Cost-effective methods for monitoring environmental contamination in transitional waters

Abstract

A avaliação de ecossistemas aquáticos, tradicionalmente realizada pela análise de parâmetros físicos e químicos tem-se revelado manifestamente insuficiente. Por norma as concentrações de poluentes variam rápida e amplamente e a medição destas parametrias representa unicamente uma pequena janela temporal de uma realidade contínua e complexa. O aparecimento de índices bióticos veio preencher parcialmente esta lacuna dado que os organismos aquáticos actuam como monitores a tempo inteiro da qualidade ambiental, fornecendo informação de difícil acesso por outros meios. A necessidade do estabelecimento de relações mecanísticas entre tóxicos e efeitos observados conduziu à tentativa de ligação entre os perfis de toxicidade obtidos em ensaios laboratoriais e os obtidos no terreno. Considerando a saúde dos seres vivos como um resultado de interacções sinergísticas ou antagonísticas de uma combinação de agentes poluentes e/ou de stress, extrapolações relativas ao estado de "saúde" dos ecossistemas eles próprios podem ser obtidas. Um reduzido número de organismos pode assim ser utilizado com este propósito, a efectividade da correlação estabelecida depende da sua relevância ecológica e do realismo das concentrações dos tóxicos utilizados. Neste estudo o apuramento das concentrações de metais pesados na Ria de Aveiro (uma lagoa costeira de hidrografia complexa e diversas fontes de emissão destes elementos) foi realizado por meio de amostragem de sedimentos de fundo e o antípode Echinogammarus marinus foi usado como organismo-teste para determinação de efeitos biológicos. Os invertebrados, em particular os crustáceos, são frequentemente seleccionados para este efeito dada a sua relevância nas cadeias alimentares, facilidade de manutenção laboratorial e grande dispersão. Bioensaios in situ, devidamente suportados por testes laboratoriais com metais em misturas, foram realizados utilizando como parâmetro a anorexia de pós-exposição. Esta avaliação foi estendida a toda a distribuição conhecida para a espécie em termos latitudinais. A influência exercida por factores como o estágio de desenvolvimento, género e o estado nutricional anterior à exposição foram avaliados. Foi ainda estudada a existência de uma possível correlação entre a presença de metais e a incidência de intersexo. E. marinus revelou ser um biomonitor sensível do potencial tóxico de metais pesados em concentrações ambientais ecologicamente relevantes, que pode ser utilizado em toda a abrangência biogeográfica do organismo. Um bioensaio in situ, simples e custo-eficiente é apresentado. O bioensaio destina-se à monitorização de águas salobras e salgadas para a presença de metais, permitindo o apoio à decisão na alocação de recursos humanos e financeiros por norma limitados.

The traditional assessment of aquatic ecosystems, based upon the analysis of physical and chemical parameters has been proven insufficient. Concentrations of pollutants usually fluctuate widely and rapidly and those analyses are but a freeze frame of a continuous complex reality. The use of biotic indexes partly covered this shortcoming since aquatic organisms act as full-time monitors of environmental quality providing otherwise hardly accessible information. The need for the establishment of mechanistic correspondences between toxicants and detected effects lead to attempt of coupling toxic profiles obtained in laboratory with the ones observed in the field. By considering the condition or health of organisms as a response to synergistic and antagonistic effects of combined pollutants and/or stressors, extrapolations towards the health of the ecosystem itself can be drawn. A restrict number of organisms can be used for this purpose with the effectiveness of the connection relying mainly on their ecological relevancy and in the use of realistic toxicant concentrations. In our study a survey was performed upon the sediments of Ria de Aveiro (a coastal lagoon with complex hydrography and varied heavy metal sources) as a means to determine heavy metal concentrations, and an amphipod, Echinogammarus marinus was used as test organism. Invertebrates, and particularly crustaceans, have been highly favored as organisms of choice due to their relevancy in food chains, easiness of culture and ubiquitousness. In situ bioassays, duly backed by ex situ toxicity tests using metal mixtures with post exposure feeding inhibition as endpoint were performed. This evaluation was extended to encompass the entire latitudinal distribution of the organism. Furthermore the influence exerted by life stage, gender and pre-exposure nutritional state upon metal toxicity were investigated. A correlation between metal contamination and the incidence of Intersex was attempted. We conclude that Echinogammarus marinus is a sensitive biomonitor of the toxic potential of metals at environmental realistic concentrations, suitable to be used at the entire breadth of its biogeographic distribution. A simple, cost effective in situ bioassay is presented, destined to screen brackish and saltwater bodies for metals presence, thus helping decision making in the correct allocation of usually limited financial and human resources.