Long-term effects of nano-gold of freshwater producers and primary consumers

Abstract

Nanomaterials (NMs) may occur in the environment through multiple natural sources such as volcanoes (as volcanic dust). However, they may as well occur in the environment originated from anthropogenic activities. Nanotechnology, studies the manipulation of nanomaterials (NMs), producing many different products exploiting some particularities, such as size and reactivity. This capacity to manipulate materials at the nanoscale attracted industry from different areas, namely associated with medicine and electronics. However, the exponential growth in the use of these materials and subsequent release to the environment has alerted the scientific community to the possible adverse effects that NMs may induce to biota. The main aim of this study was to evaluate the sublethal effects of gold nanoparticles (Au-NP) in three freshwater species representatives of low trophic levels. To achieve this major aim, two specific objectives were delineated: i) assess the sublethal toxicity of Au-NP to producers and a primary consumer and ii) evaluate the generational effects of Au-NP in microalgae. The microalgae were exposed for 72h and the primary consumer for 21d to a wide range of Au-NP concentrations. Alterations in the population and somatic growth, and reproduction were evaluated to microalgae (only the first endpoint) and D. magna (the three endpoints). A significant decrease in the population growth was found for all tested species. However, no significant alterations were found in D. magna reproduction. Generational exposure of C. vulgaris to Au-NP caused an acclimation response of this alga that became less sensitive to the nanoparticle after generational exposure. Contrarily, for R. subcapitata this acclimation was not observed and the microalga was more sensitive to the nanoparticle after being exposed for four generations to Au-NP. 16

Os nanomateriais (NMs) tanto podem surgir no ambiente através de fontes naturais (ex. poeira vulcânica, processos de queima), como também ocorrem devido a atividades antropogénicas. A nanotecnologia, que estuda a manipulação de NMs, tem a capacidade de produzir muitos produtos distintos explorando várias características particulares destes materiais, tais como o tamanho e reatividade. Esta capacidade de criar materiais com características específicas tem atraído a indústria de diversas áreas, associadas por exemplo à medicina e eletrónica. Apesar dos benefícios claros dos NMs em várias áreas da sociedade, o crescimento exponencial do seu uso e a sua consequente libertação para o ambiente tem alertado a comunidade científica para os possíveis efeitos adversos que os NMs podem provocar no biota. O presente estudo pretendeu avaliar os efeitos subletais de nanopartículas de ouro (Au-NP) em três organismos dulçaquícolas, representativos de níveis inferiores de cadeias tróficas. Para atingir este objetivo, foram delineados dois objetivos específicos: i) estudar os efeitos subletais de Au-NP em Raphidocelis subcapitata e Chlorella vulgaris (produtores) e em Daphnia magna (consumidor primário); ii) avaliar os efeitos geracionais das Au-NP nas duas espécies de microalgas. As microalgas foram expostas durante 72h e o consumidor primário durante 21d, a uma ampla gama de concentrações de Au-NP. Foram avaliados efeitos no crescimento populacional e somático e na reprodução, para as microalgas (o primeiro parâmetro) e para D. magna (os três parâmetros). Em todas as espécies foram encontradas diminuições significativas ao nível do crescimento populacional comparativamente ao respetivo controlo. No entanto, as Au-NP não induziram qualquer efeito ao nível da reprodução de D. magna. A exposição geracional de C. vulgaris a Au-NP provocou uma resposta de aclimatação por parte desta alga, sendo que a partir da terceira geração apresentou um aumento de tolerância à nanopartícula. No entanto, no caso de R. subcapitata esta aclimatação não foi observada, e a microalga apresentou maior sensibilidade após ter sido exposta durante quatro gerações a esta nanopartícula.