Two regimes of exposure to the pesticide Lindane: differential effects on western mosquitofish, Gambusia affinis

Authors: Buntz, Jennifer G.

Year: 2003 (xxxv)

Abstract

I compared the effects of short-term, high-dose ex posures, and long-term, low-dose exposures to Lindane, an agricultural pesticide used on seed crops. Though production and regulation of the use of Lindane has come under tighter regulation since the beginning of th is study, it is still a commonly used pesticide. Western mosquitofish was used because its viviparity allowed investigation of the effect of Lindane exposure on females and subsequent number of live births. In addition, the species is widely present in Gulf of Mexico drainages. Thus, disruption of the western mosquitofish population, given its low place in the food chain, could have far-reaching ef fects. All fish used in the study were collected from the Pecos River, near Fort Sumner, New Mexico. Fish were weighed, measured and exposed to Lindane via two different regimens: a long-term (30-day) exposure at low-dose concentrations (0.1 and 0.01 parts per billion [ppb]); and short-term (7-day) exposure at high Lindane concentrations (96, 192 and 384 ppb). The low concentration levels were chosen because they are below the 0.2 ppb maximum concentration level allowed for drinking water as reported by the U.S. Environmental Protection Agency. The low concentrations also reflect levels of surface water contamination that have been found in the United States. The high-dose concentrations have been shown to elicit production of an inducible molecular chaperone, heat shock protein 70 (Hsp70), which serves as an indicator of the amount of molecular stress an organism has experienced. After exposure, three fish from each trial group were sacrificed for tissue samples. Remaining fish were kept in isolation tanks so that the number of offspring delivered by each female could be documented. The amount of Lindane absorbed is assessed from the lipid and muscle tissue samples. Other tissue samples (heart, gill, liver, ovary) will be analyzed for the production of Hsp70. Data already collected show substantial temporal variation in western mosquitofish reproductive effort during the breeding season. Data also indicate that when subjected to

long-term low-dose Lindane exposure, smaller fish are more likely to perish than larger fish. Both 0.1 and 0.01 ppb concentrations show trends of reduction in number of gravid females. Lindane exposure at the highest concentration, 384 ppb, proved fatal in all but one instance. An unexpected finding is that number of live births showed reductions in both control and exposure groups, likely due to handling.

Resumen

Efectos diferenciales sobre el guayacón mosquito, Gambusia affinis, bajo dos regímenes de exposición al pesticida Lindano Se compararon los efectos a corto plazo con expo siciones a altas dosis, y a largo plazo con bajas dosis al Lindano, un pesticida utilizado en cultivos agrícolas. Aún cuando la producción y regulación del uso de este pesticida está sujeto a medidas más estrictas desde que se inició este estudio, es un pesticida que todavía se usa de manera común. Se tomó al guayacón mosquito como organismo indicador, debido a que su reproducción vivípara permite la investigación del efecto que la exposición al Lindano produce en las hembras y el subsecuente número de productos vivos. Además de ello, esta especie es común y se encuentra ampliamente ditribuída en los afluentes del Golfo de México. De manera que, la disrupción de la población del guayacón mosquito, dada su inferior posición en la cadena trófica, podría tener efectos de largo alcance. Todos los organismos utilizados en este estudio se capturaron en el Río Pecos, cerca de Fort Sumner, Nuevo Mexico. Los peces se pesaron, midieron y se expusieron a Lindano bajo dos regímenes diferentes: uno a largo plazo (30 días) con dosis de baja concentración (0.1 y 0.01 partes por billón [ppb]); y uno a corto plazo (7 días) con altas concentraciones de Lindano (96, 192 y 384 ppb). Las dosis de bajos niveles se escogieron porque están por debajo de la concentración máxima de 0.2 ppb permitida para agua potable reportada por la Agencia de Protección del Medioambiente de Estados Unidos. Dichas concentraciones, reflejan también los niveles de contaminación que se han registrado en aguas superficiales de Estados Unidos. Las altas concentraciones se consideraron para explicar la producción de un chaperón molecular inducible, proteína golpe-térmica 70 (Hsp70), que sirve como indicador del nivel de estrés molecular que un organismo ha sufrido. Después de la exposición, se sacrificaron tres peces de cada grupo de prueba, para tomar muestras de tejido. Los peces remanentes se mantuvieron en tanq ues de aislamiento para documentar el número de crías producidas por cada hembra. La cantidad de Lindano absorbido se determina con las muestras de tejido y lípido. Otros tejidos, como corazón, branquias, hígado y ovario, serán analizados para registrar la producción de Hsp70. Los datos obtenidos hasta ahora, muestran una sustancial variación temporal en el esfuerzo reproductivo del guayacón mosquito durante su estación reproductiva. Estos datos también indican que con la exposición a largo plazo y dosis de baja concentración, los peces más pequeños son más propensos a morir que los peces más grandes. Tanto la concentración 0.1 como la de 0.01 ppb muestran una tendencia de reducción en el número de hembras grávidas. Las exposiciones a las más altas concentraci ones de Lindano, 384 ppb, fueron fatales excepto en un caso. Un resultado inesperado es que el número de crías vivas mostraron reducciones tanto en los grupos de control como en los experimentales, probablemente a causa de la manipulación de las mismas.