In Europa wordt per jaar meer dan 100 miljoen ton chemicaliën geproduceerd, die een potentieel risico voor het milieu kunnen vormen. Hiervan kan een deel, met opzet of niet, in het milieu terechtkomen. Om het milieu te beschermen is het belangrijk om de effecten van chemische stoffen te kunnen voorspellen om hieruit de mogelijke risico’s te bepalen. Een onderschatting van de risico’s kan nadelige effecten hebben op de mens en het milieu. Een overschatting zorgt voor, onnodige, extra kosten om verontreiniging te voorkomen. Een nauwkeurige inschatting van de mogelijke effecten op het milieu en de risico's voor het milieu is dus van essentieel belang.

Het voorspellen van de effecten gebeurt voornamelijk op basis van de resultaten van laboratoriumexperimenten waarbij zoetwaterorganismen worden blootgesteld aan één chemische stof onder gestandaardiseerde condities. In realiteit echter worden organismen niet blootgesteld aan deze standaardcondities, maar leven ze in en zijn blootgesteld aan een variabele omgeving. Daarnaast kunnen ook verschillen in gevoeligheid ontstaan tussen verschillende populaties door lokale adaptatie of acclimatisatie. Zelfs de gevoeligheid van één individu kan veranderen gedurende zijn leven. Ten slotte worden organismen vaak blootgesteld aan meerdere chemische stoffen op hetzelfde moment. Het is duidelijk dat deze variabelen het accuraat voorspellen van de effecten van een chemische stof bemoeilijken en, wanneer gebruik gemaakt wordt van de huidige gestandaardiseerde methoden, de voorspellingen af kunnen wijken van de realiteit.

Het doel van deze thesis was dan ook om het effect van deze mogelijke bronnen van variatie op de toxiciteit van chemicaliën bij mariene organismen te onderzoeken om zo meer realistische milieurisicoschattingen te bekomen. Dit werd verwezenlijkt door de invloed na te gaan van omgevingsvariatie, mengseltoxiciteit, populatievariabiliteit en levensstadiumvariabiliteit op de accumulatie en toxiciteit van Cu op de mossel.

In hoofdstuk 2 en 3 werd de invloed van twee belangrijke mariene variabelen, saliniteit en opgelost organisch koolstof (DOC, dissolved organic carbon), op de accumulatie, distributie en toxiciteit van Cu onderzocht bij mossellarven. De Cu distributie en accumulatie werd bepaald met behulp van synchrotron X-stralen fluorescentie. Op een schaal van 10 bij 10 μm was Cu homogeen verdeeld in de larve met een interne concentratie tussen 1.1 en 27.6 μg/g larve (drooggewicht). De 48-uur Cu EC10 (Cu concentratie waarbij 10 % van de larven niet of slecht ontwikkelde) varieerde tussen 2.8 en 11.2 μg Cu/L, wat de extreme Cu gevoeligheid van mossellarven bevestigde. Zoals verwacht daalden de Cu accumulatie en toxiciteit met een stijgende DOC concentratie door een stijging in Cu complexatie. Een stijging in saliniteit resulteerde in een hogere Cu toxiciteit. Dit kan niet worden voorspeld op basis van veranderingen in de waterchemie, maar is waarschijnlijk het gevolg van veranderingen in de fysiologie van de larve.

In hoofdstuk 4 werd een gelijkaardig experiment uitgevoerd met twee populaties (Noordzee en Oostzee) gesettelde mosselen. Er werd gekozen voor mosselen van de Oostzee, omdat voorgaande studies hebben uitgewezen dat deze mosselpopulatie al, negatief, beïnvloed wordt door de lage saliniteit in die regio (o.a. een lagere groeisnelheid). Door de aanwezigheid van deze natuurlijke stressor werd verwacht dat deze populatie gevoeliger zou zijn voor antropogene pollutie. In lijn met deze verwachtingen accumuleerde de Oostzeemosselpopulatie meer Cu dan de Noordzeepopulatie. Echter, beide populaties waren even gevoelig voor Cu. Dit betekent dat populaties die in suboptimale condities leven, niet noodzakelijk gevoeliger zijn voor pollutie en dat verschillende populaties alternatieve methoden kunnen hebben om met Cu blootstelling om te gaan. De invloed van saliniteit en DOC op de accumulatie en toxiciteit van Cu was minimaal in beide populaties. Dus, het lijkt erop dat DOC/Cu-verbindingen beschikbaar zijn voor opname door gesettelde mosselen.

