Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001
125
Results and siscussion 
Metals were taken up by the copepods from both dissolved and
dietary pathways, but only the ingested metals consistently elicited a
toxic response at body burden concentrations of metals close to envi-
ronmentally realistic levels. For example, lethal concentrations (LC
50
values) of Cd, Ag, and Hg were 300, 400, and 1000 nM, respectively
following uptake from the dissolved phase. These concentrations are
at least 2 orders of magnitude above surface seawater concentrations
in the Ligurian Sea (7), suggesting that dissolved metals are unlikely
to ever approach levels that are directly and acutely toxic to copepods.
Concentration factors of these metals from the dissolved phase in the
copepods following 12-h exposures were 1.0 x 10
3
for Cd, 3.0 x 10
3
for Ag, and 1.3 x 10
4
for Hg. These metals were bound principally to
the exoskeleton (from 60% for Cd to 93% for Hg).
Metals accumulated in copepods from ingested diatoms were prin-
cipally bound to internal tissues (ranging from 77% for Cd to 99% for
Hg) and produced a sublethal toxic effect but had no acutely toxic
effects at environmentally realistic concentrations. We found assimila-
tion efficiencies of 62% for Cd, 15% for Ag, and 14% for Hg, compa-
rable to previous studies (3). When the algal food was exposed to con-
centrations as low as 1 nM for Ag or Hg and as low as 5 nM for Cd,
copepods feeding on this food produced significantly fewer eggs (p <
0.05) and many of these eggs did not hatch, leading to a pronounced
decline in reproductive success. Toxic metal concentrations in phyto-
plankton (nmol g
-1
dry wt, determined by measuring metal radioiso-
tope uptake), which affected egg production were 64 for Cd, 39 for
Ag, and 34 for Hg, or 1-2 orders of magnitude above background lev-
els in phytoplankton in the Ligurian Sea (7). Table 1 presents the sub-
lethal effects of the ingested metals as a function of the body burdens
of these metals. The results suggest that concentrations of metals in
Ligurian Sea copepods are within an order of magnitude, and general-
ly within a factor of 2-3, of levels which can interfere with egg pro-
duction and hatching. Toxicological studies clearly must consider sub-
lethal effects and dietary pathways as well as solute uptake in assess-
ing contaminant impacts on marine animal populations.
Table 1. Effects of metal accumulated from ingested diatoms
on reproductive success in marine copepods. Dissolved Cd
and Ag had no effect on egg production, whereas dissolved Hg
significantly depressed egg production at body concentrations
11 times higher than those produced by ingestion of diatoms.
References
1. Fisher N.S., 1986. On the reactivity of metals for marine
phytoplankton.Limnol. Oceanogr., 31: 443-449.
2. Fisher N.S. and Reinfelder J.R., 1995. The trophic transfer of metals in
marine systems. In:Tessier A., and Turner D.R. (eds.), Metal Speciation
and Bioavailability in Aquatic Systems. John Wiley & Sons, Chichester,
pp. 363-406.
3.WangW.-X. and Fisher N.S., 1999. Assimilation efficiencies of
chemical contaminants in aquatic invertebrates: a synthesis. Environ.
Toxicol. Chem., 18: 2034-2045.
4. Fisher N.S. and Fowler S.W., 1987. The role of biogenic debris in the
vertical transport of transuranic wastes in the sea. In:O'ConnorT.P., Burt
W.V. and Duedall I.W. (eds.), Oceanic Processes in Marine Pollution,
Vol. 2, Physicochemical Processes and Wastes in the Ocean. Krieger,
Malabar, pp. 197-207.
5. Fisher N.S., Nolan C.V. and Fowler S.W., 1991. Assimilation of metals
in marine copepods and its biogeochemical implications. Mar. Ecol.
Prog. Ser., 71: 37-43.
