Comparison of the Effects of Copper and its Combined Action with Lanthanum in the Amphipod Hyalella azteca under Chronic Multifunctional Biotesting Conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Pollution of the aquatic environment by metals must be considered taking into account their probable combinations and emerging chronic effects. The spectrum of effects of copper and its combined action with lanthanum was first determined in the amphipod Hyalella azteca Saussure, 1858 in a chronic experiment (40 days). The effect of solutions containing equimolar calculated concentrations of “Cu2+” ions and combinations of “Cu2+ and La3+” (1 : 1) was modeled in two variants – 0.16 and 0.8 µmol/l per metal or their sum. Solutions with a higher concentration naturally had a more pronounced effect on amphipods. The effects of the metal mixture exceeded their individual effect (0.8 µmol/l). In solutions with a combination of “Cu2+ and La3+”, the death of individuals was 2.5 times greater, the linear dimensions and mass of individuals were 1.1 and 1.4 times lower compared with similar indicators for the “Cu2+” variant. In combined solutions, the leveling of sexual dimorphism according to these signs was recorded. The trophic activity of amphipods tended to increase in variants with a mixture of metals compared with the action of copper and control. Thus, an increase in the action of copper in the presence of lanthanum is shown. Consequently, the risks associated with rare earth elements entering the environment require revision.

