Combined effects of climate change and methylmercury exposure on the ecophysiology of juvenile meagre

Tese de mestrado, Ecologia Marinha, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2015Na época pré-industrial as concentrações de dióxido de carbono (CO₂) atmosférico eram aproximadamente 280 ppm e atualmente excedem os 390 ppm. É estimado que no ano 2100 as concentrações de CO₂ atmosférico cheguem aos 420 a 940 ppm. Este aumento tem provocado um aumento global da temperatura dos oceanos, que até 2100 é esperado aumentar entre 0,3 °C e 4,8 °C, especialmente nas zonas costeiras. Este aquecimento afetará a performance dos animais marinhos em diferentes estados do ciclo de vida através de mudanças na sua fisiologia. Simultaneamente, os oceanos estão a absorver CO₂, alterando o seu balanço químico, causando uma diminuição no pH dos oceanos e provocando assim, a acidificação dos oceanos. Desde a época pré-industrial, o pH da superfície do oceano diminuiu cerca de 0,1 unidades e é esperado que diminua entre 0,13 a 0,42 unidades até 2100. No entanto, estes valores poderão ser mais elevados em zonas costeiras. Esta acidificação irá afetar diversos organismos como bivalves e peixes. Uma das alterações que este aumento de CO₂ poderá envolver nos peixes é um dispêndio energético acrescido para acomodar as necessárias adaptações fisiológicas. Além do aquecimento e acidificação dos oceanos, os organismos marinhos têm ainda que lidar com outro fator de stress existente: a contaminação. Os ecossistemas marinhos estão a ser contaminados com diversos compostos tóxicos, como os metais. Um destes metais é o mercúrio que é libertado para o ambiente através de fontes naturais ou antropogénicas. Depois da revolução industrial, as emissões de mercúrio antropogénico aumentaram drasticamente e as previsões apontam para a continuação deste aumento. Atualmente as emissões de mercúrio são maioritariamente de origem antropogénica e parte das mesmas são depositadas no oceano. A transformação de mercúrio em metilmercúrio ocorre através de bactérias existentes nos sedimentos. O metilmercúrio bioacumula em organismos aquáticos e biomagnifica ao atravessar os diferentes níveis tróficos, aumentando assim a sua toxicidade e chegando a níveis muito elevados nos organismos que ocupam o topo da teia trófica. Para além disso, pode causar efeitos adversos nos peixes, como por exemplo, alterar a performance reprodutiva, aumentar o stress oxidativo e alterar a atividade enzimática do sistema nervoso central. Os organismos marinhos terão de lidar com os efeitos do aquecimento, acidificação e contaminação dos oceanos simultaneamente. No entanto, pouco se sabe sobre as interações entre estes fatores nos seres vivos. Alguns estudos mostram que os impactos das alterações climáticas nas espécies marinhas podem ser agravados pela poluição e que as interações entre a temperatura e a poluição por metais influencia a tolerância fisiológica de animais aquáticos ectotérmicos. Além disso, a acidificação do oceano também pode intensificar a toxicidade dos metais. Com o objetivo de avaliar as respostas biológicas de corvinas juvenis (Argyrosomus regius), em relação à exposição ao aquecimento dos oceanos (+ 4 ºC) e acidificação (ΔpH = 0,5 unidades) e ao MeHg (8.02 mg kg⁻¹ dw), foi determinado o impacto combinado destes fatores sobre o índice de condição de Fulton, grau de encefalização, níveis de acetilcolinesterase, resposta ao choque térmico, peroxidação lipídica e atividade das enzimas antioxidantes. É importante referir que A. regius é um peixe resistente e pode facilmente adaptar-se às alterações ambientais, no entanto, esta espécie é encontrada em zonas costeiras e estuários, especialmente na fase juvenil, onde é expectável que as alterações climáticas irão ter maior impacto no futuro. Sendo a corvina um peixe de elevado valor comercial, é importante avaliar os efeitos futuros que estes fatores de stress terão sobre esta espécie. Os resultados indicam que o aquecimento, a acidificação e a contaminação de mercúrio promovem diversas alterações fisiológicas. A bioacumulação de mercúrio foi afectada principalmente pelo aumento da temperatura, sendo o fígado o tecido que acumulou mais mercúrio. No entanto, não ocorreram diferenças na taxa de