Macroinvertebrate traits as biomonitoring tools in agricultural scenarios

Os ecossistemas de água doce – responsáveis por funções ambientais importantes e pelo fornecimento de bens e serviços insubstituíveis – têm vindo a ser severamente afectados por perturbações antropogénicas. A conversão de floresta em terreno agrícola afecta os sistemas aquáticos através de uma série de mecanismos: sedimentação; excesso de nutrientes; contaminação; alterações hidrológicas; e remoção de vegetação ripícola. As comunidades de macroinvertebrados de água doce – devido à sua diversidade, ubiquidade e sensibilidade às perturbações ambientais – revelam-se como particularmente adequadas para estudos de avaliação da integridade ecológica destes sistemas expostos simultaneamente a múltiplos factores de impacto. O uso sistemático de respostas biológicas para avaliação de mudanças ambientais – ou biomonitorização – pode ser levado a cabo através de diversas metodologias, que, de uma forma geral, não consideram aspectos funcionais das comunidades biológicas e têm aplicabilidade geograficamente restrita. A biomonitorização através de atributos biológicos (características que reflectem a adaptação das espécies ao seu meio ambiente) revela-se como uma ferramenta promissora na resolução dos problemas referidos, apresentando vantagens adicionais: relações causa-efeito directas; melhoria na diferenciação de impactos; e integração da variabilidade natural. O presente estudo apresenta uma revisão critica do estado-da-arte actual na área do uso de atributos biológicos em biomonitorização. Até à data de publicação, não estava disponível nenhum outro trabalho com a base conceptual do uso de atributos de macroinvertebrados enquanto descritores de comunidades e para efeitos de biomonitorização e gestão de sistemas de água doce. Descrevem-se as teorias ecológicas de suporte destas metodologias (conceitos de habitat-molde e de filtros paisagísticos) e os estudos que aplicaram estas teorias em cenários reais, tendo-se chamado a atenção para questões técnicas e possíveis soluções. As necessidades futuras nesta área englobam: o desenvolvimento de uma só ferramenta de biomonitorização de aplicação alargada; uma maior compreensão da variabilidade natural nas comunidades biológicas; diminuição dos efeitos de soluções de compromisso biológico e sindromas; realização de estudos autoecológicos adicionais; e detecção de impactos específicos em cenários de impacto complexos. Um dos objectivos deste estudo foi contribuir para a melhoria das técnicas de biomonitorização através de atributos, focalizando em comunidades de macroinvertebrados ribeirinhas em diferentes regiões biogeográficas (as bacias hidrográficas dos rios: Little e Salmon em New Brunswick, Canadá; Anllóns na Galiza, Espanha; Reventazón em Cartago, Costa Rica). Em cada região, foram estudados gradientes de uso agrícola de solo, incluindo desde bacias hidrográficas quase exclusivamente cobertas por floresta até bacias sob a influência maioritária de actividades agrícolas intensivas. Em cada gradiente de uso de solo, a caracterização da comunidade biológica (por amostragem de macroinvertebrados em troços de rápidos) foi acompanhada pela caracterização do habitat circundante (incluindo propriedades da bacia hidrográfica, análise química das águas e outras propriedades à escala local). A comunidade de macroinvertebrados foi caracterizada através de informação taxonómica, métricas estruturais, índices de diversidade, métricas de tolerância, índices bióticos e através da compilação de atributos biológicos e fisiológicos gerais, de história de vida e de resistência a perturbações. Análises estatísticas univariadas e multivariadas foram usadas para evidenciar os gradientes biológicos e físico-químicos, confirmar a sua co-variação, testar a significância da discriminação de níveis de impacto e estabelecer comparações inter-regionais. A estrutura de comunidades revelou os complexos gradientes de impacto, que por sua vez co-variaram significativamente com os gradientes de uso de solo. Os gradientes de impacto relacionaram-se sobretudo com entrada de nutrientes e sedimentação. Os gradientes biológicos definidos pelas medidas estruturais seleccionadas co-variaram com os gradientes de impacto estudados, muito embora apenas algumas variáveis estruturais tenham individualmente discriminado as categorias de uso de solo definidas a priori. Não foi detectada consistência nas respostas das medidas estruturais entre regiões biogeográficas, tendo-se confirmadado que as interpretações puramente taxonómicas de impactos são difíceis de extrapolar entre regiões. Os gradientes biológicos definidos através dos atributos seleccionados também co-variaram com os gradientes de perturbação, tendo sido possível obter uma melhor discriminação de categorias de uso de solo. Nas diferentes regiões, a discriminação de locais mais impactados foi feita com base num conjunto similar de atributos, que inclui tamanho, voltinismo, técnicas reproductivas, microhabitat, preferências de corrente e substrato, hábitos alimentares e formas de resistência. Este conjunto poderá vir a ser usado para avaliar de forma predictiva os efeitos das modificações severas de uso de solo impostas pela actividade agrícola. Quando analisadas simultaneamente através dos atributos, as comunidades das três regiões permitiram uma moderada mas significativa discriminação de níveis de impacto. Estas análises corroboram as evidências de que as mudanças nas comunidades de macroinvertebrados aquáticos em locais sob a influência de agricultura intensiva podem seguir uma trajectória convergente no espaço multidimensional, independentemente de factores geográficos. Foram fornecidas pistas para a identificação de parâmetros específicos que deverão ser tidos em conta no planeamento de novos programas de biomonitorização com comunidades de macroinvertebrados bentónicos, para aplicação numa gestão fluvial verdadeiramente ecológica, nestas e noutras regiões. Foram ainda sugeridas possíveis linhas futuras de investigação.

