Samenvatting PhD thesis Pim Boute: Effects of electrical stimulation on marine organisms

Zeevisserij is belangrijk in de globale voedselvoorziening en het levensonderhoud van mensen. Een veelvoorkomende visserijmethode is de zogenaamde demersale sleepnetvisserij (ook wel korren genoemd). Bij deze vismethode worden netten over de zeebodem gesleept om vissen en benthische ongewervelden te vangen. In Noordwest Europa worden zogenaamde boomkorren met wekkerkettingen en kietelaars (hierna: kettingen) gebruikt om de platvissoort tong (Solea solea) te vangen in de Noordzee. Deze techniek wordt echter gekarakteriseerd door een geringe vangstselectiviteit, een aanzienlijke verstoring van het benthische ecosysteem en een hoog brandstof verbruik. Een alternatieve vangstmethode is het vervangen van de kettingen door elektrodestrengen die gepulste elektrische velden genereren. Deze elektrische stimulus induceert onvrijwillige spiersamentrekkingen waardoor vissen geïmmobiliseerd worden en vervolgens gevangen kunnen worden. Deze zogenaamde pulskorvisserij heeft echter tot zorgen geleid omtrent potentiële negatieve invloeden van de elektrische stimulering op mariene organismen. In dit proefschrift onderzochten we de effecten van elektrische puls stimulatie op benthische ongewervelden en vissen en verkenden we de ecologische implicaties van deze elektrosleepnetvisserij.

In Hoofdstuk 2, presenteerden we een overzicht van het elektrische sleepnetvisserij onderzoeksveld, beschreven we de fysiologisch responsies van organismen die blootgesteld worden aan elektrische stimulatie en hebben we de elektrische golfvormkarakteristieken uiteengezet. We identificeren, gebaseerd op gepubliceerde wetenschappelijke literatuur, een gebrek aan consistentie in de beschrijvingen van elektrische parameters in het laboratorium- en veldonderzoek omtrent mariene elektrovisserij. Hier boden we aanbevelingen aan voor verbeterde communicatie standaarden in elektrovisserij en pulskorvisserij in het bijzonder. We streefden specifiek naar het standaardiseren van beschrijvingen van elektrische golfvorm parameters, experimentele ontwerpen en omgevingsparameters. Ons werk zou ook de samenwerking met de zoetwater elektrovisserij onderzoeksgemeenschap kunnen bevorderen.

In Hoofdstuk 3 bestudeerden we de effecten van elektrische puls blootstelling op benthische ongewervelden. In het bijzonder hebben we veranderingen in voortbewegingsgedrag gekwantificeerd die mogelijk tot een verhoogd predatatierisico kunnen leiden. We hebben tevens acute gedragsveranderingen gescoord tijdens de elektrische blootstelling en gedurende de daaropvolgende herstelperiode om mogelijk verschillende responsiemechanismen tussen soorten te duiden. Daarnaast hebben we de overleving van de dieren tot en met 14 dagen na blootstelling gemeten. We onderzochten deze responsies in zes diersoorten komende uit vier fyla, namelijk de gewone zeester (Asterias rubens), gewone slangster (Ophiura ophiura), wulk (Buccinum undatum), fluwelen zeemuis (Aphrodita aculeata), gewone heremietkreeft (Pagurus bernhardus) en gewone zwemkrab (Liocarcinus holsatus). Responsies tijdens de stimulatie varieerden van geen zichtbaar effect (stekelhuidigen) tot kronkelen (fluwelen zeemuis) en intrekkingen (wulk en kreeftachtigen). Alle dieren hervatten normale gedragspatronen binnen 30 seconden na blootstelling, zonder tekenen van blijvende immobilisatie. We vonden geen verandering in voortbewegingspatronen na stimulatie in de gewone zeester, gewone slangster, wulk en fluwelen zeemuis. Bij de gewone heremietkreeft en gewone zwemkrab vonden we significante veranderingen in activiteit die indicatief waren voor verhoogd schuilgedrag. In geen van de soorten vonden we een effect van de elektrische blootstelling op de overleving na 14 dagen. Deze bevindingen suggereren dat het onwaarschijnlijk is dat veranderingen in voortbewegingsgedrag als gevolg van elektrische stimulatie zoals gebruikt door de pulskorvisserij de overleving van de onderzochte soorten in gevaar zullen brengen.

