Impact of the mine pollution on the abundance and community structure of ground-dwelling spiders (Araneae): potential use as bioindicators

• Author(s): Ferreira, Joana Guimarães
• Date: 2010
• Persistent ID: http://hdl.handle.net/10451/3378
• Origin: Repositório da Universidade de Lisboa
• Subject(s): Metais pesados; Bioindicadores; Aranhas; Minas; Teses de mestrado - 2010
• Document Type: Master thesis
• Language: English
• Advisor(s): Rebelo, Maria Teresa Ferreira Ramos Nabais de Oliveira, 1964-; Branquinho, Maria Cristina, 1967-
• Contributor(s): Repositório da Universidade de Lisboa

Description

Tese de mestrado. Biologia (Ecologia e Gesão Ambiental). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2010

Heavy metal pollution has been the object of much research in the last few decades, motivated by concerns over human health and the integrity of biological systems. The aim of this study was to assess the impact of mine-originated fugitive dust deposition, as contaminator of surface soils with copper (Cu), iron (Fe) and zinc (Zn), on the abundance and community structure of a Mediterranean ground-dwelling spider community. Spider and soil bioavailable metal contents were analysed. Lichen data was obtained from models from previous studies at the Cu-mine. Community assessment of ground-spiders was made through pitfall trapping in a series of sites in a 2 km radius area from the contamination source. Decreased overall community abundance and increased Cu and Fe in spiders were detected with decreasing distance from the mine. Significant correlations between these parameters and high levels of lichens and soil bioavailable metal contents were observed. Cu in spiders did not show a magnitude of enrichment comparable to that of soil; this study therefore agrees with previous studies that Cu seems to be regulated in spiders. Fe in spiders had a even stronger gradient with distance to the mine than Cu, despite the absence of a correspondingly strong soil gradient. Zn soil concentrations in the study area were probably too low for there to be any significant accumulation in spiders. Ground Hunter guild abundance was found to respond better to soil contamination, while abundance of Specialists responded better to atmospheric deposition. Juveniles, females and males presented different patterns of abundance. The inclusion of juveniles in the overall abundance assessments therefore permits the observation of more generalized and robust patterns for the whole guild and overall community. The results of the present study indicate that spiders can be adequate bioindicators of soil contamination in the context of a primarily Cu gradient in the Mediterranean ecoregion.

