiska faktorer med bestämda tidsinterval Mätning av skötselplanen: t ex utsläppsnivåer