Swimming Behavior of Daphnia magna Is Altered by Pesticides of Concern, as Components of Agricultural Surface Water and in Acute Exposures

Abstract

Pesticides with novel modes of action including neonicotinoids and anthranilic diamides are increasingly detected in global surface waters. Little is known about how these pesticides of concern interact in mixtures at environmentally relevant concentrations, a common exposure scenario in waterways impacted by pesticide pollution. We examined effects of chlorantraniliprole (CHL) and imidacloprid (IMI) on the sensitive invertebrate, Daphnia magna. Exposures were first performed using surface waters known to be contaminated by agricultural runoff. To evaluate the seasonal variation in chemical concentration and composition of surface waters, we tested surface water samples taken at two time points: during an extended dry period and after a first flush storm event. In surface waters, the concentrations of CHL, IMI, and other pesticides of concern increased after first flush, resulting in hypoactivity and dose-dependent photomotor responses. We then examined mortality and behavior following single and binary chemical mixtures of CHL and IMI. We detected inverse photomotor responses and some evidence of synergistic effects in binary mixture exposures. Taken together, this research demonstrates that CHL, IMI, and contaminated surface waters all cause abnormal swimming behavior in D. magna. Invertebrate swimming behavior is a sensitive endpoint for measuring the biological effects of environmental pesticides of concern.

Efecto de los insecticidas neonicotinoides y diamidas antranílicas sobre la metamorfosis de anfibios anuros

“…En la mayoría de los casos, la mezcla de NEO ha denotado interacciones tanto aditivas, como antagónicas y sinérgicas, que varían de acuerdo con la concentración, tiempo de exposición y parámetro evaluado (Loureiro et al, 2010;Pavlaki et al, 2011;Maloney et al, 2017;Rico et al, 2018;Maloney et al, 2018;Schmidt et al, 2022;Veedu et al 2022). En el caso de las DIA, se han descrito interacciones sinérgicas en exposiciones binarias que incluyeron a CLO (Wei et al, 2021;Stinson et al, 2022;Egan et al, 2023;Odetti et al, 2023). La determinación de interacciones entre plaguicidas se suele realizar a través de modelos específicos (Rodney et al, 2013).…”

“…Reportes han indicado que exposiciones con NEO y DIA ocasionan alteraciones en el desplazamiento de organismos acuáticos (Rodrigues et al, 2016;Hussain et al, 2020;Egan et al, 2023). Aunque en este caso la mezcla con CLO y el NEO, IMI, no arrojó un efecto significativo, la exposición de la mezcla en individuos del pez Pimephales promelas, sobreactivó la expresión génica de los receptores de rianodina (RyR) (Stinson et al, 2022), involucrados en la función neuromuscular de organismos invertebrados y vertebrados, incluido los renacuajos (Cordova et al, 2006;Haremaki y Weinstein., 2012).…”

“…Los neonicotinoides (NEO) y las diamidas antranílicas (DIA), son dos familias de insecticidas muy utilizadas en la Argentina (CASAFE 2022), se caracterizan por ser altamente solubles y móviles en el agua (EFSA., 2013;Morrissey et al, 2015), por lo que es frecuente su detección en aguas superficiales (Borsuah et al, 2020;Jayasiri et al, 2022;Egan et al, 2023;Peluso et al, 2022). Los NEO, actúan sobre los receptores nicotínicos de acetilcolina en organismos blancos, generándoles un trastorno nervioso que le puede causar parálisis o la muerte (Mullins 1993, Maienfisch 2001.…”

“…Los organismos afectados pueden presentar interrupción de la alimentación, letargo, parálisis y muerte (Lahm et al 2005). En organismos acuáticos, el efecto de la mezcla de estas dos familias ha sido poco estudiada, hasta el momento se cuenta con dos registros que reportaron una interacción sinérgica entre los insecticidas (Stinson et al, 2022;Egan et al, 2023). En cambio, se cuenta con un mayor número de estudios sobre los efectos de las mezclas de NEO en organismos como los invertebrados acuáticos.…”