Tolerance and response of clams in Ria de Aveiro to salinity changes

Abstract

Unlike the concern that has been growing in relation to the impacts of contamination in marine benthic populations, the responses of aquatic organisms to natural alterations, namely changes in salinity, have received little attention. In fact, salinity is one of the dominant environmental factors that most affect marine bivalves, limiting their spatial distribution in the environment. Tide combined with fresh water inputs, from rivers or heavy rainy periods, and extreme dry seasons can dramatically alter the salinity of water, causing alterations in the benthic populations, namely intertidal bivalves. Furthermore, salinity of a given environment will restrict the spatial distribution of the species, which is especially important when assessing the spread of an invasive species into a new environment. In order to understand how native (Venerupis decussata and Venerupis corrugata) and invasive (Venerupis philippinarum) clam species cope with salinity changes, physiological, biochemical and metabolomic patterns were investigated. The results obtained showed that V. decussata and V. philippinarum presented high mortality at low (0 and 7) but tolerate high (35 and 42) salinities. On the other hand, V. corrugata presented high mortality rates both at low (0 and 7) and high salinities (35 and 42). The quantification of Na and K content revealed that, along the salinity gradient, V. decussata was the species with higher ability to maintain the ionic homeostasis. The biochemical parameters also showed that V. decussata was the clam that best cope with salinity changes and V. corrugata was the most sensitive. Furthermore, the results obtained showed that clams under salinity stressful conditions can alter their biochemical mechanisms, such as increasing their antioxidant defences, to cope with the higher oxidative stress resulting from hypo and hypersaline conditions. Among the physiological and biochemical parameters analysed (glycogen, glucose and protein content; lipid peroxidation (LPO) levels, antioxidant enzymes activity; total, reduced and oxidized glutathione), superoxide dismutase (SOD), LPO and glutathione S-transferase (GST) showed to be useful biomarkers to assess salinity impacts in clams. The effects of salinity changes in the metabolic profile of the three species were also studied using 1H Nuclear Magnetic Resonance (NMR) spectroscopy of clam extracts. Multivariate analysis of the NMR spectra enabled metabolite changes to be observed in relation to clams exposure to different salinity concentrations. When exposed to low salinities, energy reserves of clams may be exhausted, increasing the osmotic imbalance, affecting the metabolic performance and increasing the oxidative stress. V. corrugata showed to be the most sensitive clam to salinity changes. The optimal salinity for V. decussata and V. philippinarum was between 21 and 28 and for V. corrugata was salinity 21. This study showed that changes in salinity have different impacts in native and invasive species

As respostas dos organismos aquáticos a alterações naturais, nomeadamente, alterações de salinidade, têm recebido pouca atenção, inversamente à preocupação que tem vindo a crescer em relação aos impactos da contaminação em populações marinhas bentónicas. De facto, a salinidade é um dos factores ambientais dominantes que mais afetam os bivalves marinhos, o que limita a sua distribuição espacial no ecossistema. As marés combinadas com entradas de água doce, de rios ou períodos de chuva longos e estações secas extremas, podem alterar drasticamente a salinidade da água, provocando alterações nas populações de bivalves bentónicos, nomeadamente intertidais. Além disso, a salinidade de um determinado ambiente irá restringir a distribuição espacial das espécies, o que é especialmente importante quando se avalia a propagação de uma espécie invasora num ambiente novo. A fim de entender como espécies nativas (Venerupis decussata e Venerupis corrugata) e invasoras (Venerupis phiippinarum) de molluscos lidam com as mudanças de salinidade, foram investigados parâmetros fisiológicos, bioquímicos e metablómicos. Os resultados obtidos mostraram que V. decussata e V. philippinarum apresentaram elevada mortalidade em salinidades baixas (0 e 7), mas toleram as salinidades mais altas (35 e 42). Por outro lado, V. corrugata apresentou elevadas taxas de mortalidade tanto em salinidades baixas (0 e 7) como em salinidades altas (35 e 42). A quantificação do teor de Na e K, revelou que ao longo do gradiente de salinidade, a V. decussata foi a espécie com maior capacidade de manter a homeostasia iónica. Os parâmetros bioquímicos também mostraram que V. decussata foi a espécie que melhor lidou com as mudanças de salinidade enquanto a V. corrugata foi a mais sensível. Além disso, os resultados obtidos mostraram que as ameijoas, sob condições adversas de salinidade, podem alterar os seus mecanismos bioquímicos, nomeadamente aumentando as suas defesas antioxidantes, para lidar com um maior stress oxidativo resultante das condições de hipo e hipersalinidade. Entre os parâmetros fisiológicos e bioquímicos analisados (glicogénio, glucose, proteinas, níveis de peroxidação lípidica (LPO), atividade de enzimas antioxidantes; glutationa total, reduzida e oxidada), LPO, superoxide dismutase (SOD) e glutathiona S-transferase (GST) mostraram ser biomarcadores úteis para avaliar os impactos de salinidade em bivalves. Os efeitos das alterações de salinidade no perfil metabólico das três espécies foram também estudados através de Ressonância Magnética Nuclear de 1H (RMN). A análise multivariada dos espectros de RMN permitiu a observação de alterações em relação à exposição de ameijoas a diferentes concentrações de salinidade. Quando expostos a baixas salinidades, as reservas energéticas destes organismos podem ser esgotadas, aumentando o desequilíbrio osmótico, afetando o desempenho metabólico e aumentando o stress oxidativo. V. corrugata mostrou ser a amêijoa mais sensível a mudanças de salinidade. O intervalo de salinidades entre 21 e 28 foi o ideal para V. decussata e V. philippinarum e a salinidade 21 foi a ideal para V. corrugata. Este estudo mostrou que as mudanças de salinidade têm impactos diferentes em espécies nativas e invasoras.