6. Fisher N.S., Nolan C.V. and Fowler S.W., 1991. Scavenging and
retention of metals by zooplankton fecal pellets and marine snow.Deep-
Sea Res.,38: 1261-1275.
7. Fisher N.S., Stupakoff I., Sañudo-Wilhelmy S.A., WangW.-X.,Teyssié
J.-L., Fowler S.W. and Crusius J., 2000. Trace metals in marine
copepods: a field test of a bioaccumulation model coupled to laboratory
uptake kinetics data. Mar. Ecol. Prog. Ser., 194: 211-218.
8.WangW.-X. and Fisher N.S., 1998. Accumulation of trace elements in
a marine copepod. Limnol. Oceanogr., 43: 273-283.
9. Reinfelder J.R. and Fisher N.S., 1994. Retention of elements absorbed
by juvenile fish (Menidia menidia, M. beryllina) from zooplankton prey.
Limnol. Oceanogr., 39: 1783-1789.
10. Fisher N.S., Bjerregaard P. and Fowler S.W., 1983. Interactions of
marine plankton with transuranic elements. III. Biokinetics of americium
in euphausiids. Mar. Biol., 75: 261-268.
11. Hook S.E. and Fisher N.S., In press. Reproductive toxicity of metals
in calanoid copepods. Mar. Biol.
12. Fowler S.W., 1977. Trace elements in zooplankton particulate
products.Nature,269: 51-53.
13. Fisher N.S. and Reinfelder J.R., 1991. Assimilation of selenium in
the marine copepod Acartia tonsastudied with a radiotracer ratio
method.Mar. Ecol. Prog. Ser., 70: 157-164.
14. Reinfelder J.R. and N.S. Fisher N.S., 1991. The assimilation of
elements ingested by marine copepods. Science,251: 794-796.
15.WangW.-X., Reinfelder J.R., Lee B.-G. and Fisher N.S., 1996.
Assimilation and regeneration of trace elements by marine copepods.
Limnol. Oceanogr., 41: 70-81.
16. Reinfelder J.R. and Fisher N.S., 1994. The assimilation of elements
ingested by marine planktonic bivalve larvae. Limnol. Oceanogr.,39: 12-
20.
17. Hutchins D.A., WangW.-X. and Fisher N.S., 1995. Copepod grazing
and the biogeochemical fate of diatom iron. Limnol. Oceanogr., 40: 989-
994.
18. Hook S.E. and Fisher N.S., 2001. Sublethal effects of silver in
zooplankton: importance of exposure pathways and implications for
toxicity testing.Environ.Toxicol. Chem., 20: 568- 574.
RELATING BIOACCUMULATION OF METALS TOTHEIRTOXICITY IN LIGURIAN SEA COPEPODS
Nicholas S. Fisher* and Sharon E. Hook
Marine Sciences Research Center, State University of NewYork, Stony Brook, USA - nfisher@notes.cc.sunysb.edu
Abstract
Metals (Cd, Ag, and Hg) accumulated from phytoplankton food in marine copepods can significantly depress reproductive success at body
concentrations that are only 2-fold (Cd), 3-fold (Ag), or 9-fold (Hg) higher than current metal concentrations in Ligurian Sea copepods.
Sublethal toxicity is manifested in depressed egg production and hatching following dietary metal exposure. Metals accumulated from the
dissolved phase have no effect at environmentally realistic concentrations.
key words: zooplankton; metals; toxicity
Lowest
concentration in
copepods
(nmom g
-1
dry wt
whole body) that
significantly
affected egg pro-
duction.Values
in
parentheses are
concentrations in
Ligurian Sea 
copepods (7,12).
42.0 (22.1)
4.3 (1.3)
2.7 (0.3)
Reproductive
success relative
to controls
(considering egg
production and 
hatching
success rate).
28%
57%
37%
Ratio of lethal to
sublethal
ambient metal
concentrations
(LC
50
: EC
50
values)
1000 nM:5 nM =
200
Metal
Cd
Ag
HG