Avaliação da contaminação por hidrocarbonetos em distintos níveis de organização biológica

Abstract

Resumo: Avaliar os impactos da poluição marinha é uma tarefa complexa que demanda a aplicação de abordagens capazes de distinguir a perturbação antrópica da variabilidade espaço-temporal intrínseca aos ambientes costeiros e oceânicos. Distúrbios antropogênicos provocam respostas em distintos níveis de organização biológica, desde alterações bioquímicas até mudanças na estrutura de comunidades, em múltiplas escalas espaciais e temporais. Os efeitos deletérios de contaminantes têm sido historicamente investigados através de testes toxicológicos. Estes ensaios são conduzidos em condições laboratoriais controladas, que limitam o seu potencial preditivo e a sua capacidade de generalização. Avanços recentes na ecologia experimental de campo, com o desenvolvimento de delineamentos experimentais robustos e procedimentos analíticos associados, aumentaram a habilidade de detectar impactos decorrentes de distúrbios induzidos pelas atividades humanas. Neste sentido, abordagens de laboratório e de campo devem ser vistas como necessariamente complementares para a avaliação da poluição marinha. Atividades humanas desenvolvidas nas regiões costeiras têm aumentado a intensidade e frequência de eventos de exposição discreta ou aguda a contaminantes, tais como derrames acidentais de óleo. No entanto, a aplicação de experimentos manipulativos de campo para testar seus efeitos ainda é incipiente. Esta tese teve o objetivo geral de examinar como os efeitos da exposição a hidrocarbonetos de petróleo condicionam respostas biológicas em diversos níveis de organização, por meio de experimentos manipulativos de campo e de laboratório. Para tal, uma ampla variedade de técnicas e abordagens metodológicas considerando diferentes espéciesalvo foi adotada. A tese está estruturada em quatro capítulos que avaliaram: (i) os efeitos de um derrame experimental in situ de óleo diesel sobre associações de nematoides marinhos de vida livre utilizando um delineamento MBACI (Multiple Before-After-Control- Impact); (ii) os efeitos de repetidos derrames experimentais de óleo diesel sobre a estrutura das associações macrofaunais através da comparação de três frequências de derrames (a cada 2, 4 e 8 semanas) com duas dosagens de diesel (2,5 e 5 L m-2) em um experimento fatorial com controles assimétricos; (iii) os efeitos de repetidos derrames experimentais de óleo diesel na resposta de biomarcadores de estresse oxidativo no bivalve Anomalocardia brasiliana, no gastrópode Neritina virginea e no poliqueta Laeonereis culveri através da comparação de três frequências de derrames (a cada 1, 2 e 4 dias) com duas dosagens de diesel (1 e 2 L m-2) em um experimento fatorial com controles assimétricos; e (iv) os efeitos da dispersão mecânica (agitação) e química (uso de dispersantes) do óleo cru na resposta de diferentes biomarcadores e nas taxas de crescimento de juvenis do peixe-lobo Anarhichas denticulatus após exposição experimental em laboratório por 48 h. Não foram observadas diferenças significativas na diversidade, densidade total e estrutura das associações de nematoides entre os tratamentos controle e impacto, antes e depois do derrame experimental. Embora sejam frequentemente considerados animais sensíveis, nematoides marinhos de vida livre mostraram-se resilientes à contaminação por hidrocarbonetos de petróleo. Repetidos eventos de exposição ao óleo diesel, por sua vez, afetaram drasticamente a estrutura das associações macrofaunais e reduziram a densidade total e densidade dos táxons dominantes. Geralmente, derrames frequentes de baixa dosagem foram mais deletérios do que derrames menos frequentes de alta dosagem. Aumentos significativos na densidade populacional de espécies oportunistas foram observados em resposta a derrames pouco frequentes. Repetidos eventos de exposição ao óleo diesel também foram responsáveis pela indução das enzimas superóxido dismutase (SOD) e glutationa S-transferase (GST), incremento nos níveis de peroxidação lipídica (LPO) e depleção na concentração de glutationa reduzida (GSH) em A. flexuosa e L. culveri. O gastrópode N. virginea exibiu apenas uma depleção significativa nos níveis de GSH em derrames frequentes de alta dosagem. O sistema de defesa enzimático contra espécies reativas de oxigênio não foi ativado em N. virginea e dano oxidativo em termos de LPO não foi observado. De maneira geral, atividades enzimáticas e dano oxidativo em A. flexuosa e L. culveri foram induzidos por derrames frequentes de baixa dosagem quando comparados com derrames menos frequentes de alta dosagem. Contudo, um padrão inverso foi observado nas respostas antioxidantes de N. virginea. Estes resultados enfatizam a importância de diferentes regimes de exposição na determinação da magnitude dos impactos por óleo. O bivalve A. flexuosa e o poliqueta L. culveri foram considerados sentinelas adequados para monitoramento da poluição por hidrocarbonetos de petróleo em áreas costeiras. Finalmente, a concentração relativa de metabólitos biliares de HPA e a atividade da etoxiresorufina-O-deetilase (EROD) do peixe-lobo A. denticulatus experimentalmente exposta a óleo disperso (tanto mecanicamente como quimicamente) foram significativamente maiores que no tratamento controle. Foi também observada uma inibição da atividade de acetilcolinesterase (AChE) em peixes expostos a óleo disperso. Além disso, o crescimento do peixe-lobo, tanto em biomassa quanto em comprimento, foi significativamente superior no controle que nos tratamentos de exposição. No entanto, a resposta de diferentes biomarcadores enzimáticos juntamente com estimativas de crescimento do peixe-lobo A. denticulatus indicaram uma toxicidade semelhante entre a dispersão química e mecânica do óleo cru. A detecção de respostas no nível suborganísmico (biomarcadores) juntamente com reduções no crescimento de juvenis do peixe-lobo alertam para potenciais efeitos tardios em populações afetadas por derrames de óleo. A demonstração destas respostas subletais em animais expostos destacam a toxicidade muitas vezes não aparente de derrames agudos, que podem afetar populações a médio e longo prazo, mesmo na ausência de mortalidade massiva. Palavras-chave: experimento de campo; hidrocarbonetos de petróleo; biomarcadores; nematoides; macrofauna; peixe-lobo

