Adaptation of Cladocerans in metal-polluted heterogeneous environments

Abstract

No presente trabalho o cladócero Daphnia longispina foi utilizado como organismo modelo para a avaliação dos efeitos ecológicos da adaptação a ambientes contaminados por metais. Foram amostradas populações naturais de D. longispina num local sujeito à contaminação por metais e num local próximo, de referência, ambos localizados no sistema aquático na área envolvente à mina abandonada de São Domingos. Várias linhagens clonais de ambas as populações foram mantidas em laboratório, sob condições controladas, para a execução dos testes. Um dos testes realizados permitiu estudar e quantificar as diferenças na tolerância letal entre as linhagens clonadas de ambas as populações e também avaliar os custos associados. Utilizando vinte linhagens clonais de D. longispina das duas populações verificou-se que apenas clones sensíveis ao cobre estavam presentes na população de referência e clones resistentes ao cobre estavam presentes na população do local contaminado. Os custos associados à tolerância foram ilustrados pela determinação de taxas alimentares mais baixas para a população tolerante quando comparadas com as da população de referência. Outro dos testes realizados permitiu comparar as respostas de clones de populações de ambos os locais – contaminado e referência – à exposição a concentrações sub-letais do metal cobre. A tolerância evidenciada anteriormente ao nível letal foi confirmada ao nível sub-letal, com o clone proveniente da população do local contaminado evidenciando uma maior tolerância ao cobre quando comparado com os restantes clones, para todos os parâmetros analisados (taxas alimentares, consumo de oxigénio, crescimento e reprodução). Os efeitos da aclimatação ao cobre ao longo de várias gerações foram também avaliados num clone de D. longispina. Os resultados evidenciaram a existência de uma adaptação fisiológica ao cobre ao longo das várias gerações que, no entanto, apenas aumentou marginalmente a tolerância a níveis de cobre letais. Para além disso, observou-se também uma grande variação nas respostas do clone de D. longispina estudado, não só entre concentrações de cobre mas também entre gerações. Os resultados obtidos nos vários estudos realizados com linhagens clonais de ambas as populações de D. longispina reforçam a importância de integrar a temática do desenvolvimento de tolerância à poluição aquando da avaliação dos riscos ambientais e ecológicos de compostos químicos, como os metais, no meio ambiente.

In the present study the cladoceran Daphnia longispina was used as a model organism to test the ecological side effects of adaptation to metal contaminated environments. D. longispina natural populations were sampled from a metal contaminated reservoir and from a nearby clean water reservoir, both belonging to the aquatic system surrounding the abandoned São Domingos cupric mine. Clonal lineages were established and maintained in the laboratory by means of asexual reproduction and were used for tests. The comparison of broad sense heritabilities and genetic correlations using up to twenty distinct clonal D. longispina lineages randomly obtained from the metal contaminated reservoir and the reference reservoir showed that only sensitive and resistant lineages to Cu were present in the reference and contaminated site, respectively. For Zn, however, both populations had a similar distribution pattern of sensitivities. Fitness costs of tolerance were illustrated by lower feeding rates of the tolerant population compared to the reference one. Another study assessing life-history responses to sublethal copper contamination in four D. longispina clones, two from a reference site and the other two from a historically copper-exposed site showed that tolerance manifested by D. longispina clones at lethal copper levels was also evident at sublethal concentrations, with the tolerant clone from impacted population showing higher tolerance to copper for all the parameters (feeding, oxygen consumption, growth and reproduction) compared to the rest of clones. The multigenerational effects of acclimation to copper were also evaluated by exposing a single clone of D. longispina originated from the reference population to copper over three consecutive generations. Results from the evaluation of its life-history performance illustrate that physiological adaptation to copper across several generations only increased marginally acute tolerance to copper. Besides that, a high variation in life-history traits was observed not only between copper treatments, but also among generations. For instance, generation had a significantly influence on the observed pattern of age at first reproduction and interact with copper in the observed variation of time and clutch size at first reproduction. Overall, the importance of studying long-term adaptation to metals in natural populations is highlighted in this study as the acquisition of genetically inherited tolerance could have associated ecological costs. The obtained results reinforce the need to integrate these issues when assessing risks posed by chemicals to the environment.