The use of biomarkers to diagnose the ecological impact of pollutants in Mediterranean rivers

Abstract

Um assunto que requer atenção é a avaliação ecológica da qualidade da água de ecossistemas de água doce. Uma abordagem que surge como promissora é a biomonitorização baseada em biomarcadores, porque pode avaliar a saúde dos organismos e obter sinais de alerta precoce acerca dos riscos ambientais. Até agora, porém, o uso de biomarcadores em espécies de invertebrados, para diagnosticar danos ecológicos nos rios, é escasso. Por essa razão, existe uma necessidade urgente de desenvolver biomarcadores nas principais espécies de macroinvertebrados dos ecossistemas fluviais que são alvo de estudo. Esta tese tem como objectivo averiguar se as respostas in situ, aliadas aos biomarcadores, podem ser um método viável para avaliar os danos ecológicos de contaminantes em ecossistemas de água doce. Numa primeira fase, os biomarcadores foram usados para averiguar os mecanismos fisiológicos de adaptação genética de clones de Daphnia magna ao pesticida organofosforado fenitrothion. Numa segunda fase, os biomarcadores foram usados como ferramentas de diagnóstico de poluição em zonas ribeirinhas. Estes estudos foram realizados com três espécies-chave de macroinvertebrados: Daphnia magna, Corbicula fluminea e Hydropsyche exocellata, nos rios Besós e Llobregat e no Delta do rio Ebro (NE Espanha). Além disso, foram realizados com animais capturados nos rios, ou com ensaios de transplantes, e foram complementados com índices biológicos de macroinvertebrados e análises químicas da água e dos animais. Como os contaminantes químicos têm vários modos toxicológicos de acção e, portanto, afectam várias respostas bioquímicas dos organismos, foram analisados nas três espécies um conjunto de biomarcadores pertencentes a diferentes vias metabólicas. A abordagem experimental indica que o uso combinado de biomarcadores e outras medidas, tais como índices biológicos e testes in situ, contribui para diagnosticar os efeitos prejudiciais de contaminantes nas comunidades ribeirinhas.

An ecological assessment of water quality in freshwater ecosystems is an issue of major concern. A biomarker based biomonitoring presents a promising approach, because it can be used to assess the health status of organisms and to obtain early-warning signals of environmental risks. Until now, however, the use of biomarkers in invertebrate species to diagnose an ecological impairment in rivers is scarce. Therefore, there is an urgent need to develop biomarkers in key macroinvertebrate species within the river ecosystems that are the object of study. This thesis aims to ascertaining if in situ responses and biomarkers can be a reliable method to diagnose the ecological impairment on freshwater systems due to contaminants. In a first stage, biomarkers were used to find out the physiological mechanisms of genetic adaptation to the organophosphate pesticide fenitrothion in Daphnia magna clones. In a second stage, biomarkers were used as diagnostic tools of pollution in riparian habitats. The latter studies were carried out with three key macroinvertebrate species: Daphnia magna, Corbicula fluminea and Hydropsyche exocellata, in the Besós and Llobregat rivers and in the Ebro Delta (NE Spain). These studies were developed with field collected animals, or with transplants assays, and were complemented with macroinvertebrate biological indices and chemical analyses of river water and animals tissue. As chemical contaminants have multiple toxicological modes of action and hence affect many biochemical responses within the organisms, a battery of biomarkers belonging to different metabolic pathways was analyzed in the three species. The experimental approach indicates that the combined use of biomarkers with different metrics, such as biological indices and in situ tests, improve substantially our ability to diagnose detrimental effects of pollutants in riparian communities.