The use of biomarkers to diagnose the ecological impact of pollutants in Mediterranean rivers

Um assunto que requer atenção é a avaliação ecológica da qualidade da água de ecossistemas de água doce. Uma abordagem que surge como promissora é a biomonitorização baseada em biomarcadores, porque pode avaliar a saúde dos organismos e obter sinais de alerta precoce acerca dos riscos ambientais. Até agora, porém, o uso de biomarcadores em espécies de invertebrados, para diagnosticar danos ecológicos nos rios, é escasso. Por essa razão, existe uma necessidade urgente de desenvolver biomarcadores nas principais espécies de macroinvertebrados dos ecossistemas fluviais que são alvo de estudo. Esta tese tem como objectivo averiguar se as respostas in situ, aliadas aos biomarcadores, podem ser um método viável para avaliar os danos ecológicos de contaminantes em ecossistemas de água doce. Numa primeira fase, os biomarcadores foram usados para averiguar os mecanismos fisiológicos de adaptação genética de clones de Daphnia magna ao pesticida organofosforado fenitrothion. Numa segunda fase, os biomarcadores foram usados como ferramentas de diagnóstico de poluição em zonas ribeirinhas. Estes estudos foram realizados com três espécies-chave de macroinvertebrados: Daphnia magna, Corbicula fluminea e Hydropsyche exocellata, nos rios Besós e Llobregat e no Delta do rio Ebro (NE Espanha). Além disso, foram realizados com animais capturados nos rios, ou com ensaios de transplantes, e foram complementados com índices biológicos de macroinvertebrados e análises químicas da água e dos animais. Como os contaminantes químicos têm vários modos toxicológicos de acção e, portanto, afectam várias respostas bioquímicas dos organismos, foram analisados nas três espécies um conjunto de biomarcadores pertencentes a diferentes vias metabólicas. A abordagem experimental indica que o uso combinado de biomarcadores e outras medidas, tais como índices biológicos e testes in situ, contribui para diagnosticar os efeitos prejudiciais de contaminantes nas comunidades ribeirinhas.