In Hoofdstuk 4 hebben we de bezorgdheid behandeld dat elektrische velden van pulskorren vissen buiten het sleepspoor zouden kunnen beïnvloeden. Hiertoe hebben we gedragsresponsiedrempels voor elektrische veldsterkten gemeten in het laboratorium en deze drempels vergeleken met computer gesimuleerde elektrische velden rondom elektrodenstrengen van een commerciële pulskor. We hebben responsiedrempels vastgesteld voor de elektroreceptieve hondshaai (Scyliorhinus canicula) en stekelrog (Raja clavata) evenals de niet-elektroreceptieve Europese zeebaars (Dicentrarchus labrax), tarbot (Scophthalmus maximus) en tong. Drempelwaarden voor de verschillende diersoorten varieerden tussen 6,0 en 9,8 V m^–1, zonder een significant verschil tussen elektroreceptieve en niet-elektroreceptieve soorten. Deze drempels corresponderen met een afstand van maximaal 80 cm van de elektrodenstrengen met de gesimuleerde elektrische velden rond het vistuig. Onze bevindingen suggereren dat het onwaarschijnlijk is dat elektrische pulsen, zoals gebruikt in de pulskorvisserij, gedragsresponsies veroorzaken buiten de netten die de elektrodenstrengen omgeven.

In Hoofdstuk 5 onderzochten we de veronderstelde gevoeligheid van Gadidae voor puls geïnduceerde verwondingen, door interne verwondingen in wijting (Merlangius merlangus) vangsten te kwantificeren. We hebben monsters genomen uit de vangst van pulskotters die met en zonder elektrische stimulus visten evenals van conventionele boomkorkotters met kettingen om licht te werpen op de oorsprong van de verwondingen. We visualiseerden verwondingen aan de wervelkolom met röntgenopnames, gevolgd door dissectie om interne bloedingen te onthullen. Beide verwondingstypen werden gecategoriseerd op een ernstschaal en hun locatie werd gekwantificeerd op de lichaamsas van de vis. De kans op ruggengraatletsel bij puls-aan en puls-uit vangsten was laag (gemiddeld ≤3%) en we vonden geen bewijs voor puls geïnduceerde verwondingen. De kans op ernstige verwondingen aan de wervelkolom was iets hoger in de kettingvangsten (2,5%) dan in de puls-aan monsters (0,8%) en dit verschil nam toe voor kleinere exemplaren. De locatie van wervelkolomverwondingen toonde geen consistent patroon zoals eerder aangetoond bij kabeljauwen die waren blootgesteld aan elektrische pulsen in laboratoriumomstandigheden. De kans op ernstige bloedingen was ook laag, maar iets hoger in de puls-aan monsters (1,8%) in vergelijking met vissen gevangen met kettingen (0,3%), vooral voor de grotere exemplaren. De locaties van ernstige bloedingen in puls-aan vangsten en een correlatie met het voorkomen van verwondingen aan de wervelkolom, suggereren dat ze mogelijk (deels) gerelateerd zijn aan de elektrische puls blootstelling. Globaal genomen tonen onze resultaten aan dat verwondingen aan de wervelkolom in wijting zeldzaam zijn en voornamelijk komen door mechanische impact. Het aantal vissen met ernstige bloedingen die deels gerelateerd kunnen zijn aan de elektrische blootstelling is laag en gaat samen met een significant lagere kans op wervelkolomverwondingen. Gebaseerd op deze bevindingen verwierpen wij de hypothese dat Gadidae in het algemeen gevoelig zouden zijn voor puls verwondingen.

