Rapp. Comm. int. Mer Médit., 36,2001

126

Introduction

Jellyfish are prey for numerous invertebrate and vertebrate species

and as such play a central role in the trophic organization of many

marine foodchains. Furthermore, they are known to prey abundantly

and selectively upon certain zooplankton species including fish larvae

(1), and thereby may exert a major impact on the structure and dynam-

ics of mesozooplankton communities as well as fish stocks (1, 2).

Their impact on the environment is particularly important during sum-

mer blooms, when jellyfish may occur in very dense aggregations con-

taining millions of individuals (3). Despite the well-known ecological

importance of jellyfish, data are extremely sparse on the accumulation

of metals in coelenterates (4) although their abundance, trophic posi-

tion, and planktonic behaviour suggest they can affect the ?uxes and

fate of these contaminants in marine waters. Therefore, our objective

in this study was to investigate the biokinetics of heavy metal and

radionuclide transfer in jellyfish in order to assess their role in the

marine ?uxes of these contaminants.

Material and methods

Two jellyfish species, the benthic Cassiopea andromedaand the

pelagicAurelia aurita, were acclimated to laboratory conditions (open

circuit aquaria; water renewal 10% per hour; salinity 38‰, T=18±1°C

; fed daily with Artemia salinanauplii) for approximately 8 weeks

prior to experimentation. Both species were then experimentally

exposed to radiotracers of four heavy metals (

57

Co,

65

Zn,

110m

Ag,

109

Cd) and two long-lived artificial radionuclides (

134

Cs,

241

Am)

directly from water or through their food (viz. Artemianauplii previ-

ously exposed to the tracers for 48h). Using gamma spectrometric

techniques (5), uptake and excretion of the radioisotopes were fol-

lowed in whole animals for 1-3 months to determine concentration

factors (CF), assimilation efficiencies (AE), and retention (Tb_) of the

contaminants.Tissue distribution of the isotopes was also determined

by dissection. In addition, the possible in?uence of the symbiotic

zooxanthellae on contaminant bioaccumulation in C. andromedawas

examined by performing uptake experiments under light and dark con-

ditions.

Results & discussion

With either exposure mode (sea water or food), 

110m

Ag and 

65

Zn

were the metals accumulated to the greatest degree by both jellyfish

species (Table 1). Furthermore, in all cases both radionuclides, 

134

Cs

and

241

Am, were always taken up much less efficiently and lost more

rapidly than the heavy metals. Except in case of zinc which was taken

up with similar efficiency by the two species, C. andromedaaccumu-

lated all other isotopes much more efficiently than A. aurita(Table 1).

Dissection of C. andromedashowed that the vesicles, situated along

the arms and containing the endosymbiotic zooxanthellae, always dis-

played the highest CF for the metals tested. The CFs in vesicles ranged

from 110 ± 8 (

57

Co) to 1080 ± 230 (

110m

Ag), and were 2 to 17 times

higher that those calculated in the other body compartments (viz.

umbrella, tentacles, gut and mesoglea). This suggests that autotrophic

metabolism of the photosynthetic zooxanthellae is actively involved in

metal uptake by this jellyfish. Indeed, all the metals were more readi-

ly concentrated by jellyfish under light conditions (Table 1). In con-

trast, no significant difference was observed in uptake of the radionu-

clides under light and dark conditions.

Elimination of metals and radionuclides previously accumulated via

seawater was also species dependent. Retention capacity for metals in

A. aurita was quite weak in that all the accumulated isotopes were

rapidly excreted with biological half-lives (Tb1/2) ranging from only

3 to 6 days, whereas C. andromedaretained metals much more effi-

ciently with Tb1/2 ranging from 25 to 60 days. Accordingly, zooxan-

thellae may also be involved in the processes of metal release.

The feeding experiments demonstrated that, except for 

134

Cs and

241

Am, both jellyfish species readily accumulated and assimilated

these metals from their prey. Furthermore, heavy metal assimilation

efficiency (AE) and resultant retention (T

b1/2

) were always higher in

C. andromeda(AE, 65 to 94%; T

b1/2

, 28 to 65 days) than in A. aurita

(AE, 37 to 57%; T

b1/2

, 20 to 29 days). 

