Effect of different environmental conditions on the incorporation of trace elements by larval shells of Mytilus galloprovincialis

Abstract

A dispersão de organismos marinhos durante a sua fase larvar é determinante para a conectividade entre populações e o estabelecimento da complexa biogeografia das espécies marinhas. A determinação dos padrões de dispersão tem sido relevante para a conservação de espécies, a gestão de stocks de pesca e mesmo para a compreensão de processos ecológicos como a extinção e a recolonização de populações. As estruturas carbonatadas de organismos marinhos representam arquivos de informação ambiental. Através da análise geoquímica de estruturas como os otólitos de peixe e os estatólitos e conchas de invertebrados é possível descobrir as condições físico-químicas ambientais sob as quais se desenvolveram estes organismos e reconstruir padrões de dispersão e locais de origem de indivíduos. No entanto, a incorporação dos elementos químicos por estas estruturas é altamente regulado por um conjunto de fatores físico-químicos ambientais e biológicos que deverão ser ponderados para uma correta utilização de assinaturas geoquímicas como meio de identificação geográfica. Com o intuito de investigar como a composição química de conchas larvares do mexilhão Mytilus galloprovincialis é influenciada por algumas condições ambientais e temporais, indivíduos desta espécie foram submetidos a diferentes temperaturas, salinidades e concentrações de elementos. Pretendia-se verificar como difere a incorporação de elementos com os diferentes parâmetros de cada fator ambiental e se a mesma é influenciada pela idade do indivíduo. Com esse objetivo foram cultivadas larvas de M. galloprovincialis por um período de 6 e 14 dias e criados tratamentos combinados de temperatura (12, 17, 20 e 25°C) e de salinidade (26, 32 and 37). Foram quantificadas as concentrações dos elementos Mg, Mn, Ba, Sr, Cu e Zn pelo rácio de Ca através de análise de ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectometry). Paralelamente um outro conjunto de indivíduos larvares foi submetido a concentrações de Cu e Zn durante aproximadamente 3 dias. Não foi encontrada variabilidade significativa nas assinaturas geoquímicas entre as larvas com 6 dias e 14 dias de idade, sugerindo uma composição química estável, para este período, que não foi afetada pelo desenvolvimento larvar. Numa outra abordagem, foi detetada a máxima incorporação destes elementos a uma temperatura de 17°C e a diferentes combinações de temperatura e salinidade, realçando uma interacção entre estes fatores. Estes resultados realçam a possível influência da temperatura sob a disponibilidade de cada elemento. Outro aspeto a ter em conta é o facto de a 17°C serem encontradas as condições ótimas para o desenvolvimento larvar, e por isso também da secreção da concha carbonatada do mexilhão, existindo uma maior incorporação dos elementos do ambiente. A incorporação de Cu, no entanto, não mostrou ser significativamente afetada pela temperatura nem pela salinidade. Relativamente ao Zn estes efeitos foram apenas significativos quando não combinados. Para além disso, e numa terceira abordagem, a disponibilidade destes últimos na água, não se mostrou determinante para a incorporação dos mesmos nas conchas, sugerindo-se um controlo da inclusão por parte de fatores fisiológicos do próprio organismo. Os resultados obtidos permitem compreender mais detalhadamente a relação que alguns fatores ambientais exercem sob a produção de assinaturas químicas em conchas larvares desta espécie de mexilhão e poderão contribuir para uma melhor interpretação de padrões de conectividade de populações no meio marinho.

Larval dispersal is the main cause of connectivity between populations and the establishment of the complex biogeography of most marine species. The determination of dispersion patterns has been relevant to conservation studies of species, management of fisheries stocks and even for the understanding of ecological processes as the extinction and re-colonization of populations. Carbonate structures of marine organisms work as an archive of environmental information. Through geochemical analysis of fish otoliths, as well as statoliths and shells of invertebrates is possible to discover physical and chemical environmental conditions under which these organisms developed and trace dispersion patterns and natal habitats. However, the incorporation of trace elements in these structures is highly regulated by a range of physical and chemical environmental factors as well as physiological and biochemical. These factors should be considered for an accurate use of geochemical signatures as a means of geographical identification. In order to investigate how the geochemical composition of larval shells from the mussel species Mytilus galloprovincialis is influenced by environmental and temporal conditions, individuals were submitted to different temperatures, salinities and water elemental concentrations. The main objective was to understand how the elemental incorporation varies with different parameters of each environmental factor, and if the same is influenced by age. M. galloprovincialis larval were reared during 6 and 14 days under combined treatments of temperature (12, 17, 20 and 25° C) and salinity (26, 32, and 37). Concentrations of the elements Mg, Mn, Ba, Sr, Cu and Zn by the ratio of Ca were analyzed through ICP-MS (inductively wound couple plasma-mass spectrometry) analysis. Simultaneously another set of individuals were submitted to different concentrations of Cu and Zn for a period of approximately 3 days. No significant variability in chemical composition was found in larval shells between larval with 6 and 14 days of development, suggesting a stable geochemical signature, for this period, and no age effect on incorporation. On a second approach, was detected a maximum incorporation of these elements at 17° C and at different temperature-salinity combinations, suggesting an interaction between these factors. These results highlight the possible influence of temperature on each element’s availability. Another aspect is the fact that at 17° C larval seem to find optimum conditions for its development and for carbonate shell secretion, having a higher incorporation of the elements from the water. Cu incorporation, however, was not significantly affected by temperature or salinity. With regard to the Zn these effects were significant only when not interacting. Finally, the availability of the lastly mentioned elements in the water was not significant for elemental concentrations in shells, suggesting that certain elements incorporation might be specifically controlled by physiological mechanisms of the organism. Results obtained allow understanding in more detail the influence some environmental factors have on geochemical signature production in mussel larval shells of this species and may contribute to a better use of elemental fingerprinting in the interpretation of connectivity patterns.