Reproductive and endocrine health of Tree Swallows (Tachycineta bicolor) exposed to historical and current-use flame retardant chemicals in wastewater treatment plant effluent

• Main Author: Gilchrist, Tiffany
• Other Authors: David M Bird (Internal/Supervisor)
• Format: Others
• Language: en
• Published: McGill University 2012
• Subjects: Biology - Ecology
• Online Access: http://digitool.Library.McGill.CA:80/R/?func=dbin-jump-full&object_id=110668

Flame retardants (FRs) are ubiquitous chemicals, some of which may persist in the environment and bioaccumulate in wildlife. Recent laboratory studies on American kestrels (Falco sparverius) have demonstrated that exposure to these chemicals may be linked to reproductive and other health problems in animals, but little is known about these effects in free-ranging avian species. The overall aim of this study was to examine the occurrence and possible reproductive and endocrine effects of historical and current-use FR chemicals in free-ranging birds using the tree swallow (Tachycineta bicolor) as a model. Breeding colonies of tree swallows were established at one reference site and two wastewater treatment plant (WWTP) sites; with the effluent from one WWTP (i.e., the WWTP near Kitchener, Ontario: KWWTP) being more highly contaminated with FRs than the other (i.e., near Hamilton, Ontario: WAWWTP). From 2007 to 2010, freshly laid eggs (n = 127) were collected from each nest and analyzed for FR concentrations; these same nests were monitored regularly and reproductive measures were recorded, and the occurrence of endocrine disruption was assessed in a sub-sample of adult tree swallows. Across sites, 2,2',4,4'-tetrabromodiphenyl ether (BDE-47), 2,2'.4,4',5-pentabromodiphenyl ether (BDE-99), 2,2'4,4',6-pentabromodiphenyl ether (BDE-100), 2,2',4,4',5,5'-hexabromodiphenyl ether (BDE-153), and 2,2',4,4',5,6'-hexabromodiphenyl ether (BDE-154) were found at the highest concentrations in the tree swallow eggs, with other polybrominated diphenyl ether (PBDE) congeners and FRs being quantified at much lower levels. Tree swallows at the KWWTP site had significantly smaller clutches than those at the WAWWTP site, and egg volume (cm3) was positively correlated with in ovo levels of decabromodiphenylether (BDE-209), hexabromocyclododecane (HBCD), and brominated biphenyl (BB)-101. Hatching, fledging and breeding success of the tree swallows were significantly different among sites although there were no statistically significant associations between these measures and in ovo FR concentrations. Clutch initiation date, predation of eggs and nestlings, female age, and ambient temperatures were also found to significantly differ among sites. Nonparametric regression analysis showed that clutch initiation date and egg predation were the best predictors of breeding success across sites, but not flame retardants at currently measured in ovo concentrations. From 2009 to 2010, fecal samples were collected from breeding adult male and female tree swallows during the phases of courtship/nest construction and incubation; these samples were subsequently analyzed for levels of fecal estradiol (E2), testosterone (T), triidothyronine (T3), and thyroxine (T4) metabolites. In 2011, the enzyme immunoassays (EIAs) were biologically validated for the adult tree swallows using nestling tree swallows as negative controls. For adult female tree swallows, there was a moderately significant increase in fecal T4 metabolite levels with in ovo BDE-209 concentrations. For male birds, there were significant and negative associations between fecal T metabolite levels and in ovo BDE-47 and BDE-153 concentrations. The results of this study indicate that free-ranging passerines may be less reproductively sensitive to the effects of FRs at currently measured in ovo concentrations compared to higher trophic level avian species, and that multiple factors may be influencing the reproductive success of the tree swallows at these particular study sites. However, the results of this study also suggest that tree swallows may be sensitive to current