This study investigated the trophic transfer, individual impact, and embryonic uptake of fluorescent nano-sized polystyrene plastics (nanoplastics) through direct exposure in a freshwater ecosystem, with a food chain containing four species. The alga Chlamydomonas reinhardtii, water flea Daphnia magna, secondary-consumer fish Oryzias sinensis, and end-consumer fish Zacco temminckii were used as test species. In the trophic transfer test, algae were exposed to 50 mg/L nanoplastics, defined as plastic particles <100 nm in diameter; higher trophic level organisms were exposed through their diet. In the direct exposure test, each species was directly exposed to nanoplastics. Microscopic analysis confirmed that the nanoplastics adhered to the surface of the primary producer and were present in the digestive organs of the higher trophic level species. Nanoplastics also negatively affected fish activity, as measured by distance traveled and area covered, and induced histopathological changes in the livers of fish that were directly exposed. Additionally, nanoplastics penetrated the embryo walls and were present in the yolk sac of hatched juveniles. These observations clearly show that nanoplastics are easily transferred through food chain, albeit because of high experimental dosages. Nevertheless, the results strongly point to the potential health risks of nanoplastic exposure.

Previous studies have indicated the means by which micro-sized plastic particles may affect the soil environment, and this could be linked to the behavior of plastics in the soil system and how these particles are influenced by biological responses. Soil-dwelling organisms play a key role in modifying the soil system by constructing bio-pores, and these structural changes are potentially related to the behavior of plastic particles. In this study, we found that micro-sized plastic particles moved into bio-pores within seconds, and that this influx disrupted the movement of springtails (Lobella sokamensis). The springtails moved to avoid becoming trapped, and this behavior created bio-pores in the soil system. The influx of plastic particles into these cavities subsequently immobilized the springtails within. This phenomenon was observed at low a concentration of plastic particles (8 mg/kg), and it likely occurs in actual soil environments. The findings of this study indicate that the behavior of plastic particles in the soil not only disrupts the movement of springtails but also has wider implications for effective management of soils.

Abstract We assayed the toxicity of polystyrene nanoparticles (PS-NP, 52 nm) to Daphnia galeata . Survival and reproduction were significantly decreased in individuals exposed to 5 mg/L of PS-NP for 5 days, and embryos showed abnormal development, including a low hatching rate. Using fluorescence confocal microscopy, we recorded the transfer of PS-NP from the external surface of the body to the internal organs, including the thoracic appendices, ovaries, caudal appendices, and brood chamber, as well as PS-NP storage in lipid droplets. Although embryos were exposed to PS-NP in the brood chamber, they did not internalize PS-NP. Exposed D . galeata adults that were not pregnant stored significantly fewer lipid droplets than did the control group, and the lipid droplets that they did store were smaller; meanwhile, there were no significant changes in lipid storage in exposed pregnant individuals. Some embryos showed a high level of lipid storage, a response that occurs when embryos experience an abnormal state, and these embryos showed a very low hatching rate. However, the offspring of exposed adults showed normal survival and lipid storage. This study provides visual evidence that confirms the transfer and effects of PS-NP in Daphnia species, and suggests a relationship between toxicity and lipid storage.

ABSTRACT With an increasing interest in the effects of microplastic in the soil environment, there is a need to thoroughly evaluate potential adverse effects of these particles as a function of their characteristics (size, shape, and composition). In addition, extractable chemical additives from microplastic have been identified as an important toxicity pathway in the aquatic environment. However, we currently know little about effects of such additives in the soil environment. In this study on nematodes ( Caenorhabditis elegans ), we adopted an ecotoxicological approach to assess the potential effects of thirteen different microplastics with different characteristics and extractable additives. We found that toxic effects appear to increase in the order of low-density polyethylene (LDPE) film < polypropylene (PP) fragments < high-density polyethylene (HDPE) fragments ≈ polystyrene (PS) fragments < polyethylene terephthalate (PET) fragments ≈ polyacrylicnitrile (PAN) fibers. Acute toxicity was mainly attributed to the extractable additives: when the additives were extracted, the toxic effects of each microplastic disappeared in the acute soil toxicity test. The harmful effects of LDPE film and PAN fibers increased when the microplastics were maintained in soil for a long-term period with frequent wet-dry cycles. We here provide clear evidence that microplastic toxicity in the soil is highly related to particle characteristics and extractable additives. Our results suggest that future experiments consider extractable additives as a key explanatory variable. Abstract art/Table of contents

ABSTRACT Tire-wear particles (TWPs) are being released into the environment by wearing down during car driving, and are considered an important microplastic pollution source. The chemical additive leaching from these polymer-based materials and its potential effects are likely temporally dynamic, since larger amounts of potentially toxic compounds can gradually increase with contact time of plastic particles with surrounding media. In the present study, we conducted soil toxicity tests using the soil nematode Caenorhabditis elegans with different soil pre-incubation (30 and 75 days) and exposure (short-term exposure, 2 days; lifetime exposure, 10 days) times. Soil pre-incubation increased toxicity of TWPs, and the effective concentrations after the pre-incubation were much lower than environmentally relevant concentrations. The lifetime of C. elegans was reduced faster in the TWP treatment groups, and the effective concentration for lifetime exposure tests were 100- to 1,000-fold lower than those of short-term exposure tests. Water-extractable metal concentrations (Cr, Cu, Ni, Pb, and Zn) in the TWP-soils showed no correlation with nominal TWP concentrations or pre-incubation times, and the incorporated metals in the TWPs may be not the main reason of toxicity in this study. Our results show that toxic effects of TWPs can be time-dependent, both in terms of the microplastic particles themselves and their interactions in the soil matrix, but also because of susceptibility of target organisms depending on developmental stage. It is vital that future work consider these aspects, since otherwise effects of microplastics and TWPs could be underestimated. Graphical Abstract