About the authors

R. A Lozhkina

Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences

Borok, Russia

M. A Sysolyatina

Vyatka State University

Kirov, Russia

I. I Tomilina

Papanin Institute for Biology of Inland Waters Russian Academy of Sciences

Borok, Russia

A. S Olkova

Vyatka State University

Email: morgan-abend@mail.ru
Kirov, Russia

References

  1. Вдовина О.Н., Безматерных Д.М. 2025. Макрозообентос как индикатор экологического состояния озер особо охраняемых природных территорий Алтая // Биология внутренних вод. Т. 18. № 4. С. 677. https://doi.org/10.31857/S0320965225040137
  2. Болгов М.В., Кочарян А.Г., Лебедева И.П. и др. 2008. Качество природных вод в каскаде Волжских водохранилищ // Арид. экосистемы. Т. 14. № 35–36. С. 68.
  3. Гапеева М.В. 2013. Тяжелые металлы в воде и донных отложениях Рыбинского водохранилища // Вода: химия и экология. № 5. С. 3.
  4. Даувальтер В.А., Моисеенко Т.И., Родюшкин И.В. 1999. Геохимия редкоземельных элементов в озере Имандра, Мурманская область // Геохимия. № 4. С. 376.
  5. Дебольский В.К., Кочарян А.Г., Григорьева И.Л. и др. 2009. Проблемы формирования качества воды в поверхностных источниках водоснабжения и пути их решения на примере Иваньковского водохранилища // Вода: химия и экология. № 7(13). С. 2.
  6. Есин Е.В. 2015. Обзор токсичности основных элементов-загрязнителей лососевых нерестовых рек Камчатки // Изв. ТИНРО (Тихоокеанского научно-исследовательского рыбохозяйственного центра). № 180. С. 210.
  7. Зефиров Н.С. 1999. Химическая энциклопедия // Большая Российская энциклопедия. М.: Большая Российская Энциклопедия. Т. 5. С. 793.
  8. Мелехова О.П., Коссова Г.В., Падалка С.М. и др. 2012. Экологические последствия слабых загрязнений водной среды // Ульяновский мед.-биол. журн. № 4. С. 131.
  9. Моисеенко Т.И. 2009. Водная экотоксикология: Теоретические и прикладные аспекты. М.: Наука.
  10. Олькова А.С., Ашихмина Т.Я. 2021. Факторы получения репрезентативных результатов биотестирования водных сред (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. № 2. P. 22. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-2-022-030
  11. Рыбина Г.Е., Михайлова Л.В., Томилина И.И. 2019. Оценка токсичности донных отложений, почв и буровых шламов с помощью амфиподы Hyalella azteca Saussure // Вестник рыбохозяйственных наук. Т. 6. № 2 (22). С. 48.
  12. Томилина И.И., Гапеева М.В., Ложкина Р.А. 2018.Оценка качества воды и донных отложений каскада водохранилищ реки Волга по показателям токсичности и химического состава // Тр. Ин-та биологии внутр. вод им. И.Д. Папанина РАН. № 82(85). С. 107.
  13. Филенко О.Ф., Исакова Е.Ф., Гершкович Д.М. 2013. Стимуляция жизненных процессов у Ceriodaphnia affinis Lilljeborg (Crustacea, Anomopoda) при действии низких концентраций потенциально токсичных веществ // Биология внутр. вод. № 4. С. 98. https://doi.org/10.7868/S0320965213030042
  14. Butler D., Nixon R.A., Bahr B.A. 2006. Potential compensatory responses through autophagic/lysosomal pathways in neurodegenerative diseases // Autophagy. № 2(3). Р. 234. https://doi.org/10.4161/auto.2729
  15. Gad S.C., Gad S.C. 2016. Animal Models in Toxicology. Boca Raton: CRC Press. https://doi.org/10.1201/b18705
  16. Gong B., He E., Romero-Freire A. et al. 2021. Do essential elements (P and Fe) have mitigation roles in the toxicity of individual and binary mixture of yttrium and cerium to Triticum aestivum? // J. Hazardous Materials. V. 416. P. 125761. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2021.125761
  17. Hanana H., Kleinert C., Gagne F. 2021. Toxicity of representative mixture of five rare earth elements in juvenile rainbow trout (Oncorhynchus mykiss) juveniles // Environ. Sci. Pollut. Res. № 28(22). P. 28263. https://doi.org/10.1007/s11356-020-12218-5
  18. Ingersoll C.G., Besser J.M., Brumbaugh W.G. et al. 2008. Sediment chemistry, toxicity, and bioaccumulation data report for the US Environmental Protection Agency-Department of the Interior sampling of metalcontaminated sediment in the Tri-state Mining District in Missouri, Oklahoma, and Kansas. Final report CERC-8335-FY07-20-12. U.S. Geological Survey, Columbia, MO, USA, and MacDonald Environmental Sciences, Nanaimo, BC. Canada.
  19. Ingersoll C.G., Nelson M.K. 1990. Testing sediment toxicity with Hyalella azteca (Amphipoda) and Chironomus riparius (Diptera) // Aquat. Toxicol. and Risk Assessment. Philadelphia: Amer. Soc. Test. and Mater. V. 13. P. 93.
  20. Javidmehr A., Kass P.H., Deanovic L.A. et al. 2015. 10-Day survival of Hyalella azteca as a function of water quality parameters // Ecotoxicol. and Environ. Saf. V. 115. P. 250.
  21. Kramarz P.E., Mordarska A., Mroczka M. 2014. Response of Tribolium castaneum to elevated copper concentrations is influenced by history of metal exposure, sex-specific defences, and infection by the parasite Steinernema feltiae // Ecotoxicology. № 23(5). P. 757. https://doi.org/10.1007/s10646-014-1212-z
