Cellular energy allocation of Chironomus riparius under toxic stress

Abstract

A alocação de energia celular (CEA) é um biomarcador energético que integra a análise das reservas energéticas disponíveis (conteúdo total de proteínas, lípidos e carbohidratos) e da energia consumida pelo organismo (sistema de transporte de eletrões), fornecendo uma análise global do estado metabólico dos organismos. Neste trabalho, este biomarcador foi usado como uma potencial ferramenta para a avaliação de efeitos do Cádmio e do inseticida Movento em larvas da espécie Chironomus riparius. Alterações no CEA foram comparadas com efeitos no crescimento e emergência dos organismos, de modo a avaliar a sensibilidade e relevância do CEA como uma ferramenta na avaliação de risco ecológico. Cádmio e Movento tiveram efeitos negativos no crescimento e na emergência dos organismos e o biomarcador energético revelou uma menor sensibilidade que os outros parâmetros para ambos os contaminantes. Contrariamente à exposição ao inseticida, onde não foram observadas diferenças na alocação de energia, o cádmio causou um aumento na energia consumida – provavelmente devido a um maior gasto de energia para a destoxificação. Uma menor quantidade de energia disponível irá, provavelmente, provocar uma redução nas taxas de desenvolvimento com consequências na emergência, afetando assim a reprodução e a dinâmica da população. Alterações na alocação de energia, dependendo da sua magnitude, podem estar intimamente relacionadas com alterações nos parâmetros individuais do ciclo de vida dos organismos (crescimento e reprodução), podendo ter consequências negativas em níveis de organização biológica superiores. Isto pode reforçar a importância de utilizar estes biomarcadores energéticos como uma potencial ferramenta na avaliação de risco ambiental. Contudo, e apesar do CEA ser utilizado como um biomarcador sensível em diferentes espécies de invertebrados, os resultados deste trabalho mostram que a sua utilização e interpretação em organismos modelo com ciclos de vida rápidos e complexos, como C. riparius, deve ser feita de forma cuidadosa.

The Cellular Energy Allocation (CEA) is an energetic biomarker that integrates the assessment of the available energy reserves (total content of protein, lipids and carbohydrates) and the energy consumed by the organism (electron transport system), providing an overall assessment of the metabolic status of the organisms. In this work, this biomarker was used as a prospective tool to assess the effects of Cadmium and the insecticide Movento to exposed midge larvae, Chironomus riparius. Alterations in CEA were compared to effects on growth and emergence in order to evaluate CEA’s relevance and sensitiveness as a tool in environmental risk assessment. Cadmium and Movento impaired the growth and emergence of the organisms and the energetic biomarker revealed less sensitivity than the other endpoints for both contaminants. Contrary to the insecticide exposure, where no differences in the energy allocation were observed, cadmium caused an energy allocation shift – towards the increase of the consumed energy - probably due to a higher energy demand for toxic defense purposes. Less energy available will most probably reduce development rates with consequences on the emergence thus affecting reproduction and population dynamics. Changes in the energy allocation, depending on their magnitude, are closely related to changes in the individual life cycle traits (growth and reproduction) and may therefore have major impacts in higher levels of biological organization. This may strengthen these energy based biomarkers as prospective tools in environmental risk assessment. Nevertheless and despite CEA’s potential use as a sensitive biomarker in different invertebrates species the results of this work call for a careful use and interpretation of CEA assessment in model test species, such as C. riparius, which have a rapid and complex life-cycle.