Illustrasjons-GIF: Pål Mugaas Jensen

Forsøk viser video­overvåking kan gi tidlig varsling om H₂S-fare

I en vitenskapelig artikkel i Aquaculture har man vist at oppløst hydrogensulfid (H₂S) påvirker svømmeatferden til laks i RAS.

Publisert Sist oppdatert

Det er forskerne Elia Ciani (Veterinærhøyskolen), Bjarne Kvæstad (SINTEF Ocean), Marit Stormoen (Veterinærhøyskolen), Ian Mayer (Veterinærhøyskolen), Shruti Gupta (LetSea), Deni Ribičić (SINTEF Ocean) og Roman Netzer (SINTEF Ocean) som står bak artikkelen der atlantisk laks sin svømmeatferd ble analysert som respons på H₂S .

Høydepunkter fra forsøket

  • Et maskinsynsoppsett kan oppdage subtile endringer i svømmeatferd i RAS.
  • H₂S-eksponering i RAS fører til at laksen svømmer uberegnelig og mister skoleatferd.
  • Maskinsyn kan oppdage endret laksens svømmeatferd under 40μg/L H₂S.
  • Laksens svømmeatferd endres drastisk over 40μg/L H₂S .
  • Maskinsyn kan tjene som et tidlig varslingsverktøy for dårlig RAS-vannkvalitet.

Forskerne påpeker i artikkelen at hydrogensulfid utgjør en stor trussel i marine landbaserte RAS-systemer, som kan føre til akutt dødelighet hos sensitive fiskearter som atlantisk laks.

- Å oppdage lave konsentrasjoner av oppløst H₂S er fortsatt utfordrende, selv med de nyeste, avanserte sensorene som er tilgjengelige i dag. Industrien har ennå ikke tilgang til pålitelige og brukervennlige system, skriver de med henvisning til Lien et al., 2022.

Fakta om H₂S

  • Tilstedeværelsen av H₂S i RAS og dens toksisitet på fiskearter er forbundet med dens kjemo-fysiske egenskaper.
  • Sulfid kan være til stede som tre kjemiske arter i vandige løsninger: Den giftige H₂S -gassen, eller de relativt ufarlige ioniske formene, hydrosulfid (HS ‾ ) eller sulfid (S₂ ‾ ). Temperatur, pH og ionestyrke til løsningen påvirker fraksjonen av hver art. Oppløst H₂S kan lett diffundere fra det omgivende vannet over gjelleepitelet og biologiske membraner. De toksiske effektene av H₂S utøves på nivå med mitokondrier ved å hemme cellulær respirasjon og blokkere produksjon av aerob adenosintrifosfat (ATP).
  • Begrenset informasjon er tilgjengelig angående toksisitetsterskel i atlantisk laks. Fysiologiske studier viste at H₂S svekker stoffskiftet, ved å redusere oksygenopptaket under standard stoffskiftehastighet.
  • Produksjonen av H₂S i RAS utføres hovedsakelig fra sulfatreduserende bakterier (SRB) via en prosess kjent som dissimilatorisk sulfatreduksjon som bruker sulfat som terminal elektronakseptor ved nedbrytning av organisk materiale
  • Slike bakteriesamfunn kan ofte akkumuleres i biofiltre under anaerobe forhold hvor H₂S kan nå dødelig nivå og indusere plutselige massedødelighet.
  • Til tross for den potensielle faren, er det for tiden mangel på verktøy for tidlig varsling for å signalisere tilstedeværelsen av H₂S i RAS.

Kilde:  Early warning through video monitoring: Dissolved hydrogen sulphide (H2S) affects Atlantic salmon swimming behavior in recirculating aquaculture systems

Videoovervåkingssystemer kombinert med kunstig intelligens, eller maskinlæringsalgoritmer, kan omgå de tekniske utfordringene for deteksjon av H₂S ved direkte å observere tegn på stress knyttet til fiskens oppførsel.

- Dette kan representere en lovende integrasjon til fiskehelseovervåking i RAS. Slike verktøy har tidligere blitt brukt til identifikasjon, telling og atferdsanalyse av andre fiskearter, skriver de.

Så langt har mesteparten av det automatiserte bilde- og videoanalysearbeidet i akvakultur har vært dedikert til å estimere fiskestørrelse og biomasse. Tradisjonelt har svømmeatferd blitt observert fra oppdrettsoperatører for å bedømme hvor godt fisk reagerer på forvaltningspraksis og miljøendringer.

- Det antas at tilstedeværelsen av oppløst H₂S i RAS-vann induserer en stressrespons hos atlantisk laks, noe som fører til betydelig endringer i svømmeatferden deres. Målet med den her presenterte forskningen er å identifisere endringer i svømmeatferden til atlantisk laks relatert til tilstedeværelsen av H₂S i RAS for å danne et solid grunnlag for utvikling av kostnadseffektive verktøy for tidlig varsling i RAS.

Forsøket

Oppsettet besto av to parallelle RAS-systemer. Kontroll-RAS besto av en fisketank (800L, 10kg fisk/m³  (≈ 70 fisk), mens eksponerings-RAS inkluderte to fisketanker (800L; 10 og 30 kg fisk/m³  (≈ 70 og 200 fisk).

Svømmeatferd ble overvåket via et nedsenket spesialbygget stereokamerasystem og et overvåkingskamera.

Fisk (smolt, ≈ 114g) ble eksponert én gang daglig i 10 påfølgende dager for økende H₂S-konsentrasjoner, fra ≈ 1- opp til ≈ 68μg/L (2μM).

Kontinuerlige målinger av oppløst H₂S , O₂ og CO₂ ble tatt ved hjelp av et sanntidsovervåkingssystem.

Tre svømmeparametere ble ekstrapolert fra videoopptak ved bruk av maskinlæringsalgoritmer:

i) hastighet

ii) mønster (som representerer om fisken svømmer i rett eller sikksakk-retning) 

iii) spredning (indikerende på stimatferd).

Resultater

Resultatene viste at fisk reagerte raskt på H₂S , med en stressrespons preget av høyere svømmehastighet, uregelmessig mønster og tap av stimingsatferd.

Responsen var konsentrasjonsavhengig, og økte lineært opp til 30–40μg/L, over hvilken en klar terskel ble observert.

Spesielt induserte konsentrasjoner rundt 40–50 μg/L betydelig større atferdsendringer sammenlignet med lavere konsentrasjoner, og ytterligere økninger i H₂S førte ikke til ytterligere endringer i atferd. Svømmeparameterne gikk raskt tilbake til basale nivåer, sammenlignbare med den tidligere eksponeringen, når H₂S ikke lenger var til stede i vannet.

Denne studien gir ny innsikt om følsomheten til atlantisk laks for akutt H₂S-eksponering og fremhever potensialet bak bruken av maskinsyn som et tidlig varslingsverktøy for dårlig vannkvalitet i RAS.

Les den vitenskapelige artikkelen i Aquaculture her

sintef ocean forskningsartikler letsea veterinærhøgskolen h2s