Combined effects of chemicals and ultraviolet radiation on Daphnia magna

Abstract

O ambiente natural está frequentemente exposto a vários tipos de estresses, que podem ser de carácter químico, físico ou biológico, originados da actividade humana e dos processos de alteração climática. Os pesticidas são geralmente usados em práticas agrícolas para controlar doenças em vegetais e o aparecimento de pragas, e podem ser levados do solo para os sistemas aquáticos adjacentes aos locais de aplicação, onde representam um factor de stress para os organismos não-alvo. Além das exposições a químicos, o ambiente está sofrendo as consequências dos processos de alterações climáticas. Uma destas consequências é o aumento da radiação ultravioleta que chega à superfície terrestre devido à diminuição da concentração de ozono na estratosfera. O presente trabalho teve como objectivo principal elucidar alguns padrões e comportamentos biológicos relativamente a mudanças no ambiente. Para isto, com o intuito de prever as interacções entre stressores naturais e químicos, a radiação ultravioleta (RUV) e o fungicida carbendazim foram escolhidos como fontes de stressores natural e químico, respectivamente, e foram aplicados em combinação, como um exemplo das possíveis condições adversas que podem ser encontradas no ambiente. Os efeitos isolados da radiação ultravioleta em Daphnia magna foram avaliados através da utilização de uma lâmpada artificial de RUV, à qual os organismos foram expostos por um período máximo de 5 horas. Os experimentos de combinação entre RUV e carbendazim foram conduzidos com exposição constante ao químico, e uma única dose de radiação ultravioleta. Os parâmetros analisados foram sobrevivência, actividade alimentar, reservas energéticas e produção de juvenis de Daphnia magna. Para prever os efeitos das combinações, um dos modelos utilizados na análise de misturas de químicos e combinação de químicos com stressores naturais foi o utilizado. O modelo da Acção independente (AI) assume que ambos os componentes da combinação têm diferentes modos de acção, e actuam de forma independente sobre o organismo. Os efeitos são avaliados de acordo com as probabilidades de não-resposta do organismo a ambos os componentes da combinação. Há ainda outras formas de interacção entre os componentes da combinação que podem produzir um efeito mais severo (sinergismo) ou menos severo (antagonismo); os efeitos podem ser também dependentes do nível da dose aplicada ou do rácio entre os dois componentes da combinação Os resultados da exposição de Daphnia magna à radiação ultravioleta somente demonstraram um decréscimo na sobrevivência, na actividade alimentar e na produção de juvenis, com valores de dose-efeito muito próximos para todos os parâmetros, o que pode ser explicado pela diferença da sensibilidade deste organismo à radiação, de acordo com a idade em que são expostos. Os resultados das combinações entre carbendazim e RUV para o parâmetro sobrevivência foram bem ajustados ao modelo da acção independente, e não demonstraram nenhum desvio. Para a reprodução e a actividade alimentar, houve um desvio dependente do rácio entre os componentes, que demonstrou maior toxicidade para o carbendazim quando a radiação ultravioleta era o item dominante na combinação. Este estudo mostra a importância da avaliação de combinações entre químicos e stressores naturais. Neste caso, espera-se que o aumento na radiação aumente a sensibilidade dos organismos, como a Daphnia magna quando expostos a stressores químicos, como o fungicida carbendazim.

The natural environment and wildlife are often exposed to several chemicals, physical and biological stressors originated from human activities and climate changes. Pesticides are often used to control plant disease and pest in agricultural practices, and can runoff from the soil to adjacent aquatic systems, where it represents a stress factor for non-target organisms. In addition to chemical exposures, the natural environment is suffering from climate change processes. One of the consequences of that is the increasing amount of ultraviolet radiation reaching the earth’s surface due to depletion on stratospheric ozone. The present work aimed to elucidate some biological behaviors and patterns regarding changes in the environment. For that, to predict interactions between natural stressors and toxicants to Daphnia magna, the ultraviolet radiation (UVR) and the pesticide carbendazim were chosen as the source of natural and chemical stressors, respectively and were employed in combination with each other as an example of possible stress conditions that can be found worldwide in the environment. Single effects of ultraviolet radiation on Daphnia magna were assessed using an artificial UV source, by exposing the organisms to UV and visible light simultaneously, to a maximum period of 5 hours. Combined experiments of carbendazim and ultraviolet radiation were conducted with a constant chemical exposure and a single UVR dose. The parameters analyzed were survival, feeding activity, energy budget and offspring production of Daphnia magna. To predict effects of combined exposures, one of the reference models used for analysis of mixture toxicity and combination of chemical and natural stressor was applied. The Independent Action (IA) model assumes that both components of the combination have different modes of action, and act independently from each other; the effects of the combinations are based on the probabilities of nonresponse of the organism to both stressors. There are some deviations from the independent action model which can cause a more severe effect (synergism), or a less severe effect (antagonism); they might be also dose-level dependent or dose-ratio dependent. Results from single exposure of Daphnia magna to ultraviolet radiation showed a decrease in survival, feeding activity and offspring production, with similar dose-effect values, due to differences in the sensibility of the organism to UVR according to their age. Combined exposures of carbendazim and UVR for survival endpoint fitted to the IA model, showing no deviation patterns, while the response of reproduction and feeding activity were dose-ratio dependent, indicating a higher toxicity of carbendazim when ultraviolet radiation was the dominant item in the combination. This study shows the importance of evaluate the combined effects of chemicals and natural stressors. In this case, UVR increase is expected to enhance the sensitivity of organisms as D. magna when exposed to chemical stressors like the fungicide carbendazim.