You are here

Bioconcentration Experiments part I - Lab cultures (tambien en Español)

        The picture on the left shows Chlorella vulgaris and Asterionella formosa cultures growing in our cold room. Two different    contaminant experiments are taking place in these flasks. In one of them we have added the plasticizer Bisphenol A (BPA) to the growth medium and in the other one we have added the detergent by-product 4-para-Nonylphenol (NP).

      Both BPA and NP are known endocrine disrupters and have been detected in water samples from the Columbia River (Morace, 2012). Endocrine disrupters mimic the structure of hormones in vertebrate animals (e.g. fish and even humans!) and can affect the hormonal regulation of the organisms exposed to these compounds.

      The purpose of our experiment is to determine whether phytoplankton can pick up the contaminants present in their growth media, a process called bioconcentration. If they are able to do so, they might represent a pathway of exposure to such contaminants to organisms that prey on them, such as zooplankton (and fish some times of the year (Maier, 2009). To assess whether bioconcentration of BPA and NP occurs in A. formosa and C. vulgaris, the contaminants have been tagged with a special form of the Carbon atom, Carbon 13, an isotope of the more common form, Carbon 12. By keeping track of the Carbon 13 tag location (in the water? Adsorbed to the cell? Inside of the cell?), and by quantifying how much Carbon 13 has been picked up by the algal cells (after a 24 hour exposure period to the contaminants), we can calculate how much BPA and NP moved from the water onto or into the cells (we can then calculate bioconcentration!).

    This experiment is our first step to assess bioconcentration of BPA and NP in phytoplankton species from the Columbia River so we are using our laboratory cultures, which grow in a very controlled environment we create (we select and control the nutrient levels, the light, and the temperature). Our next step is to determine whether bioconcentration can occur in natural, mixed phytoplankton assemblages from the Columbia River. More on this topic will be discussed in the next blog…

Citations *Maier, G.O., and Simenstad C.A. 2009. The Role of Marsh-Derived Microdetritus to the Food Webs of Juvenile Chinook Salmon in a Large Altered Estuary. Estuaries and Coasts 32: 984-998. *Morace, J.L., 2012, Reconnaissance of contaminants in selected wastewater-treatment-plant effluent and stormwater runoff entering the Columbia River, Columbia River Basin, Washington and Oregon, 2008–10: U.S. Geological Survey Scientific Investigations Report 2012–5068, 68 p.

ESPAñOL: La fotografia a la izquierda muestra los cultivos de Chlorella vulgaris y Asterionella formosa en matraces de Erlenmeyer. Dos experimentos con differentes contaminantes estan occurriendo en estos matraces. Hemos añadido el compuesto Bisphenol A (BPA, utilizado en la produccion de plasticos) al medio de cultivo de uno de ellos, y hemos añadido 4-para-Nonylphenol (NP) (producto de la degradacion de detergentes) al otro. Tanto BPA como NP son conocidos por su actividad como disturbadores del sistema endocrino de animales vertebrados (como peces o incluso humanos!) pudiendo interferir con la regulacion hormonal del organismo. Ambos han sido detectados en el agua del Rio Columbia (Morace, 2012).

    El objectivo de nuestro experimento es determinar si celulas fitoplanctonicas son capaces de acumular contaminantes presentes en su medio de cultivo, este proceso es conocido como bioconcentracion. Si son capaces de bioconcentrar los contaminants, es posible entonces, que celulas fitoplanctonicas en el rio constituyan una ruta de transito para los contaminantes en el ecosistema. Tambien pueden constituir una forma de exposicion a estos contaminants para otros organismos en el rio que utilizan al fitoplancton como alimento, por ejemplo celulas zooplanctonicos (e incluso peces, durante momentos especificos del año, Maier, 2009).

    Para determinar si las especies A. formosa y C. vulgaris son capaces de bioconcentrar BPA y NP, los contaminants han sido marcados con una forma especial de Carbono, Carbono 13, un isotopo del atomo de carbono mas comun, el Carbono 12. Siguiendo la localizacion del Carbono 13 (en el medio de cultivo, en la superficie celular, o dentro de la celula), y cuantificando la cantidad de Carbono 13 en las celulas (despues de un periodo de exposicion a los contaminantes de 24 horas), podemos calcular cuanto BPA y NP han sido transportados desde el medio de cultivo hasta las celulas (podemos calcular bioconcentracion!).

    Este experimento es nuestro primer paso para determinar la posible bioconcentracion de BPA y NP en especies fitoplanctonicas del Rio Columbia asi que, en este experimento hemos utilizado nuestros propios cultivos de laboratorio. Estos cultivos crecen en condiciones que nosotros podemos determinar y controlar (nutrients, luz, y temperatura). Nuestro siguiente paso es determinar si la bioconcentracion de estos contaminants puede ocurrir en poblaciones naturals de varias especies fitoplanctonicas presentes en el Rio Columbia. Este sera el tema de discussion del proximo blog…