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 Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems
Please use this identifier to cite or link to this item http://hdl.handle.net/10773/952

title: Methodologies for a sustainable development of estuarine ecosystems
authors: Vieira, Luís Miguel dos Santos Russo
advisors: Guilhermino, Lúcia
Morgado, Fernando
keywords: Biologia aquática
Ecossistemas estuarinos
issue date: 2009
publisher: Universidade de Aveiro
abstract: As zonas costeiras, estuarinas e lagunares são consideradas áreas muito produtivas e dotadas de grande biodiversidade sendo, por isso, consideradas de elevado valor ecológico e económico. No entanto, nas últimas décadas tem vindo a verificar-se um aumento da contaminação destes ecossistemas como resultado de diversas actividades antrópicas. As abordagens actualmente disponíveis para avaliação do impacto da poluição em ecossistemas estuarinos e lagunares apresentam diversos tipos de lacunas, pelo que é importante desenvolver metodologias mais eficazes com organismos autóctones. Neste contexto, o objectivo central desta dissertação consistiu em desenvolver e validar métodos ecologicamente relevantes para avaliação da contaminação estuarina e dos seus efeitos, utilizando o góbio-comum (Pomatoschistus microps), quer como organismo-teste quer como espécie sentinela, devido à importante função que desempenha nas cadeias tróficas de diversos estuários da costa Portuguesa. A Ria de Aveiro foi seleccionada como área de estudo principalmente pelo facto de possuir zonas com diferentes tipos de contaminação predominante e de haver conhecimento científico de base abundante e de elevada qualidade sobre este ecosistema. Na primeira fase do estudo, foram investigados os efeitos agudos de dois hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (HAPs) (benzo[a]pireno e antraceno), de um fuel-óleo e de dois metais (cobre e mercúrio) em P. microps, utilizando ensaios laboratoriais baseados em biomarcadores e em parâmetros comportamentais, os quais foram avaliados utilizando um dispositivo expressamente desenvolvido para o efeito, designado por speed performance device (SPEDE). Como biomarcadores foram utilizados parâmetros envolvidos em funções fisiológicas determinantes para a sobrevivência e desempenho dos animais (neurotransmissão, obtenção de energia, destoxificação e defesas anti-oxidantes), nomeadamente a actividade das enzimas acetilcolinesterase, lactato desidrogenase, CYP1A1, glutationa S-transferases, glutationa reductase, glutationa peroxidase, superóxido dismutase, catalase, tendo ainda sido determinados os níveis de peroxidação lipídica como indicador de danos oxidativos. De forma global, os resultados indicaram que os agentes e a mistura testados têm a capacidade de interferir com a função neurológica, de alterar as vias utilizadas para obtenção de energia celular, induzir as defesas antioxidantes e, no caso do cobre e do mercúrio, de causarem peroxidação lipídica. Foram ainda obtidas relações concentração-resposta a nível dos parâmetros comportamentais testados, nomeadamente a capacidade de nadar contra a corrente e a distância percorrida a nadar contra o fluxo de água, sugerindo que os agentes testados podem, por exemplo, diminuir a capacidade de fuga aos predadores, as probabilidades de captura de presas e o sucesso reprodutivo. Na segunda fase, tendo sido já adaptadas técnicas para determinação de vários biomarcadores em P. microps e estudada a sua resposta a dois grupos de poluentes particularmente relevantes em ecossistemas estuarinos e lagunares (metais e HAPs), foi efectuado um estudo de monitorização utilizando P. microps como bioindicador e que incluiu diversos parâmetros ecológicos e ecotoxicológicos, nomedamente: 20 parâmetros indicativos da qualidade da água e do sedimento, concentração de 9 metais em sedimentos e no corpo de P. microps, 8 biomarcadores e 2 índices de condição na espécie seleccionada. A amostragem foi efectuada em quatro locais da Ria de Aveiro, um considerado como referência (Barra) e três com diferentes tipos predominantes de contaminação (Vagueira, Porto de Aveiro e Cais do Bico), sazonalmente, durante um ano. Os resultados obtidos permitiram uma caracterização ecotoxicológica dos locais, incluindo informação sobre a qualidade da água, concentrações de contaminantes ambientais prioritários nos sedimentos e nos tecidos de P. microps, capacidade desta espécie para bioacumular metais, efeitos exercidos pelas complexas misturas de poluentes presentes em cada uma das zonas de amostragem nesta espécie e possíveis consequências para a população. A análise multivariada permitiu analisar de forma integrada todos os resultados, proporcionando informação que não poderia ser obtida analisando os dados de forma compartimentalizada. Em conclusão, os resultados obtidos no âmbito desta dissertação indicam que P. microps possui características adequadas para ser utilizado como organismoteste em ensaios laboratoriais (e.g. abundância, fácil manutenção, permite a determinação de diferentes tipos de critérios de efeito utilizando um número relativamente reduzido de animais, entre outras) e como organismo sentinela em estudos de monitorização da poluição e da qualidade ambiental, estando portanto de acordo com estudos de menor dimensão previamente efectuados. O trabalho desenvolvido permitiu ainda adaptar a P. microps diversas técnicas bioquímicas vulgarmente utilizadas como biomarcadores em Ecotoxicologia e validá-las quer no laboratório quer em cenários reais; desenvolver um novo bioensaio, utilizando um dispositivo de teste especialmente concebido para peixes epibentónicos baseado na performance natatória de uma espécie autóctone e em biomarcadores; relacionar os efeitos a nível bioquímico com parâmetros comportamentais que ao serem afectados podem reduzir de forma drástica e diversificada (e.g. aumento da mortalidade, diminuição do sucesso reprodutivo, redução do crescimento) a contribuição individual para a população. Finalmente, foi validada uma abordagem multidisciplinar, combinando metodologias ecológicas, ecotoxicológicas e químicas que, quando considerada de forma integrada utilizando análises de estatística multivariada, fornece informação científica da maior relevância susceptível de ser utilizada como suporte a medidas de conservação e gestão em estuários e sistemas lagunares.

