Autor(es): Cuccaro, Alessia
Data: 2024
Identificador Persistente: http://hdl.handle.net/10773/42857
Origem: RIA - Repositório Institucional da Universidade de Aveiro
Assunto(s): Organic UV filters; Climate change; Bivalves; Multi biomarker approach; Bioconcentration; Adult performance; Gamete sensitivity; Sperm quality; Oxidative stress; Ecotoxicology
Marine-coastal zones, crucial for providing vital goods and services, face increasing stress from anthropogenic pollution by UV-filters and climate change (CC)-related environmental factors (temperature, pH, salinity). These stressors’ coexistence could create associated ecological and ecotoxicological risks at different biological levels. The cumulative impacts of multiple concurrent stressors can alter the physio-chemical properties of pollutants and the sensitivity of organisms to these compounds, posing overlapping risks beyond those of individual factors. Despite the recognition of CC and emerging pollutants in marine-coastal systems, their combined effects on inhabiting organisms remain underexplored. Bivalves, especially mussels such as Mytilus galloprovincialis, hold significant ecological and socio-economic importance in these ecosystems worldwide, serving as key bioindicators of environmental change due to their susceptibility to anthropogenic and natural stressors. For this reason, this thesis examined whether two commonly found organic UV-filters in marine-coastal systems (namely 4-methylbenzylidene-camphor (4-MBC) and benzophenone-3 (BP-3)) are harmful to the marine mussel M. galloprovincialis (Lamarck, 1819), and if the biological impacts are altered when interactive effects occur under CC scenarios (namely salinity shifts, seawater pH decrease, and surface temperature increase). To achieve these goals, a series of in vitro and in vivo laboratory-based experiments were carried out with male gametes and adult mussels exposed to environmentally relevant concentrations of 4-MBC and BP-3, both alone and combined with the identified CC-related environmental scenarios. A comprehensive multi-biomarker approach, encompassing biomarkers at different ecological complexity levels (sub-cellular, cellular, tissue and individual), was used to elucidate short- and long-term stress responses. Overall, present findings demonstrated the harmful effects of current and future pollution events involving 4-MBC or BP-3 on M. galloprovincialis, affecting both male gametes and adults, with notable differences in toxicity between the two compounds. However, 4-MBC poses a significantly higher marine hazard than BP-3, inducing more severe oxidative damages and metabolic dysfunctions in sperm cells and in adults, and greater bioconcentration in mussel tissues, likely due to its greater lipophilicity and endocrine-disrupting capabilities. Furthermore, combined scenarios indicated that alterations in CC-related abiotic factors intensified the toxicity of UV-filters and changed mussels’ susceptibility to these compounds. The worst-case scenario involved 4-MBC combined with thermal stress, causing more pronounced cellular, metabolic, energy reserve and DNA damage across all scenarios and biological stages. Overall, sperm cells exhibited higher responsiveness and greater susceptibility compared to adults to the tested conditions, highlighting stage-specific vulnerabilities and suggesting potential long-term impacts on mussel population dynamics and reproductive success, essential for species resilience in changing marine-coastal environments. This study underscores the compounded ecological risks posed by UV-filters, exacerbated by their combination with predicted CC factors, emphasizing the need for more ecologically relevant endpoints in environmental risk assessments to establish accurate safety levels for biodiversity conservation. Furthermore, given the global environmental occurrence of 4-MBC and its more severe effects compared to BP-3, this research highlights the urgent need for future conservation strategies and regulatory policies for protecting marine-coastal ecosystems.
As zonas costeiras marinhas, cruciais para a provisão de bens e serviços vitais, enfrentam um stress crescente devido à poluição antropogénica por filtros UV e às mudanças nos fatores ambientais relacionadas com as alterações climáticas (temperatura, pH, salinidade). A coexistência destes fatores de stress pode criar riscos ecológicos e ecotoxicológicos complexos em diferentes níveis ecológicos. Os impactos cumulativos de múltiplos fatores de stress concorrentes podem alterar as propriedades físico-químicas dos poluentes e/ou a sensibilidade dos organismos a estes compostos, colocando riscos sobrepostos além dos fatores individuais. Apesar do reconhecimento das alterações climáticas e da presença de poluentes emergentes nos sistemas costeiros marinhos, os seus efeitos combinados sobre os organismos marinhos permanecem pouco explorados. Os bivalves têm uma elevada importância ecológica e socioeconómico relevante nestes ecossistemas, reconhecidos como bioindicadores chave global para avaliar os fatores de stress antropogénicos e naturais. Neste contexto, o objetivo desta tese foi examinar se dois filtros UV orgânicos comummente encontrados nos sistemas costeiros marinhos (4-metilbenzilidencânfora (4-MBC) e benzofenone-3 (BP-3)) são prejudiciais à espécie de bivalve, o mexilhão Mytilus galloprovincialis (Lamarck, 1819), e se os impactos biológicos são alterados quando ocorrem efeitos interativos em cenários de mudanças climáticas reais e projetadas (alterações da salinidade, diminuição do pH e aumento da temperatura). Para tal, foi efetuado um conjunto de ensaios laboratoriais in vitro e in vivo com os gâmetas masculinos e mexilhões adultos expostos a concentrações ambientalmente relevantes de 4-MBC e BP-3, isoladamente ou combinados com os cenários ambientais anteriormente referidos. Uma abordagem abrangente de multi-biomarcadores, englobando biomarcadores em diferentes níveis de complexidade biológica (subcelular, celular, tecido e individual), foi utilizada para testar as respostas a estes stressores a curto e longo prazo. Os resultados revelaram que ambos os filtros UV induziram stress oxidativo sobre ambos os estágios de M. galloprovincialis, com o 4-MBC a representar um risco marinho significativamente maior do que o BP-3. O 4-MBC induziu impactos oxidativos e disfunções metabólicas mais severos nas células espermáticas e nos adultos, além de mostrar maior bioconcentração nos tecidos dos mexilhões. Além disso, os cenários combinados mostraram que as alterações de fatores abióticos, relacionados com o clima, intensificaram a toxicidade dos filtros UV e mudaram a suscetibilidade dos mexilhões a estes compostos. O pior cenário envolveu o 4-MBC combinado com o aumento da temperatura, causando alterações ao nível metabólico, do stress oxidativo e das reservas energéticas e de DNA mais pronunciados em todos os cenários e estágios biológicos. No geral, as células espermáticas exibiram maior responsividade e foram mais sensíveis, quando comparadas aos adultos, aos fatores de stress testados, destacando vulnerabilidades específicas de estágio e sugerindo impactos potenciais a longo prazo na dinâmica populacional e no sucesso reprodutivo dos mexilhões, essenciais para a resiliência das espécies em ambientes costeiros marinhos em mudança. Este estudo sublinha os riscos ecológicos compostos colocados pelos filtros UV, exacerbados pela sua combinação com os fatores relacionados com o clima, enfatizando a necessidade de endpoints ecologicamente mais relevantes nas avaliações de risco ambiental para estabelecer níveis de segurança precisos para a conservação da biodiversidade. Dada a ocorrência ambiental global do 4-MBC e os efeitos mais severos comparados com o BP-3, esta pesquisa destaca a necessidade urgente de estratégias de conservação futuras e políticas regulatórias para proteger os ecossistemas costeiros marinhos.
