Effects of the organic UV filters, oxybenxone and 4-methylbenzylidene champor, on the photobiology of the hexacoral Zoanthus sp.

Abstract

Coral reefs are extremely complex and productive ecosystems, providing habitat for thousands of marine species. Despite their ecological and socio-economic importance, coral reefs are globally threatened by natural and anthropogenic impacts. The discharge of domestic and industrial wastes contributes for the introduction of xenobiotics, namely organic UV filters, in marine ecosystems such as coral reefs, contributing for their degradation over the past few decades. It is estimated that approximately 40 % of coral reefs located along coastal areas are at risk of exposure to organic UV filters such as Benzophenone-3 (BP-3) and 3-(4-methylbenzylidene) camphor (4-MBC), two widely used compounds in sunscreen lotions and personal-care products. It is therefore important to evaluate the effects of these emerging contaminants on local species inhabiting the more affected areas, namely the intertidal environments. The genus Zoanthus (Anthozoa: Hexacorallia) contains numerous species abundant in coral reefs and intertidal areas of tropical and sub-tropical regions. These photosynthetic corals, which live in symbiosis with dinoflagellates of genus Symbiodinium, might have potential application as indicator organisms. The existing research in zoanthids ecology is however scarce in comparison with other cnidarian groups. In this study, we aimed to evaluate the effects of short-term exposure of Zoanthus sp. to BP-3 and 4-MBC. Zoanthus sp. mini colonies (4 – 6 polyps) were exposed to 4 concentrations (0.5; 1, 2 and 4 mg/L) of BP-3 and 4-MBC during 96 h. After exposure, mini colonies were photographed for polyp behavioral response evaluation, the photosynthetic efficiency of photosystem II was measured in vivo, through PAM fluorometry, and finally, the Symbiodinium sp. cells were quantified and normalized to Zoanthus sp. dry weight. Results suggested that Zoanthus sp. exposure to sub-lethal and environmentally relevant concentrations of BP-3 and 4-MBC induced behavioral reactions in the polyps (increase of closed polyps with increased concentrations), decreased photosynthetic efficiency and the number of endosymbionts. Beside the polyp behavioural response, tested organic UV filters proven to have potential to induce coral bleaching. Further ecotoxicological studies should be undertaken with other compounds and with different coral species, to evaluate the effect of these emergent contaminants on coral reefs, and identify UV filter compounds less harmful to the environment.

Os recifes de coral são ecossistemas extremamente complexos e produtivos, que fornecem habitat a milhares de espécies marinhas. Apesar da sua importância ecológica e socioeconómica, os recifes de coral estão globalmente ameaçados por impactos naturais e antropogénicos. A descarga de resíduos domésticos e industriais contribui para a introdução de xenobióticos, nomeadamente filtros UV orgânicos, nestes ecossistemas marinhos, como os recifes de corais, contribuindo para sua degradação nas últimas décadas. Estima-se que aproximadamente 40 % dos recifes de corais localizados ao longo das áreas costeiras correm o risco de exposição a filtros UV orgânicos, como a Benzophenona-3 (BP-3) e 3- (4-metilbenzilideno) cânfora (4-MBC), amplamente usados em protetores solares e produtos de cuidados pessoais. Por conseguinte, é importante avaliar os efeitos destes contaminantes emergentes nas espécies que habitam as áreas mais afetadas, nomeadamente as zonas intertidais. O género Zoanthus (Anthozoa: Hexacorallia) contém inúmeras espécies abundantes em recifes de corais e áreas intertidais de regiões tropicais e subtropicais. Estes corais fotossintéticos, que vivem em simbiose com dinoflagelados do género Symbiodinium, podem ter potencial aplicação como organismos indicadores. A pesquisa existente em ecologia de zoantídeos é, no entanto, escassa, em comparação com outros grupos de cnidários. Neste estudo, procuramos avaliar os potenciais efeitos nefastos da exposição a curto prazo de Zoanthus sp. a BP-3 e 4-MBC. Expuseram-se mini colónias (4 a 6 pólipos) de Zoanthus sp. a 4 concentrações (0.5; 1; 2 e 4 mg/L) de BP-3 e 4-MBC durante 96 h. Após exposição, as mini colónias foram fotografadas para uma avaliação da resposta comportamental dos pólipos, mediu-se in vivo a eficiência fotossintética do fotossistema II, através da fluorometria de pulso modulado (PAM) e, finalmente, as células de Symbiodinium sp. foram quantificadas e normalizadas para o peso seco de Zoanthus sp.. Os resultados sugeriram que a exposição de Zoanthus sp. a concentrações sub-letais e ambientalmente relevantes de BP-3 e 4-MBC, induziu reações comportamentais nos pólipos (aumento do número de pólipos fechados com o aumento das concentrações), diminuição da eficiência fotossintética e do número de endossimbiontes. Para além da alteração comportamental dos pólipos, os filtros UV orgânicos testados provaram ter potencial para induzir o branqueamento de corais. Estudos ecotoxicológicos adicionais devem ser realizados com outros compostos e diferentes espécies de corais, para avaliar o efeito destes contaminantes emergentes em recifes de corais e também para a identificação de filtros UV menos prejudiciais ao meio ambiente.