Os metais pesados ocorrem naturalmente na geosfera. No entanto é com raridade que se encontram na natureza concentrações tão elevadas como aquelas que resultam das explorações antropogénicas de minérios e das suas múltiplas indústrias derivativas. Nas últimas décadas, a poluição com metais pesados tem despertado a preocupação do público sobre os potenciais efeitos nocivos na saúde humana e na integridade dos ecossistemas, o que tem motivado ao longo dos anos inúmeras linhas de investigação. A utilização de organismos bioindicadores é uma delas. Dado que uma mesma mistura de contaminantes pode ter efeitos radicalmente distintos em ecossistemas diferentes, é necessário investigar o biota em si para avaliar com algum grau de certeza o impacto e prever o risco que pode advir da poluição com metais pesados. Os artrópodes têm suscitado grande interesse como sistemas biomonitores, devido à sua abundância, diversidade e capacidade de resposta rápida. De entre eles, a aranhas têm-se destacado pela sua presença mesmo nos locais mais poluídos e pelas grandes quantidades de metais que conseguem acumular sem aparentes danos fisiológicos. No entanto, estes processos de isolamento dos metais das funções vitais (detoxificação) têm custos energéticos que se podem traduzir em reduções de crescimento, fertilidade e taxa reprodutora. As aranhas são portanto boas candidatas a modelos de estudo dos efeito da poluição com metais pesados: são ubíquas (e portanto existe sempre informação, em qualquer tipo de habitat); fáceis de amostrar; e têm um papel essencial no ecossistema (já que são predadoras de topo das comunidades de invertebrados terrestres), podendo reflectir impactos que afectem populações de nível trófico inferior. Neste estudo pretendeu-se portanto avaliar o impacto da deposição de poeiras com origem numa mina de cobre – no seu papel de contaminante dos solos superficiais da zona circundante com os metais cobre (Cu), ferro (Fe) e zinco (Zn) – na estrutura e abundância de uma comunidade epígea de aranhas da ecoregião Mediterrânica. Assim, durante o segundo pico de biodiversidade das aranhas em Outubro, foram montadas armadilhas de pitfall numa série de locais distribuídos numa área de 2 km de raio do centro da mina, maioritariamente ao longo dos principais eixos cardinais. Este posicionamento espacial num gradiente de distância com a mina confere uma maior robustez aos dados, particularmente porque, devido aos diversos usos do solo dos terrenos da envolvente da mina (agrícola, pastoreio, urbano) não foi possível uma uniformidade de vegetação nos locais de amostragem. O uso de pitfalls é conhecido pelo seu enviesamento nas avaliações de abundância, já que favorece os membros da aracnofauna com maior mobilidade, existindo mesmo enviesamento da proporção de machos, fêmeas e juvenis capturados. No entanto, como o propósito da amostragem é a avaliação relativa entre os locais de amostragem, o primeiro enviesamento não é significativo. Quanto ao segundo, dado que poderão existir diferenças de sensibilidades entre estádios e sexo, foi feita uma análise individualizada a juvenis, machos e fêmeas ao nível da família, da guilda e da comunidade. Em cada local de amostragem foram também recolhidas aranhas vivas e amostras de solo para análise de conteúdos em metais, representando estes, respectivamente, uma medida da contaminação do biota e da biodisponibilidade de metais nos solos. Para que a influência da deposição atmosférica propriamente dita fosse também considerada, valores para o Índice de Diversidade Liquénica (LDV) e para conteúdos de Cu em líquenes foram obtidos a partir de modelos de estudos anteriores efectuados na mina. A comunidade epígea de aranhas na zona da Mina Neves-Corvo é caracterizada por uma dominância da família Gnaphosidae (pertencente à guilda das aranhas de Caça Activa no Solo), algo que é característico das zonas Mediterrânicas. A família Zodariidae, da guilda das Especialistas, foi a segunda mais abundante. A estrutura etária e sexual da população capturada em pitfalls no período outonal provou ser dominada pelos machos (53%), seguidos pelos juvenis (35%) e por último as fêmeas (12%). Este enviesamento era esperado, já que os machos e os juvenis são elementos mais móveis que as fêmeas, e logo com maior tendência a serem capturados: os primeiros porque se encontram activamente à procura de fêmeas, e os segundos porque se podem encontrar em fase de dispersão. Nas análises dos conteúdos de metais, foram utilizadas amostras compostas de espécimes da família Gnaphosidae, as quais permitiram a detecção de relações significativas entre os metais nas aranhas e as restantes variáveis estudadas: - O Cu nas aranhas apresentou um gradiente de aumento significativo com a proximidade à mina, mas não apresentou uma magnitude de enriquecimento comparável à do solo (as aranhas demonstraram um aumento de apenas 5x, enquanto que o solo viu a sua concentração multiplicar 70x em locais próximos da mina), razão pela qual este estudo corrobora estudos anteriores que sugerem que o Cu seja activamente regulado nas aranhas. - Um gradiente forte para o Zn nos solos foi observado, no entanto as concentrações mesmo nos locais mais enriquecidos em Zn eram baixas. É pois provável que a quantidade disponível de Zn nos solos da área de estudo seja demasiado baixa para que efeitos nas aranhas ao nível da comunidade fossem detectados. - O Fe, por outro lado, apresentou um gradiente mais forte com a distância à mina do que o Cu, apesar da ausência de um gradiente de Fe nos solos correspondentemente forte. O aumento dos conteúdos de Fe nas aranhas apresenta mesmo um enriquecimento ligeiramente superior ao do solo, o que poderia sugerir menor regulação; no entanto, porque o Fe tem um gradiente tão forte com a mina, é possível que este esteja a ser activamente incorporado como um mecanismo de alívio da toxidade do Cu: o esclarecimento desta questão mereceria investigação futura. Relativamente às respostas da abundância, verificou-se que com uma maior proximidade da mina havia efectivamente uma diminuição da abundância de aranhas ao nível da comunidade, e que este era um padrão que se repetia para o aumento dos conteúdos de metais nos líquenes, nos solos e nas aranhas. As guildas são grupos ecológicos que reúnem famílias que utilizam os mesmos recursos de maneiras semelhantes e podem apresentar, portanto, diferentes padrões de variação. Verificou-se que para a guilda de aranhas de Caça Activa no Solo, a variação na abundância era mais bem explicada pela contaminação do solo; enquanto para as aranhas Especialistas, os padrões de abundância estavam mais relacionadas com a deposição atmosférica em si. Ao nível das famílias, guildas e comunidade, observaram-se padrões distintos de variação da abundância de juvenis, fêmeas e machos com os parâmetros de contaminação estudados. A inclusão de juvenis nas avaliações da abundância destas comunidades é portanto importante para a observação de padrões mais generalizados e mais robustos para a globalidade das guildas e da comunidade. Os resultados aqui apresentados mostram que uma análise ao nível da comunidade epígea de aranhas, usando o nível de identificação da família, permitiu a observação de padrões que respondem à contaminação originária da mina. O facto de uma identificação a um nível taxonómico superior surtir resultados é encorajador para um futuro desenvolvimento de um protocolo de monitorização, já que devido aos enormes números de espécimes capturados em pitfall e devido à enorme dificuldade de identificação à espécie e mesmo ao género deste taxon, a obrigatoriedade de identificação a níveis taxonómicos inferiores poderia ser proibitivo em termos de tempo e recursos humanos. O presente estudo aponta as comunidades epígeas de aranhas como bioindicadores adequados da contaminação do solo no contexto de um gradiente de poluição de Cu na ecoregião Mediterrânica. Mais investigação terá de ser conduzida no futuro na área para verificar os resultados aqui obtidos, ampliando o estudo no tempo e investigando áreas vitais como o metabolismo do Cu e do Fe.