sobrevivência e na condição de Fulton. Relativamente à taxa de encefalização, apenas foram observadas alterações nos organismos sujeitos a aquecimento e hipercapnia, onde o tronco cerebral aumentou sob a condição de aquecimento e pH atual. Foi observado um aumento em ambas as condições controlo de temperatura (18ºC) e pH (8.0) na resposta das proteínas de choque térmico. No entanto, ocorreu uma diminuição significativa destas proteínas, sob condições de aquecimento e hipercapnia. Em oposição, os níveis de malondialdeído observados não mostraram diferenças significativas entre os tratamentos. Relativamente às enzimas de stress oxidativo, a atividade da glutationa S-transferase (GST) não se alterou com a contaminação, mas o aquecimento provocou um aumento na atividade de GST. Sob contaminação, a GST apresentou níveis mais elevados nos organismos provenientes do tratamento controlo (temperatura e pH) quando comparado com os organismos do tratamento de aquecimento e hipercapnia. A atividade da catalase não apresentou diferenças significativas nos organismos dos tratamentos não contaminados, mas com a contaminação a enzima aumentou nos peixes sujeitos à temperatura controlo e hipercapnia. Por último, a atividade da superóxido dismutase (SOD) não apresentou diferenças nos peixes dos tratamentos não contaminados, mas apresentando níveis mais elevados nos organismos sujeitos a contaminação no tratamento de temperatura controlo e hipercapnia. Este estudo parece indicar que a corvina conseguirá adaptar-se às condições climáticas expectáveis no futuro em ambientes contaminados com MeHg. O aquecimento será o fator que mais afetará a acumulação de mercúrio na corvina e algumas variáveis irão ser afetadas pela contaminação. Embora a corvina tenha sofrido algumas alterações a nível fisiológico, estas não foram nocivas para o peixe. Em conclusão, estes resultados indicam, que a corvina poderá adaptar-se às futuras condições climáticas mesmo sob contaminação de mercúrio.The increase in anthropogenic carbon dioxide (CO₂) in the atmosphere is leading to higher ocean temperature and lower pH. At the same time, mercury released into the environment is also a fact, being deposited in the ocean. Thus, marine animals are being challenged by ocean warming, acidification and contamination simultaneously. However, their biological and physiological responses to these environmental changes still remain unknown. This study evaluated meagre (Argyrosomus regius) responses to the effects of ocean warming (+4ºC), acidification (ΔpH = 0.5 units) and MeHg exposure (8.02 mg kg⁻¹ dw), on Fulton condition index, degree of encephalization, acetylcholinesterase (AChE) levels, heat shock response (HSR), lipid peroxidation [malondialdehyde (MDA) concentration] and antioxidant enzyme activities [glutathione S-transferase (GST), catalase and superoxide dismutase (SOD)]. Temperature was the factor leading to an increase of MeHg accumulation in meagre. Survival and Fulton condition were not affected by any of the factors. Encephalizaton coefficient was only affected under the warming and hypercapnia non-contaminated treatment and only brain stem increased in response to warming. Moreover, AChE was only influenced under contaminated treatments. HSR only varied in muscle tissue and was mostly affected by warming treatments (non-contaminated and contaminated). In contrast, MDA levels were not influenced by warming, hypercapnia or contamination. GST increased under the warming non-contaminated treatment. Catalase was higher in samples from the contaminated hypercapnia treatment compared to the corresponding non-contaminated treatment, whereas SOD reached higher levels under the hypercapnia contaminated treatment. The present study shows that meagre will not suffer major consequences under predicted future ocean contaminated conditions. Although meagre suffered physiological alterations under these conditions, these responses were not harmful for the fish. These results suggest that meagre will be able to adapt to the predicted future ocean conditions even under mercury contamination. However, future studies will be necessary to comprehensively understand how marine biota will respond to the combined effects of future warming, acidification and pollutio