environmental concentrations of flame retardants in terms of endocrine function; further research is warranted. === Les ignifugeants sont des produits chimiques omniprésents, dont certains peuvent persister dans l'environnement et peuvent s'accumuler dans la faune sauvage. L'objectif global de cette étude était d'étudier la fréquence et l'effet possible sur la reproduction et sur le système endocrinien de l'utilisation historique et actuelle des produits chimiques ignifugeants dans les oiseaux libres à l'aide de l'hirondelle bicolore (Tachycineta bicolor) en tant que modèle. Des colonies d'élevage de l'hirondelle bicolore ont été installées sur un site de référence et deux sites de stations d'épuration (WWTP); avec l'effluent d'un WWTP (c.-à-d. la WWTP près de Kitchener, Ontario: KWWTP) étant plus fortement contaminée par des ignifugeants que l'autre (c.-à-d. près de Hamilton, Ontario: WAWWTP). De 2007 à 2010, les œufs fraîchement pondus ont été recueillis auprès de chaque nid et analysés pour les concentrations d'ignifugeants; ces mêmes nids ont été surveillés régulièrement et des mesures de reproduction ont été enregistrées, et l'apparition de la perturbation endocrinienne fut évaluée dans un sous échantillon d'hirondelles bicolores adultes. À travers les sites, les éthers suivant: Le BDE-47, le BDE-99, le BDE-100, le BDE-153, et le BDE-154 ont été trouvés à des concentrations les plus élevées dans les œufs hirondelles bicolores, et d'autres PBDE congénères et ignifugeants furent quantifiés à des niveaux beaucoup plus faibles. Les hirondelles bicolores sur le site KWWTP ont eu des couvées significativement plus petites que celles sur le site WAWWTP, et le volume d'œufs a été positivement corrélé avec des niveaux de BDE-209, HBCD, et BB-101 in ovo. Le succès d'éclosion, de naissante et d'élevage des hirondelles bicolores était significativement différent entre les sites bien qu'il n'y avait pas de liens statistiquement significatifs entre ces mesures et les concentrations d'ignifugeants in ovo. On a également noté que la date d'initiation d'une couvée de poussins, la prédation des œufs et les oisillons, l'âge des femelles et des températures ambiantes ont différée sensiblement entre les sites. L'analyse de régression non paramétrique a montré que la date d'initiation d'une couvée de poussins et de la prédation des œufs était les meilleures valeurs prédictives de la réussite de la reproduction à travers les sites, mais pas les ignifugeants mesurés à l'heure actuelle à des concentrations in ovo. De 2009 à 2010, des échantillons fécaux ont été prélevés à partir des hirondelles adultes bicolores nicheuses, mâles et femelles pendant les phases de séduction/nid établissement et d'incubation; ces échantillons ont ensuite été analysés pour les niveaux de métabolites d'estradiol (E2), la testostérone (T), triiodothyronine (T3), et de la thyroxine (T4) dans les matières fécales. En 2011, les dosages immunologiques ont été biologiquement validés pour les hirondelles bicolores adultes en utilisant des hirondelles bicolores nichées comme contrôles négatifs. Pour les adultes hirondelles bicolores femelles, fécales T4 niveaux de métabolites étaient significativement et positivement associée à des concentrations BDE-209 in ovo. Pour les oiseaux mâles, il y avait des associations significatives et négatives entre les taux de T métabolites fécaux et des concentrations de BDE-47 et BDE-153 in ovo. Les résultats de cette étude indiquent que les passerines en liberté peuvent être moins sensible aux effets des ignifugeants à la reproduction à des concentrations actuellement mesurées in ovo par rapport des espèces supérieures de niveau trophique aviaire, et que de multiples facteurs peuvent influencer le succès de la reproduction des hirondelles bicolores à ces sites d'étude particulière. Cependant, les résultats de cette étude suggèrent également que les hirondelles bicolores peuvent être sensibles aux concentrations environnementales actuelles des ignifugeants sur le plan de fonction endocrinienne. Une recherche plus approfondie est justifiée et souhaitable.