Coastal, estuarine and lagoon ecosystems have been considered of high ecological and economic value due to their considerable productivity and biodiversity. However, in the last decades they have been increasingly contaminated as a result of several anthropogenic activities. Since the currently available approaches present several types of limitations, it is important to develop more effective methodologies with autochthonous organisms. In this context, the central objective of this dissertation was to develop and validate ecologically relevant methodologies for the assessment of estuarine contamination and its effects, using the common goby (Pomatoschistus microps) both as test-organism and sentinel species, due to the important role that it plays in food webs of several Portuguese estuaries. The Aveiro lagoon was selected as study area mainly because sites with different types of predominant contamination may be found and a considerable amount of scientific information is available. In the first phase of the study, the acute effects of two polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) (benzo[a]pyrene and anthracene), a fuel-oil and two metals, copper and mercury, on P. microps were assessed, using laboratory bioassays based on biomarkers and behaviour parameters which were evaluated using a device expressly developed for the purpose thereafter designed as speed performance device (SPEDE). Parameters involved in physiological functions crucial for the survival and performance of animals (neurotransmission, energetic metabolism, detoxification and anti-oxidant defences) were used as biomarkers, namely: acetylcholinesterase, lactate dehydrogenase, CYP1A1, glutathione S-transferases glutathione reductase, glutathione peroxidase, superoxide dismutase and catalase. Lipid peroxidation, an indicator of oxidative damage, was also determined. The overall results indicated that the tested agents and the mixture have the capability to interfere with the neurological function of P. microps, change the cellular pathways of energy production and induce antioxidant defences. Mercury and copper were also found to cause lipid peroxidation. Furthermore, concentration-response relationships were obtained for behaviour parameters, namely the ability of swimming against water-flow and covered distance when swimming against water-flow, suggesting that exposure of fish to tested chemicals may reduce, for example, their ability to escape from predators, their prey-capture rates and their reproductive success. In the second phase of the study, after adaptation of biomarkers’ techniques to P. microps and their validation with two groups of pollutants particularly relevant in estuarine and lagoon ecosystems (metals and PAHs), a monitoring study was performed using P. microps as bioindicator, including several ecological and ecotoxicological parameters, namely: 20 parameters indicative of water and sediment quality, concentrations of 9 metals in sediments and P. microps tissues, 8 biomarkers and 2 condition indexes in the selected species. Sampling was conducted in four sites of the Aveiro lagoon, a reference (Barra) and three contaminated sites with different types of predominant contamination (Vagueira, Aveiro Harbour and Cais do Bico), seasonally during a year. The obtained results allowed the ecotoxicological characterization of sampling areas, including information on water quality, concentrations of metals in sediments and in P. microps body, metals bioaccumulation by this species, effects resulting from exposure to different complex mixtures of pollutants present in distinct sampling areas and possible consequences for P. microps population. Multivariate analysis allowed the integration of all the relevant results, providing important information which could not be obtained by fragmented data analysis. In conclusion, the results of the present thesis indicate that P. microps has suitable characteristics (e.g. abundance, easymaintenance in laboratory, size allowing the determination of different types of effect criteria using a relatively small number of animals, among others) to be used as both test-organism in laboratory tests and sentinel species in monitoring studies, therefore in good agreement with smaller studies previously carried out. This work also allowed the adaptation of several biochemical techniques commonly used as biomarkers in Ecotoxicology to P. microps and their validation both in laboratorial conditions and real scenarios; the development of a new bioassay, using a test device specially designed for epibenthic fish, based on swimming performance of a indigenous species and biomarkers; to relate biochemical effects with behavioural endpoints directly related to the individual contribution (e.g. mortality, reproduction, growth) to the evolution of the population. Finally, a multidisciplinary approach combining ecological, ecotoxicological and chemical methodologies was validated. The integration of data from such approach through multivariate analysis provided important information that may be used as scientific support for conservation and management of estuarine and lagoon systems.
description: Doutoramento em Biologia
URI: http://hdl.handle.net/10773/952
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