Om eventuele afwijkingen van het natuurlijk metabole gedrag op te kunnen sporen hebben we eerst een theorie nodig die dit nauwkeurig definieert. De quantum-theorie doet dit, bijvoorbeeld, voor de beweging van elektronen rond de kern. We hebben daarvoor de Dynamische Energie Budget (DEB) theorie gekozen omdat dit de enige theorie is die voor alle diersoorten voedsel opname, assimilatie, groei, reproductie, ontwikkeling, onderhoud en veroudering tegelijkertijd specificeert voor de hele levenscyclus in veranderlijke milieus. Het eerste resultaat is dat de toepassing van deze theorie goed gelukt is voor de zebravis.
De effecten van uranium hangen af van hoeveel er in het beest zit, en dus van de opname en de uitscheiding van uranium. We hebben dit in model gebracht voor de verschillende opname en uitscheidings-routes en effecten op groei en reproductie kunnen laten zien bij zeer lage niveaus.
Het vernieuwende inzicht voor de ecotoxicologie in het algemeen is dat verschillen in massa en rijpe oocyten tussen individuen bij de start van experimenten de oorzaak bleken te zijn van schijnbaar tegenstrijdige proefresultaten. We zouden de giftigheid van uranium hebben onderschat als we niet eerst een nauwkeurige theorie hadden gehad voor de natuurlijke fysiologie van de zebravis.
Mijn onderzoek heeft belangrijke doorbraken kunnen geboeken op het terrein van kwantificeren van ontwikkeling, groei and reproductie. Bij de start van het onderzoek verwachtten wij dat uranium het immuun en andere afweer systemen zou kunnen beinvloeden. In DEB theory vindt allocatie van voedingsstoffen naar ontwikkeling plaats door een vast fractie van gemobiliseerde reserve te nemen en daar het maturatie onderhoud van af te trekken. Het idee was dat uranium de maturatie onderhoud zou kunnen vergroten, zodat het ontwikkelingsproces vertraagd zou worden. Om deze reden heb ik nauwkeurig naar ontwikkelingssnelheden gekeken.
Het bleek dat zebravissen hun metabolisme na geboorte (wanneer het eetproces wordt gestart) versnellen tot metamorphose plaats vindt en de versnelling stopt. Dit proces wordt ook in sommige andere vissoorten waargenomen, maat niet in alle. Een ander opvallende waarneming is dat het somatisch onderhoud veel hoger is dan voor veel ander visssoorten. Op dit moment is daar nog geen verklaring voor te geven. Verder bleken details van het reproductie-proces van belang te zijn. Allocatie van voedingsstoffen naar reproductie hoopt zich op in een reproductie-buffer en deze buffer wordt gebruikt om legsels van eieren voor te bereiden. We hebben deze details van het legsel proces nodig om te begrijpen hoe uranium via eieren geelimineerd kan worden.
DEB theorie specificeert dat eem bepaald ontwikkelingsstadium (geboorte, metamorphose, puberteit) wordt bereikt bij een bepaald maturatie niveau. Voor verschillende temperaturen en voedsel niveaus kan dit gebeuren bij verschillende leeftijden en groottes. We hebben dit idee uitgebreid voor alle, morphologisch bepaalde, stadia van de zebravis, zoals die in de literatuur beschreven staan. De waargenomen variaties in leeftijden en groottes konden op deze manier verklaard worden.
Om te testen of DEB theorie ook verstoringen van het ontwikkelings process kon verklaren hebben we gekeken naar twee type verwante soorten kikkers van dezelfde lichaamsgrootte. Een type volgt het standaard patroon van een eetend kikkervisje en een juveniele kikker. Het andere type laat, na het uitkomen van het ei, een metabole versnelling zien tot de geboorte (wanneer voedsel opname begint), wat gepaard gaat met een substantiele verhoging van de respiratie en een vertraging van de groei, met aanzienlijk consequenties voor de grootte bij de verschillende ontwikkelingsstadia. Deze versnelling verdwijnt na metamorphose (wanneer de kleine kikkertjes hun opdrogende waterpoel verlaten), maar het duurt nog een hele tijd voordat de groei weer gelijke tred houdt met het standaard type. Al deze verandingen konden nauwkeurig met DEB theory beschreven worden door een tijdelijke verandering in een parameter: de fraktie van gemobiliseerde reserve dat gealloceerd wordt naar somatisch onderhoud en groei, in plaats van maturatie onderhoud plus maturatie. De conclusie is dat we waargenoemen afwijkingen van de ontwikkeling en de variatie in leeftijden en grootten bij de verschillende ontwikkeliongsstadia een sterke onsteunsteuning leveren voor de wijze waarom maturatie in DEB theorie is geformuleerd.
We hebben niet alleen meer detail in ontwikkeling maar ook in hongering nodig, vooral in de vroeg-juveniele stadia. Het probleem is dat onderhoud uit gemobiliseerde reserve "betaald" wordt, maar wanneer voedsel schaars of afwezig is, raakt de reserve uitgeput en kan dat niet meer. We hebben daarom in meer detail beschreven hoe de processen van verjonging en krimp verlopen, en wat hiervan de gevolgen zijn voor de overlevingskansen. We zijn erin geslaagd om de waargenomen patronen van hongering bij visbroed onder gecrontroleerde omstandigheden nauwkeurig te beschrijven. Dit is niet alleen van belang om de effecten van uranium te begrijpen, maar ook, in een veel ruimer ecologisch perspectief, om te snappen hoe een vis die makkelijk een millioen eitjes per keer legt toch alleen zichzelf vervangt in een stabiele populatie. Dit is nog steeds het meest ingewikkelde probleem in de visserij-biologie.
Als resultaat van mijn onderzoek ligt er nu een formele basis voor het metabolisme van de zebravis die gebruikt kan worden om het te begrijpen en te voorspellen. We gebruikten het vervolgens om de effecten van uranium te bestuderen. Voor dit doel ontwikkelden we een dynamisch model voor de opname en eliminatie var uranism in een etende, groeiende en reproducerende vis. Histologisch onderzoek toonde aan dat uranium ook effect heeft op de darmwand, die van belang is bij de assimilatie; de gastheer-micro-organismen relaties waren verstoord, met gevolgen voor assimilatie en immuniteit. We vonden dat uranium naar alle waarschijnlijkheid de kosten voor structuur en somatisch onderhoud verhoogt en de assimilatie verlaagt. Enigzins tot onze verbazing vonden we geen effecten op ontwikkeling, zoals we verwacht hadden. Toch beschouwen we onze moeite die we aan ontwikkeling besteed hebben niet als verloren. Ontwikkling beinvloedt groei, reproductie en onderhoud en is bovendien op zichzelf van groot belang. De effecten op groei en onderhoud vinden al bij zeer lage concentraties plaats, namelijk al bij een orde van 1 nM uranium.
Een belangrijk resultaat van mijn onderzoek is dat de start-condities van individuen, in termen van hoeveelheden structuur, reserve, maturatie, reproductie buffer en voorbereidde legsels, van grote invloed op het proef-resultaat bleken te zijn. Door hier goed rekening met te houden kon ik tal van schijnbaar tegenstrijdige resultaten in de literatuur en die van mijn eigen onderzoek mee verklaren. De boodschap is dus: middel geen waargenomen gedrag van verschillende individuen, maar volg ze elk afzonderlijk.