Abstract: The assessment of contaminant impacts is a complex task that demands a wide range of approaches to distinguish the anthropogenic disturbances from the inherent spatiotemporal variability of costal environments. In this thesis, the effects of exposure to petroleum hydrocarbons were assessed at multiple levels of biological organization, from biochemical alterations to changes in community structure. To achieve this goal, a variety of research approaches including laboratory-based experiments and manipulative field experiments with different target-species were used. The thesis is composed by four chapters that assessed: (i) the effects of a diesel oil spill on the structure of free-living marine nematode assemblages through a multiple before-after-control-impact (MBACI) design; (ii) the effects of the frequency (every 2, 4 and 8 weeks) and dosage (2.5 and 5 L m-2) of experimental diesel spills on the structure of intertidal macrofaunal assemblages in a factorial experiment with asymmetrical controls; (iii) the effects of the frequency (every 1, 2 and 4 days) and dosage (1 and 2 L m-2) of experimental diesel spills on oxidative stress biomarkers in the bivalve Anomalocardia flexuosa, the gastropod Neritina virginea and the polychaete Laeonereis culveri in a factorial experiment with asymmetrical controls; and (iv) the effects of mechanically dispersed and chemically dispersed oil on biomarkers response and growth of the wolfish Anarhichas denticulatus after 48 h laboratory exposure. No significant differences were observed in nematode total density, number of taxa and the overall assemblage structure between the control and impact treatments from before to after the experimental spill. Despite being considered good indicators of environmental impacts, free-living marine nematodes were considered resilient to contamination by petroleum hydrocarbons. Repeated oil spills dramatically altered the overall structure of assemblages and reduced the total density of macrofauna and densities of dominant taxa. Increasing the frequency of oil spills negatively affected macrofauna. In general, frequent low-dosage oil spills were more deleterious than infrequent high-dosage ones. The main direct effect of frequent diesel spills on the bivalve A. flexuosa and the polychaete L. culveri was the induction of superoxide dismutase (SOD) and glutathione S-Transferase (GST) activities, a significant increase in lipid peroxide levels (LPO) and a decrease in reduced glutathione (GSH) concentration. The gastropod N. virginea only exhibited a significant GSH depletion when exposed to frequent high-dosage spills. N. virginea did not activate enzymatic defense system against ROS and oxidative damage to lipids was not observed. Overall, enzymatic activities and oxidative damage in A. flexuosa and L. culveri were induced by frequent low-dosage spills compared to infrequent high-dosage spills, although the opposite pattern was observed for N. virginea antioxidant responses. These results highlight the importance of different exposure regimes in determining the extent of oil impacts. The bivalve A. flexuosa and the polychaete L. culveri were considered suitable sentinels for petroleum pollution monitoring in nearshore environments. At last, the relative concentration of biliary PAH metabolites and the activity ethoxyresorufin-O-deethylase (EROD) in A. denticulatus were significantly higher in dispersed oil (both mechanically and chemically) compared to control. Also, a significant inhibition of acetylcholinesterase (AChE) activity was detected in exposure treatments. Growth rate was significantly higher in control compared to mechanically and chemically dispersed oil. The lack of differences between chemically and mechanically dispersed oil in biomarkers response and growth suggests that dispersant application is no more toxic than the natural oil dispersion. These results indicate the potential for population-level effects resulting from exposure to oil. Keywords: field experiment; petroleum hydrocarbons; biomarkers; nematodes; macrofauna; wolfish