Lichen biodiversity and biomonitoring of atmospheric pollution

Esta tese debruça-se sobre a biodiversidade de líquenes epífitos de pinhais dunares portugueses e sobre uso de líquenes como biomonitores de poluição atmosférica nesse habitat. A Mata Nacional das Dunas de Quiaios (Figueira da Foz) foi o ponto de partida dos estudos de biodiversidade efetuados nesta tese, mas alguns deles estenderam-se à maior parte da costa portuguesa. Como resultado, encontrou-se uma espécie nova para a ciência, Lecanora sorediomarginata Rodrigues, Terrón & Elix, epifítica sobre Pinus pinaster Aiton e P. pinea L, que se encontra distribuída na maior parte da costa. Esta espécie caracteriza-se morfologicamente por um talo crustáceo, de cor esbranquiçada a acinzentada ou esverdeada e que desenvolve sorálios a partir de pequenas verrugas marginais. Quimicamente caracteriza-se pela presença dos ácidos 3,5-dicloro-2'-O-metilnorestenospórico [maior], 3,5-dicloro-2 -O-metilanziaico [menor], 3,5-dicloro-2 -O-metilnordivaricático [menor], 5-cloro-2'-Ometilanziaico [traço] e úsnico [traço]; atranorina [menor] e cloroatranorina [menor]. É quimicamente semelhante a L. lividocinerea Bagl., com a qual apresenta afinidades filogenéticas com base na análise da sequência ITS do rDNA, e a L. sulphurella Hepp. Adicionalmente, espécies Chrysothrix flavovirens Tønsberg e Ochrolechia arborea (Kreyer) Almb, também se encontraram epifíticas sobre P. pinaster e P. pinea em vários pinhais ao longo da costa, representando novos registos para a flora liquénica portuguesa, bem como a espécie Lepraria elobata Tønsberg encontrada epifítica sobre P. pinaster apenas nas Dunas de Quiaios. Além disso, as espécies Hypotrachyna lividescens (Kurok.) Hale e H. pseudosinuosa (Asahina) Hale encontraram-se epifíticas sobre P. pinaster e outros forófitos nas Dunas de Quiaios, constituindo novos registos para a flora liquénica da Península Ibérica. Estes resultados põe em evidência a importância dos pinhais dunares como habitat para líquenes epífitos. Num estudo conduzido entre janeiro e julho de 2008 num pinhal dunar (Mata do Urso, Figueira da Foz), em cuja bordadura existe uma fábrica de celulose de papel, usaram-se transplantes de líquenes da espécie Flavoparmelia caperata (L.) Hale para avaliar a acumulação de trinta e três elementos putativamente emitidos por fábricas de papel e pasta de papel. A cinética da fluorescência da clorofila a foi estudada nos líquenes transplantados, através da análise dos parâmetros Fv/Fm, F0, Fm, qP, NPQ, PSII, e Exc, de forma a avaliar os efeitos decorrentes da acumulação de elementos na vitalidade dos líquenes. Pretendeu-se avaliar se a acumulação de elementos e a cinética da fluorescência da clorofila a variavam significativamente com o local e o tempo de exposição, tendo em consideração os resultados obtidos de transplantes colocados num local de referência (Dunas de Quiaios) durante o mesmo período de tempo. (Continua no verso) resumo A maior parte dos elementos — Al, B, Ba, Ca, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, Li, Mg, Mn, Mo, Na, Ni, P, S, Sb, Sc, Sr, Ti e V — ocorreu em concentrações significativamente mais elevadas nos transplantes expostos a 500 m da fábrica. Cerca de metade dos elementos estudados — B, Ba, Cr, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, Na, P, Pb, S, Sb e V — encontraram-se em concentrações significativamente mais elevadas nos transplantes expostos durante 180 dias. O solo foi identificado como uma fonte parcial da maior parte dos elementos. Os parâmetros Fv/Fm, Fm, PSII e Exc variaram significativamente com o local e/ou com o tempo de exposição. Observou-se um decréscimo significativo nos parâmetros Fv/Fm e Fm nos transplantes expostos a 500 e 1000 da fábrica, e também naqueles expostos durante 135 e 180 dias. Observou-se também um decréscimo significativo nos parâmetros PSII e Exc expostos durante 180 dias. Estes parâmetros correlacionaram-se de forma negativa e significativa com a acumulação de elementos: Fv/Fm: B, Ba, Co, Fe, Hg, Mg, Mn, Mo, N, P, S, Sb e Zn; Fm: Ba, Co, Hg, Mn, Mo, N, P, S, Sb e Zn; PSII: N e P; Exc: Mn, N, P e S. Estudos acerca da diversidade liquénica efetuados nos mesmos locais onde os transplantes foram colocados no local impactado, revelaram um menor valor de diversidade liquénica a 500 m da fábrica, que foi também o único local onde se encontraram espécies nitrófilas, o que se poderá dever à deposição de amónia e/ou poeiras. À semelhança de outros estudos, este trabalho confirma que os líquenes podem ser usados com sucesso em estudos de biomonitorização, mesmo em locais florestados. Além disso, traz também informações adicionais sobre como a acumulação de elementos pode influenciar a cinética da fluorescência da clorofila a em líquenes.