Table 1. Whole-body concentration factors calculated in jelly-

fish exposed to radioisotopes for 14 days in sea water.

Isotope

A. auritaC. andromedaC. andromeda

(in light)(in dark)

57

Co

6.0 ± 0.582 ± 3.964 ± 2.2

65

Zn

317 ± 37412 ± 39281 ± 23

110m

Ag28 ± 3.2455 ± 25305 ± 10

109

Cd

20 ± 3.3224 ± 16148 ± 11

134

Cs1.6 ± 0.23.6 ± 0.44.1 ± 0.5

241

Am

1.2 ± 0.212 ± 1.310 ± 0.6

Conclusions

These radiotracer studies have shown that jellyfish take up heavy

metals and retain them in their tissues quite efficiently, in particular Zn

and Ag. Both sea water and food are important pathways for metal

accumulation in their tissues. Metal assimilation from food was par-

ticularly elevated in C. andromeda. High metal assimilation from

ingested prey coupled with a strong retention in jellyfish tissues indi-

cates that over the long term, dietary intake might be the predominant

source of metal contamination in this benthic medusa. Jellyfish, which

are key representatives of the gelatinous plankton community, consti-

tute an important biomass in the oceans. Given they are also efficient

metal bioaccumulators, jellyfish likely play an important role in bio-

logical transfer and recycling of heavy metal contaminants in the

marine environment.

References

1.Van der Veer H.W., 1985. Impact of coelanterate predation on larval

plaicePleuronectes platessaand the ?ounder Platichthys ?esusstock in

the western Wadden Sea. Mar. Ecol. Prog. Ser., 25: 229-238.

2. ShiganovaT.A. and BulgakovaY.V., 2000. Effects of gelatinous

plankton on Black Sea and Sea of Azov fich and their food resources.

ICES J. Mar. Sc., 57: 641-648.

3. Purcell J.E., Brown E.D., Stokesbury K.D.E., Haldorson L.H. and

ShirleyT.C., 2000. Aggregations of the jellyfish Aurelia labiata:

abundance, distribution, association with age-0 walleye pollock, and

behaviors promoting aggregation in Prince William Sound, Alaska, USA.

Mar. Ecol. Prog. Ser., 195: 145-158.

4. Fowler S.W., Papadopoulou C. and Zafiropoulos D., 1985. Trace

elements in selected species of zooplankton and nekton from the open

Mediterranean Sea. In: Lekkas T.D. (ed.), Heavy Metals in the

Environment,Vol.1, CEP Consultants Ltd., Edinburgh, U.K., pp.670-672.

5.Warnau M., Teyssie J.L. and Fowler S.W., 1996. Biokinetics of

selected heavy metals and radionuclides in the common Mediterranean

echinoidParacentrotus lividus: sea water and food exposures.Mar.Ecol.

Prog.Ser., 141(1-3) : 83-94.

BIOACCUMULATION OF HEAVY METALS AND RADIONUCLIDES IN THE JELLYFISH CASSIOPEA

ANDROMEDAANDAURELIAAURITA(CNIDARIA, SCYPHOZOA)

S.W. Fowler*, J.-L. Teyssie, O. Cotret , J. Paganelli and M. Warnau

International Atomic Energy Agency Marine Environment Laboratory, 4, Quai Antoine 1er,  Principality of Monaco

Abstract

Experimental radiotracer studies show that both benthic (Cassiopea andro m e d a) and pelagic (Au relia aurita) jellyfi s h

readily accumulate heavy metals (Co, Zn, Ag and Cd) and radionuclides (1

3 7

Cs, 

2 4 

1

Am) from water and food and retain

them for long periods of time with biological half-lives (Tb1/2) ranging from a few days to several weeks. Zinc and A g

were accumulated to the greatest degree (CF ~ 4x10

2

) with the benthic species showing a greater affinity for the metals than

the pelagic form. Light-dark uptake experiments suggest that endosymbiotic zooxanthellae in C. andro m e d amay account

for the enhanced uptake and retention capability noted in this species.

Keywords : radionuclides, bioaccumulation, Cnidaria, metals, medusae