Impact of climate change and contamination in the oxidative stress response of marine organismss

Tese de doutoramento, Ciências do Mar, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2018Atmospheric carbon dioxide (CO2) levels are increasing at an unprecedented rate, changing the carbonate chemistry (in a process known as ocean acidification) and temperature of the worlds ocean. Moreover, the simultaneous occurrence of highly toxic and persistent contaminants, such as mercury, will play a key role in further shaping the ecophysiology of marine organisms. Thus, the main goal of the present dissertation was to undertake the first comprehensive and comparative analysis of the biochemical strategies, namely antioxidant defense (both enzymatic and non-enzymatic antioxidants) and protein repair and removal mechanisms, of several marine organisms – from invertebrate (Veretillum cynomorium and Gammarus locusta) to vertebrate species (Argyrosomus regius, Chiloscyllium plagiosum and Scyliorhinus canicula) – encompassing different life-stages and life-strategies to the predicted climate-mediated changes. The findings provided in the present dissertation proved that organisms’ responses were mostly underpinned by temperature (increasing lipid, protein and nucleic acid damage), that also culminated into increased mercury bioaccumulation and toxicity, while ocean acidification as a sole stressor usually played a minor role in defining species vulnerability (i.e. responsible for increased oxidative damage in the marine calcifying organisms G. locusta). Nonetheless when co-occurring with warming and contamination scenarios, acidification was usually responsible for the reduction of heavy metal accumulation and toxicity, as well as decreased warming and contamination-elicited oxidative stress. Additionally, organisms’ responses were species-specific, and organisms that usually occupy more variable environments (e.g. daily changes in abiotic conditions) usually displayed greater responses towards environmental change than organisms inhabiting more stable environments. Furthermore, and assuming the relevance of transgenerational effects, it seems that the negative effects of OA are potentially being inherited by the offspring’s, compromising the efficiency of future generations to endure the upcoming conditions.Os níveis de dióxido de carbono na atmosfera têm vindo a aumentar drasticamente, alterando a temperatura e a química dos oceanos, num processo designado de acidificação dos oceanos. Adicionalmente, a ocorrência simultânea de contaminantes tóxicos, tais como o mercúrio, irá desempenhar um papel fundamental na resposta fisiológicas dos organismos marinhos. Desta forma, o objetivo principal da presente dissertação foi o de realizar uma análise comparativa dos mecanismos de defesa (antioxidantes e mecanismos de reparação/eliminação de proteínas) em organismos marinhos – invertebrados (Veretillum cynomorium, Gammarus locusta) e vertebrados (Argyrosomus regius, Chiloscyllium plagiosum, Scyliorhinus canicula) - abrangendo diferentes estágios e estratégias de vida em relação às alterações ambientais globais previstas para o final deste século. Os resultados apresentados na presente dissertação provaram que a resposta dos organismos foi principalmente afetada pelo aumento da temperatura dos oceanos (traduzindo-se num aumento de dano lipídico, proteico e de DNA), culminando também numa maior bioacumulação e toxicidade do mercúrio, enquanto a acidificação dos oceanos, geralmente desempenhou um papel menos relevante relativamente à vulnerabilidade das espécies (sendo apenas responsável pelo aumento de dano oxidativo em organismos calcificadores, como foi o caso do G. locusta). No entanto, durante a exposição simultânea de fatores, a acidificação foi responsável pela redução da toxicidade e acumulação de metais pesados, bem como pela diminuição do stress oxidativo causado pelo aquecimento e contaminação do oceano. Por fim, a resposta dos organismos varia de espécies para espécie, e geralmente organismos que habitam em ambientes mais variáveis – mudanças diárias nas condições abióticas – conseguem responder de forma mais positiva às alterações climáticas que organismos que habitam ambientes mais estáveis. Além disso, e tendo em conta os efeitos parentais em resposta às alterações do oceano, parece que os efeitos negativos da acidificação dos oceanos irão potencialmente ser herdados pelos descendentes, comprometendo desta forma a sobrevivência das gerações futuras.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), SFRH/BD/97070/2013, projetos PTDC/AAG-GLO/1926/2014, PTDC/AAG-GLO/3795/201