Effects of cadmium on a model stream detritus processing chain

Abstract

A integridade ecológica dos ecossistemas é na maior parte das vezes avaliada em termos de ocorrência de espécies e composição das comunidades e não em termos de relações tróficas entre espécies ou parâmetros funcionais. O processamento de detritos é um processo ecológico vital para os ecossistemas lóticos, mediado por microrganismos e invertebrados aquáticos. Nestas cadeias tróficas, os invertebrados fragmentadores contribuem para a ciclo de nutrientes através da transformação de matéria orgânica particulada grosseira em matéria orgânica particulada fina que serve de alimento para os invertebrados coletores. O nosso objetivo passou por avaliar os efeitos combinados do cádmio e da alteração na qualidade dos recursos (espécie de folha) na cadeia trófica de detritos e na interação entre fragmentadores – coletores. Em laboratório folhas de amieiro (espécie nativa) e de eucalipto (espécie exótica) foram condicionadas em diferentes concentrações de cádmio (0, 50 e 200 μg/L). A comunidade microbiana presente nas folhas provenientes de diferentes tratamentos foi analisada através da técnica molecular DGGE e a taxa de respiração microbiana foi medida. Sericostoma vittatum (tricóptero fragmentador) e Chironomus riparius (um díptero coletor) foram expostos às mesmas concentrações de cádmio e alimentados com discos de folhas correspondentes. Foram avaliados, em microcosmos, o crescimento de C. riparius e a perda de peso das folhas. O cádmio afetou o condicionamento das folhas e provocou alterações na diversidade de fungos em ambas as espécies de folhas. A comunidade microbiana presente no amieiro e no eucalipto mostrou reagir de maneira diferente ao cádmio. Este apenas afetou a decomposição das folhas de amieiro através da redução da alimentação dos invertebrados e também afetou o crescimento larvar de C. riparius. Esta espécie mostrou não ser exclusivamente coletora sendo capaz de se alimentar de folhas de amieiro na ausência de invertebrados fragmentadores. Contudo os fragmentadores mostraram promover o crescimento dos coletores no tratamento com eucalipto como fonte de alimentação. Estes resultados levam-nos a crer que a hipótese de facilitação entre fragmentadores - coletores pode ser tida como verdadeira mas que depende da qualidade dos recursos bem como das espécies de detritívoros presentes. Os resultados sugerem ainda que as cadeias de processamento de detritos podem ser ferramentas valiosas em ecotoxicologia de comunidades. Mais estudos com a utilização de diferentes espécies de detritívoros e de outros stressores (naturais e antropogénicos) deverão continuar para melhor avaliar possíveis efeitos indiretos de contaminantes ao longo destas cadeias de processamento de detritos sob diferentes cenários ecológicos.

The ecological integrity of ecosystems is often evaluated in terms of species occurrence and composition of communities and not in terms of trophic relationships between species or functional parameters. The processing of detritus is a vital ecological process for freshwater ecosystems, mediated by microorganisms and aquatic invertebrates. Here, shredders contribute to the nutrient cycle, transforming coarse into fine particulate organic matter which serve as food for collectors. The aim of this work was to evaluate the combined effects of cadmium exposure and changes in resource quality (leaf species) on detritus trophic chain and on shredder–collector interactions. In the laboratory, alder leaves (native species) and eucalyptus (exotic species) were conditioned at different cadmium concentrations (0, 50 and 200 μg/L). The microbial community present in leaves from the different treatments was analyzed by molecular DGGE technique and microbial respiration rates were measured. Sericostoma vittatum (a caddisfly shredder) and Chironomus riparius (a midge collector) were exposed to the same concentrations of cadmium and fed the corresponding leaf discs. C. riparius growth and leaf weight loss were evaluated in these multispecies microcosms. Cadmium exposure affected the leaf conditioning and the reduction in fungal diversity in both leaf species was clear. Cadmium affected the decomposition of alder leaves through reductions in invertebrate feeding and also impaired C. riparius’ growth. C. riparius showed to be a non-exclusive collector and capable of feeding on alder leaf discs in the absence of shredders. However shredders appear to promote collectors growth in treatments with eucalyptus as food source.. The observed pattern suggest that shredder-collector facilitation hypothesis can hold true and also that it might be dependent on resource quality and detritivore species present. The results suggest that detritus processing chains can be valuable tools to community ecotoxicology. We advocate that these investigations should continue with the use of different detritivore species and stressors (natural and anthropogenic) to improve our current understanding of indirect effects of contaminants in detritus based food webs under different ecological scenarios.