In Hoofdstuk 6 hebben we ons gericht op de zorgen over mogelijke wervelkolomverwondingen bij vissoorten die met elektrische pulsen zijn gevangen. Om ruggengraatletsel te kwantificeren, onderzochten we zestien, zeer uiteenlopende, vissoorten uit vangsten van pulskorkotters en van boomkorkotters die met kettingen visten. Bemonsterde soorten waren tong, schar (Limanda limanda), schol (Pleuronectes platessa), dwergtong (Buglossidium luteum), kabeljauw, steenbolk (Trisopterus luscus), wijting, grauwe poon (Eutrigla gurnardus), rode poon (Chelidonichthys lucerna), zandspiering (Ammodytes tobianus), smelt (Hyperoplus lanceolatus), gewone zeedonderpad (Myoxocephalus scorpius), gewone pitvis (Callionymus lyra), Europese zeebaars, kleine pieterman (Echiichthys vipera) en rode mul (Mullus surmuletus). Om mechanisch geïnduceerde verwondingen van elektrisch geïnduceerde verwondingen te onderscheiden vergeleken we, voor een subgroep aan soorten, verwondingen in monsters van pulstuigen met de elektrische pulsen ofwel aangeschakeld dan wel uitgeschakeld. De ernst van de wervelkolomverwondingen en hun respectievelijk locatie op de lichaamsas van de vis werden gekwantificeerd op basis van röntgenopnames. Behalve voor kabeljauw, zandspiering en smelt, was de kans op verwondingen aan de wervelkolom laag (<2,5%), ongeacht de ernstcategorie en vangstmethode. Bij zandspiering en smelt vonden we geen bewijs voor elektrische puls geïnduceerde verwondingen. Bij kabeljauw had 40% van de onderzochte dieren majeure verwondingen in de puls-aan monsters in vergelijking met 1% in de kettingmonsters. Zowel de locatie van de verwondingen in de puls-aan monsters als de afhankelijkheid van verwondingen voor vislengte komen overeen met bevindingen bij kabeljauw in laboratoriumstudies. Over het algemeen laten onze resultaten zien dat de elektrische puls geïnduceerde wervelkolomverwondingen zoals aanwezig in kabeljauw, niet worden gevonden in een groot aantal andere bijvangstsoorten van de sleepnetvisserij op tong. Afgezien van kabeljauw is het daarom onwaarschijnlijk dat pulskorvisserij leidt tot een verhoogde mortaliteit van de bestudeerde vispopulaties in vergelijking met de ketting vangsttechniek.

Ten slotte plaatsten we in Hoofdstuk 7 onze bevindingen in een bredere wetenschappelijke context. We integreerden de belangrijkste onderzoeksresultaten met de reeds bestaande kennis over de effecten van elektrische stimulatie op mariene dieren. Om het effect van elektrische stimulatie op organismen in een mechanistisch kader vast te stellen, definieerden we zones rondom de electrodenstrengen, gebaseerd op de drempels voor verschillende responsies. We vonden geen bewijs dat dieren beïnvloed worden door het elektrisch veld buiten het netmateriaal dat zich rondom de electrodenstrengen bevindt. Elektrische veldsterkte drempels voor gedragsresponsies, spieractiviteit en interne verwondingen in vissen worden alleen binnen de breedte van het vistuig overschreden. Er werden geen substantiële negatieve neveneffecten van de elektrische stimulatie gevonden. Hierna verkenden we de biomimetische potentie van elektroreceptieve en elektrogene vissoorten. In het bijzonder gaven we een vooruitzicht op het ontwerp van nieuwe elektrische detectie en stimulatie mogelijkheden voor de visserij. We presenteerden toekomstige onderzoeksperspectieven met numerieke simulaties en vistuiginnovatie. Hoewel kabeljauw gevoelig is voor elektrische puls geïnduceerde verwondingen, stellen we manieren voor om dit negatieve neveneffect te mitigeren door middel van vistuigmodificaties. Samenvattend zien wij potentie om de pulskortechniek te verbeteren en te verfijnen. Daarom denken wij dat het de moeite waard is om dit type vangsttechnieken verder te onderzoeken.