  22. Lasier P.J., Urich M.L. 2014. A Simple Control for Sediment-Toxicity Exposures Using the Amphipod, Hyalella azteca // Bull. Environ. Contam. Toxicol. V. 93. P. 263. https://doi.org/10.1007/s00128-014-1329-z
  23. Lither G. 1989. Quality criteria for lakes and watercourses. Background report. Metals. Stockholm. Swedish EPA Rep.: 3628.
  24. Liu P.H., Rui Y.K., Ye C.S. 2007. Effects of soil on the concentration of rare earth in Nanfeng orange // Guang Pu Xue Yu Guang Pu Fen Xi. № 27(12). P. 2575.
  25. Lortholarie M., Poirier L., Kamari A. et al. 2021. Rare earth element organotropism in European eel (Anguilla anguilla) // Sci. Tot. Environ. V. 766. P. 142513. https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2020.142513
  26. Lotufo G.R., Stanley J.K., Chappell P. et al. 2018. Subchronic, chronic, lethal and sublethal toxicity of insensitive munitions mixture formulations relative to individual constituents in Hyalella azteca // Chemosphere. V. 210. P. 795. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2018.07.049
  27. Luo Y., Yuan H., Zhao J. et al. 2021. Multiple factors influence bacterial community diversity and composition in soils with rare earth element and heavy metal co-contamination // Ecotoxicol. and Environ. Safety. V. 225. P. 112749. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2021.112749
  28. Malhotra N., Hsu H.S., Liang S-T. et al. 2020. An updated review of toxicity effect of the rare earth elements (REEs) on aquatic organisms // Animals. № 10. P. 1663. https://doi.org/10.3390/ani10091663
  29. Methods of quantitative chemical analysis. Determination of impurity elements in samples Be, Mg, Al, Si, Ca, Sc, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zn, Ga, As, Se, Sr, Y, Zr, Nb, Mo, Pd, Ag, Cd, In, Sn, Sb, Te, Ba, La and other REE, Hf, Ta, W, Re, Os, Pb, Th and U, as well as in samples of their oxides and salts by the IMP-MS method (NSAM Methodology No. 501-MS) // Industry methodology of the III category of accuracy. 2017. Moscow: RIS “VIMS”. 36.
  30. Nelson M.K., Brunson E.L. 1995. Postembryonic growth and development of Hyalella azteca in laboratory cultures and contaminated sediments // Chemosphere. V. 31. № 4. P. 3129.
  31. Noller B.N. 1991. Non-radiological contaminants from uranium mining and milling at Ranger, Jabiru, Northern Territory, Australia // Environ. Monit. Assess. № 19(1). P. 383.
  32. Noller B.N. 1994. The identification of constituents in waste waters from gold mining using ICP-MS // International Journal of Surface Mining and Reclamation. № 8(3). P. 95.
  33. Olkova A.S., Kantor G.Y., Kutyavina T.I. et al. 2018. The importance of maintenance conditions of Daphnia magna Straus as a test organism for ecotoxicological analysis // Environ. Toxicol. Chem. № 37(2). Р. 376. https://doi.org/10.1002/etc.3956
  34. Olkova A.S., Sysolyatina M. 2022. Behavioral and Lethal Effects of La Salt and a Mixture of Cu and La Salt on Daphnia magna Straus // J. Ecol. Eng. № 23(6). Р. 245. https://doi.org/10.12911/22998993/148148
  35. Pavlov D.F., Frontasyeva M.V., Pavlov S.S. et al. 2005. Distribution of trace elements in freshwater ecosystem compartments of man-made Rybinsk Reservoir (Northern Russia) studied by epithermal neutron activation analysis // Ovidius University Annals of Chemistry. № 16(1). Р. 202.
  36. Podlesińska W., Dąbrowska H. 2019. Amphipods in estuarine and marine quality assessment – a review // Oceanologia. № 61(2). Р. 179. https://doi.org/10.1016/j.oceano.2018.09.002
  37. Slukovskii Z.I., Guzeva A.V., Dauvalter V.A. 2022. Rare earth elements in surface lake sediments of Russian arctic: Natural and potential anthropogenic impact to their accumulation // Appl. Geochem. V. 142. P. 105325. https://doi.org/10.1016/j.apgeochem.2022.105325
  38. Smith D.G. 2001. Pennak’s freshwater invertebrates of the United States: Porifera to Crustacea, 4th ed. N.Y.: John Wiley and Sons.
  39. Sneller F.E.C., Kalf D.F., Weltje L. et al. 2000. Maximum Permissible Concentrations and Negligible Concentrations for Rare Earth Elements (REEs) (No. RIVM– 601501011). National Institute of Public Health and Environmental Protection RIVM.
  40. Wilder J. 1940. The effects of populations density upon growth, reproduction, and survival of Hyalella Azteca // Physiol. Zool. № 13. Р. 439.
  41. Yanjun R.E.N., Xuejun R.E.N., Jianjun M.A. et al. 2016. Effects of mixed rare earth fertilizer on yield and nutrient quality of leafy vegetables during different seasons // J. Rare Earths. V. 34(6). P. 638. https://doi.org/10.1016/S1002-0721(16)60073-X

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».