Naast een variabele omgeving worden organismen vaak simultaan blootgesteld aan verhoogde concentraties van verschillende metalen, niet enkel Cu. In de Noordzee, bijvoorbeeld, komen hoge Cu concentraties vaak samen voor met verhoogde concentraties van Ni en Zn. Er is echter weinig informatie beschikbaar over het effect van metaalmengsels in het mariene milieu. Daarom hebben we in hoofdstuk 5 het effect van Cu/Ni-mengsels op mossellarven onderzocht. Hierbij werd gebruik gemaakt van een full-factorial design, waarbij milieurelevante concentraties en ratio’s werden getest. Om de reproduceerbaarheid van de resultaten te testen, werd het experiment vijfmaal herhaald, gespreid over drie jaar en uitgevoerd door drie onderzoekers. De data werden geanalyseerd via een nieuw ontwikkelde Markov keten Monte Carlo algoritme. Deze aanpak heeft ervoor gezorgd dat zowel de modelparameters als de onzekerheid op de schattingen accuraat kon worden bepaald. De resultaten tonen aan dat mossellarven ongeveer 100 maal gevoeliger zijn aan Cu dan aan Ni (Cu EC50: 4.1 μg/L; Ni EC50: 414.7 μg/L). Wanneer mossels worden blootgesteld aan een mengsel van beide metalen, treedt een ratio-afhankelijke afwijking op van het concentratie additie-referentiemodel. Antagonisme treedt op bij hoge Ni concentraties (>200 μg/L), maar synergisme bij lage concentraties (4.9 μg/L). Het is de eerste keer dat synergisme werd aangetoond bij lage, milieurelevante metaalconcentraties in het mariene milieu. Deze uitkomst benadrukt de noodzaak om rekening te houden met mogelijke mengseleffecten in toekomstige milieurisicoschattingen.

In hoofdstuk 6 werden mossellarven van twee populaties (Noordzee en Oostzee) blootgesteld aan Cu, Zn, Ni en een Cu/Zn-mengsel om zo verder de invloed van metaalmengsels en mogelijke interpopulatie variabiliteit na te gaan. De Oostzeemossellarven waren ongeveer 20 % kleiner en groeiden langzamer dan de Noordzeelarven. Dit bevestigt de resultaten van vorige studies, die aantoonden dat volwassen Oostzeemossels trager groeien door de lagere saliniteit in de regio. De Oostzeemossellarven waren ook een factor 3 gevoeliger aan Zn of Ni. Echter, beide populaties waren even gevoelig voor koper en het effect van het Cu/Zn-mengsel was gelijkaardig voor de twee populaties. Dit toont aan dat interpopulatie variatie in gevoeligheid metaal afhankelijk is.

Conclusie: Alle onderzochte variabelen in deze scriptie hadden een invloed op de accumulatie en/of toxiciteit van Cu bij mossels. Omgevingsfactoren hadden een sterk, maar levensstadia afhankelijk, effect op de Cu accumulatie en toxiciteit. De Cu gevoeligheid van mossellarven was afhankelijk van de saliniteit, maar werd waarschijnlijk veroorzaakt door een verandering in de fysiologie niet door een verandering in waterchemie. Daarenboven daalde de Cu-toxiciteit niet met stijgende DOC bij gesettelde mosselen, maar wel bij mossellarven. Het opstellen van een mariene BLM, gebaseerd op complexatie en competitie (zoals het zoetwater BLM), lijkt met de huidige kennis dan ook niet mogelijk. In deze scriptie hebben we voor het eerst aangetoond dat, synergistische metaalmengselinteracties in het mariene milieu voorkomen en dit bij milieurelevante concentraties. Hierdoor is het aangewezen om in toekomstige milieurisicoschattingen metaalmengsels in beschouwing te nemen, om zo de mariene organismen adequaat te beschermen. Ten slotte werd geen verschil in Cu gevoeligheid gevonden tussen de twee geteste populaties. Echter, de populaties verschilden wel in Zn en Ni gevoeligheid, waardoor interpopulatie variabiliteit in toekomstige ERA best in rekening wordt gebracht.