Effects of radioactivity and other variables on aquatic microorganisms: case study in springwaters in Auvergne

Abstract

The present work proposes to show the most recent information regarding the microorganisms present in mineral and thermal springs, talking about the influence that different environmental variables, with a focus on radioactivity, have on the prokaryote and virus communities. The dissertation consists of Part 1, which is a literature review that addresses prokaryotes and viruses in water sources. The review addresses the impact of variables such as temperature, pH and radioactivity on both groups, both in the freshwater context in general and specifically in water sources. Then, in Part 2, what was done in the practical work is discussed, which consists of the treatment of flow cytometry data from various water sources in the Auverge region, France. The practical work consisted of a three-month Erasmus+ internship at the LMGE, Université Clermont-Auvergne, France. An analysis of biotic and abiotic parameters was then carried out in various water sources in the volcanic area of the Massif Central, Auvergne region. Statistical analysis of flow cytometry data was performed using Excel and XLSTAT and with the aim of analyzing the interaction between the various variables in the studied sources. For this, a PCA was performed for all variables and all sources, along with a dendrogram for analysis of similarity/dissimilarity between sources. The PCA results allowed us to make some observations: a strong positive correlation between the concentration of prokaryotes and gamma radiation and conductivity, but a negative correlation between these variables and the concentration of radon; virus concentration had a weak correlation with both prokaryote concentration and gamma radiation, and a negative correlation with radon activity. The negative correlation between radon and gamma radiation, together with the strong correlation between gamma radiation and prokaryotes, were the observations that drew the most attention and the current understanding of the interactions between these variables is still poor. No literature was found that explained these two observations. For the negative correlation between radon and gamma radiation, it is known that radon activity is characterized by the release of alpha radiation, while gamma radiation is released by radon daughters such as 214Pb. Therefore, in my hypothesis, the amount of gamma radiation would be directly correlated with the quantity of these daughters that form from radon decay. The results of the dendrogram allowed to observe three separations of sources in terms of dissimilarity. There was a font with greater dissimilarity, Par, and two other font groups. The isolation of the Par source is due to the fact that it is by a good margin the hottest source, with 78ºC. Another group of sources is separated mainly by the action of the radon concentration variable, while the other is separated by the action of other variables such as gamma radiation and conductivity. Research about the influence of radioactivity in microorganisms in freshwater and springwater is still a subject of limited interest, and research is lacking. Also, the results mentioned are still preliminary and limited by the action of COVID. Still, this offers a start in terms of future research, namely on the impacts of radioactivity on different groups of microorganisms in water sources. Still, this offers a starting point in terms of future research, namely on the impacts of radioactivity on different groups of microorganisms in water sources. Future studies are needed that include analysis of prokaryotic and viral communities (species and strains), which will allow to obtain a full perspective of the influence of radioactivity on these microorganisms.

O presente trabalho propõe-se a mostrar as informações mais recentes a respeito dos microrganismos presentes em fontes minerais e termais, falando sobre a influência que diferentes variáveis ambientais, com foco na radioatividade, têm nas comunidades procariotas e virais. A dissertação consiste na Parte 1, que é uma revisão da literatura que aborda procariotas e vírus em fontes de água. A revisão aborda o impacto de variáveis como temperatura, pH e radioatividade em ambos os grupos, tanto no contexto de água doce em geral quanto especificamente nas fontes de água. Em seguida, na Parte 2, é discutido o que foi feito no trabalho prático, que consiste no tratamento de dados de citometria de fluxo de várias fontes de água na região de Auverge, França. O trabalho prático consistiu em um estágio Erasmus + de três meses na LMGE, Université Clermont-Auvergne, França. Uma análise dos parâmetros bióticos e abióticos foi então realizada em várias fontes de água na área vulcânica do Maciço Central, região de Auvergne. A análise estatística dos dados da citometria de fluxo foi realizada no Excel e XLSTAT e com o objetivo de analisar a interação entre as diversas variáveis nas fontes estudadas. Para isso, foi realizada uma PCA para todas as variáveis e todas as fontes, juntamente com um dendrograma para análise de similaridade / dissimilaridade entre as fontes. Os resultados da PCA permitiram fazer algumas observações: uma forte correlação positiva entre a concentração de procariotas e a radiação gama e condutividade, mas uma correlação negativa entre essas variáveis e a concentração de radon; a concentração do vírus teve uma correlação fraca com a concentração de procariotas e radiação gama, e uma correlação negativa com a atividade do radon. A correlação negativa entre radão e radiação gama, juntamente com a forte correlação entre radiação gama e procariotas, foram as observações que mais chamaram a atenção, e o entendimento atual das interações entre essas variáveis ainda é pobre. Não foi encontrada literatura que explicasse essas duas observações. Para a correlação negativa entre radão e radiação gama, sabe-se que a atividade do radon é caracterizada pela libertação de radiação alfa, que é libertada pelas filhas do radão, como o 214Pb. Portanto, pela minha hipótese, a quantidade de radiação gama seria diretamente correlacionada com a quantidade dessas filhas que se formam a partir do decaimento do radão. Os resultados do dendrograma permitiram observar três separações de fontes em termos de dissimilaridade. Havia uma fonte com maior dissimilaridade, Par, e dois outros grupos de fontes. O isolamento da fonte Par deve-se ao fato de ser por uma boa margem a fonte mais quente, com 78ºC. Outro grupo de fontes é separado principalmente pela ação da variável concentração de radon, enquanto o outro é separado pela ação de outras variáveis como radiação gama e condutividade. A pesquisa sobre a influência da radioatividade em microrganismos em água doce e nascente ainda é um assunto de interesse limitado, e há carência de pesquisa. Além disso, os resultados mencionados ainda são preliminares e limitados pela ação do COVID. Ainda assim, isto oferece um ponto de partida em termos de pesquisas futuras, nomeadamente sobre os impactos da radioatividade em diferentes grupos de microrganismos nas fontes de água. Futuros estudos são necessários e que incluam análise das comunidades procarióticas e virais (espécies e estirpes), o que permitirá obter uma perspectiva total da influência da radioatividade nestes microorganismos.