The influence of the bioavailability of zinc in the diet on its distribution in the body of the beetle P. oblongopunctatus

W związku ze wzrastającym uprzemysłowieniem oraz stopniem urbanizacji, skażenie metalami ciężkimi stanowi coraz większy problem, z którym muszą sobie radzić organizmy żywe. Ze względu na powszechne występowanie w środowisku oraz rolę mikroelementu, jaką pełni u wszystkich organizmów żywych, do badań wybrano cynk. Chociaż metal ten był już wielokrotnie badany w kontekście toksyczności dla chrząszczy z rodziny biegaczowatych (Coleoptera: Carabidae), do których należy Pterostichus oblongopunctatus, gatunek użyty do eksperymentów, to jednak niniejsze badania wypełniają istotną lukę w danych na temat wpływu biodostępności cynku w pokarmie na subkomórkową dystrybucję metalu w organizmie oraz ewentualnych zmian tego procesu w czasie. W klasycznym eksperymencie toksykokinetycznym chrząszcze eksponowane były na pokarm różniący się biodostępnością cynku przez 90 dni, a następnie zostały przestawione na pokarm czysty na 25 dni. W trakcie eksperymentu wybierano osobniki płci męskiej do oznaczenia stężenia metalu w poszczególnych frakcjach biochemicznych: C - części schitynizowane, S1 – frakcja metali związanych w metalotioneinach, enzymach oraz organellach komórkowych (stanowiąca pulę metalu dostępną dla wyższych poziomów troficznych), G – granule oraz S2 – frakcja metali związanych we fragmentach tkanek i błonach komórkowych. Te dwie ostanie frakcje (G i S2) stanowią pulę metalu trudno dostępną dla wyższych poziomów troficznych. Badania wykazały, iż chrząszcze z gatunku Pterostichus oblongopunctatus potrafią skutecznie regulować poziom cynku w organizmie. Stężenie cynku w organizmach chrząszczy w obu fazach eksperymentu utrzymywane było na stałym, stosunkowo niskim poziomie. W przypadku rozmieszczenia metali w poszczególnych frakcjach zauważono, iż niezależnie od typu pokarmu, którym chrząszcze były karmione, zarówno w fazie kontaminacji jak i dekontaminacji, udział cynku w puli biodostępnej dla wyższych poziomów troficznych (frakcja S1) był podobny i wynosił ok. 50%. Wyniki wskazują, iż cynk jest metalem dobrze regulowanym przez Pterostichus oblongopunctatus.Due to increasing degree of industrialization and urbanization, the contamination by heavy metals, including zinc, is a growing problem with which many organisms have to cope somehow. Zinc, however, is not only an industrial pollutant but, as a micronutrient, plays an important biological role in all living organisms. Although this metal has been previously examined in the context of its toxicity to the ground beetles (Coleoptera: Carabidae), including Pterostichus oblongopunctatus, there is still an important gap in the data on the effect of the bioavailability of zinc in the diet on its subcellular distribution, and how the physiological process of zinc regulation in an organism change over the time. To fill up this gap we used a classical toxicokinetic experiment in which beetles were exposed to food differing in the soluble Zn pool available to them (uptake phase, 90 days) followed by the decontamination period in which they were offered uncontaminated food (25 days). A few times during the experiment, the male beetles were sampled to determine the concentration of zinc in different biochemical fractions. First, legs, elytra and wings were removed from the beetle (fraction C) and the rest of the body was separated into three fractions: S1 (cytosolic) – containing microsomal and cytosolic components (e.g., metallothionein, enzymes and organelles), S2 (cellular debris) –comprising tissue and cell membranes and G – containing granules. The fraction S1 is important for the transport of metal to higher trophic levels in food web and fractions G and S2 are hypothesized to be unavailable for assimilation by a predator. The results showed that P. oblongopunctatus effectively regulate the levels of zinc in the body. The internal concentration of zinc was maintained at a relatively low and constant level in all fractions in both phases, regardless of the food type. Moreover, the proportion of zinc available for the higher trophic level was similar in both treatments - the beetles sequestered ca. 50% of Zn in fraction S1