Author(s): Morgado, Rui Guilherme da Costa
Date: 2014
Persistent ID: http://hdl.handle.net/10773/14138
Origin: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Subject(s): Biologia; Alterações climáticas; Pesticidas; Ecotoxicologia; Isópodos
Environmental contamination and climate changes constitute two of the most serious problems affecting soil ecosystems in agricultural fields. Agriculture is nowadays a highly optimized process that strongly relies on the application of multiple pesticides to reduce losses and increase yield production. Although constituting, per se, a serious problem to soil biota, pesticide mixtures can assume an even higher relevance in a context of unfavourable environmental conditions. Surprisingly, frameworks currently established for environmental risk assessments keep not considering environmental stressors, such as temperature, soil moisture or UV radiation, as factors liable to influence the susceptibility of organisms to pesticides, or pesticide mixtures, which is raising increasing apprehension regarding their adequacy to actually estimate the risks posed by these compounds to the environment. Albeit the higher attention received on the last few years, the influence of environmental stressors on the behaviour and toxicity of chemical mixtures remains still poorly understood. Aiming to contribute for this discussion, the main goal of the present thesis was to evaluate the single and joint effects of natural stressors and pesticides to the terrestrial isopod Porcellionides pruinosus. The first approach consisted on evaluating the effects of several abiotic factors (temperature, soil moisture and UV radiation) on the performance of P. pruinosus using several endpoints: survival, feeding parameters, locomotor activity and avoidance behaviour. Results showed that these stressors might indeed affect P. pruinosus at relevant environmental conditions, thus suggesting the relevance of their consideration in ecotoxicological assays. At next, a multiple biomarker approach was used to have a closer insight into the pathways of damage of UV radiation and a broad spectrum of processes showed to be involved (i.e. oxidative stress, neurotoxicity, energy). Furthermore, UV effects showed to vary with the environment medium and growth-stage. A similar biomarker approach was employed to assess the single and joint effects of the pesticides chlorpyrifos and mancozeb to P. pruinosus. Energy-related biomarkers showed to be the most differentiating parameters since age-classes seemed to respond differently to contamination stress and to have different metabolic costs associated. Finally, the influence of temperature and soil moisture on the toxicity of pesticide mixtures was evaluated using survival and feeding parameters as endpoints. Pesticide-induced mortality was found to be oppositely affected by temperature, either in single or mixture treatments. Whereas chlorpyrifos acute toxicity was raised under higher temperatures the toxicity of mancozeb was more prominent at lower temperatures. By the opposite, soil moisture showed no effects on the pesticide-induced mortality of isopods. Contrary to survival, both temperature and soil moisture showed to interact with pesticides to influence isopods’ feeding parameters. Nonetheless, was however the most common pattern. In brief, findings reported on this thesis demonstrated why the negligence of natural stressors, or multiple stressors in general, is not a good solution for risk assessment frameworks.
A contaminação ambiental e as alterações climáticas são duas das mais sérias ameaças aos ecossistemas edáficos. A agricultura é atualmente uma prática altamente otimizada da qual a aplicação de vários pesticidas é uma componente essencial. Apesar da sua importância, o uso de pesticidas pode implicar elevados custos ambientais, particularmente quando em misturas. Não obstante, no contexto de condições ambientais desfavoráveis estas misturas podem ainda revestir-se de uma relevância acrescida. Estudos recentes têm demonstrado que a ocorrência de stressores naturais, como a temperatura, humidade do solo ou radiação ultravioleta, pode influenciar a toxicidade de pesticidas, o que tem suscitado uma crescente apreensão relativamente à eficácias das avaliações de risco ambiental. Esta preocupação prende-se principalmente pelo facto de estes estudos não terem em conta a complexidade das interações entre múltiplos stressores. De forma a contribuir para este debate, com a presente tese pretendeu-se avaliar os efeitos individuais e combinados de stressores naturais e pesticidas no isópode terrestre Porcellionides pruinosus. A primeira fase do estudo consistiu na avaliação dos efeitos individuais de vários factores abióticos (temperatura, humidade do solo e radiação ultravioleta) na performance de P. pruinosus usando vários parâmetros como a sobrevivência, parâmetros alimentares, atividade locomotora e evitamento de condições adversas. Os resultados demonstram claramente a importância que estes stressores podem assumir na performance dos organismos e enfatizam a urgência de serem tidos em conta em avaliações de risco ambiental. De seguida foram estudados os efeitos da radiação ultravioleta recorrendo a um conjunto de biomarcadores relacionados com diferentes processos, no qual ficou patente a influência do meio de exposição e da idade dos organismos na vulnerabilidade a este stressor. Uma abordagem semelhante foi desenvolvida para avaliar os efeitos individuais e combinados dos pesticidas clorpirifos e mancozebe em P. pruinosus. Os adultos e juvenis expostos pareceram exibir diferentes padrões de resposta aos pesticidas relativamente ao balanço energético e custos metabólicos. Finalmente foi avaliada a influência da temperatura e da humidade do solo na toxicidade desta mistura binária. No que diz respeito à sobrevivência dos isópodes, os pesticidas mostraram ser influenciados de maneira oposta pela temperatura. Enquanto a toxicidade de clorpirifos pareceu aumentar com o aumento da temperatura, os efeitos do mancozebe foram mais proeminentes a temperaturas baixas. Pelo contrário, a humidade do solo não mostrou influenciar significativamente a mortalidade causada pelos pesticidas. No que diz respeito aos parâmetros alimentares foram detectadas várias interações entre ambos os stressores naturais e os pesticidas, apesar de a aditividade de efeitos ter sido o resultado mais frequente. Em conclusão, os resultados reportados ao longo desta tese reforçam o perigo associado à negligência de stressores naturais, ou mesmo da conjugação de múltiplos stressores em geral, para as avaliações de risco ambiental.