Avaliação sistemática do uso do Dried Blood Spot para determinação de elementos químicos em sangue capilar visando estudos de biomonitoramento no Brasil

A biomonitorização humana ou biomonitoramento (BH) é definido como a medida periódica de determinada substância química ou seu metabólito em fluidos biológicos, principalmente sangue e urina, de uma população com o objetivo de avaliar a exposição e os riscos à saúde. Tal método tem se tornado comum em países desenvolvidos, porém ainda é uma prática pouco utilizada no Brasil. Isso ocorre pela dificuldade de coleta, armazenamento e transporte das amostras, principalmente em regiões sem infraestrutura e de difícil acesso. Diante disso, alguns procedimentos alternativos de coleta de amostra vêm sendo propostos. Um destes procedimentos é o Dried Blood Spot (DBS) ou coleta e armazenamento de amostra em papel-cartão. Este método oferece uma série de vantagens sobre os procedimentos de coleta convencionais, principalmente por reduzir consideravelmente o volume de amostra coletada. Entretanto, pouco se sabe sobre a estabilidade dos analitos após a deposição da amostra no cartão e do risco de contaminação da amostra pelo substrato sólido. Além disso, procedimentos de extração dos analitos do papel, para posterior quantificação, ainda não estão totalmente estabelecidos. Neste sentido, o presente trabalho avaliou de forma sistemática o procedimento de coleta de sangue por DBS visando sua futura aplicação em programas de biomonitoramento no Brasil para determinação dos elementos químicos As, Cd, Cu, Hg, Mn, Pb, Se e Zn por espectrometria de massas com plasma indutivamente acoplado (ICP-MS). Para isso, no estudo foram utilizadas três diferentes marcas comerciais de cartão coletor: Whatman 903(TM), Munktell(TM), e DMPK-C(TM). Todas as marcas de cartão apresentaram baixas concentrações dos elementos químicos. Após a deposição da amostra no papel cartão verificou-se que a concentração dos elementos químicos manteve-se estável por um período de pelo menos 60 dias (temperatura ambiente e ao abrigo da luz). Foi otimizado o método de extração dos analitos do substrato, com melhor condição obtida após a imersão do papel (corte circular de diâmetro de 1/2´´) por 60 minutos em solução extratora (0,5% v/v HNO3 e 0,01% v/v Triton(TM) X-100) na proporção de 1:50 v/v, seguida de 10 segundos de agitação por vortex. Após a extração, a solução resultante contendo os analitos foi diretamente injetada no ICP-MS. Cabe também destacar que não foram observadas diferenças estatísticas nas concentrações dos elementos químicos com coleta de sangue da veia do antebraço (sangue venoso) ou do dedo (sangue capilar). Os resultados obtidos no presente estudo, devem contribuir para a implementação deste procedimento em análises de elementos químicos (biomonitoramento da população brasileira), principalmente considerando as dificuldades de coleta, armazenamento e transporte de amostras clínicas em nosso país por sua extensão territorial. Além disso, este procedimento pode facilitar estudos com populações vulneráveis e que vivem em áreas remotas e de difícil acesso.

Biomonitoring atlantic deep waters through the assessment of shark biomarkers

Os ecossistemas marinhos estão continuamente a ser sobrecarregados com contaminantes derivados de atividades humanas resultando numa dimunuição dos recursos marinhos. A exposição crónica a contaminantes, como metais pesados e poluentes orgânicos persistentes (POPs), pode afetar negativamente o ambiente marinho e, eventualmente, também os seres humanos. Grandes predadores pelágicos, como tubarões, são particularmente afetados pela poluição, principalmente através de processos de bioacumulação e biomagnificação. A fim de resolver o problema acima mencionado, são necessários estudos de avaliação de risco ambiental para prever os padrões de contaminação e evitar efeitos adversos que muitas vezes só são visíveis quando é tarde demais para tomar ações preventivas. Análises de concentração de químicos fornecem-nos informações sobre o nível de contaminação no ambiente; no entanto, podem não ser suficientes para entender como os organismos estão a ser afetados e há uma necessidade de relacionar essas quantificações com parâmetros biológicos. A avaliação de parâmetros bioquímicos, como a atividade enzimática, pode fornecer uma visão mais sensível e precisa sobre os níveis de contaminação. Tubarões como Prionace glauca são predadores de topo e portanto extremamente importantes nos ecossistemas marinhos. A sua grande distribuição, juntamente com o fácil acesso a amostras, fornecidas por barcos de pesca comercial, tornou-as um alvo favorável para utilização em ensaios toxicológicos. Este estudo teve como objetivo avaliar o potencial de P. glauca como uma espécie sentinela para pesquisas de monitorização de poluição, através do desenvolvimento e da aplicação de biomarcadores apropriados. As amostras de tecidos foram recolhidas de vinte tintureiras na costa de Portugal, a bordo de um barco comercial de pesca de espadarte. Níveis de POPs, assim como parâmetros bioquímicos relacionados com destoxificação, stress oxidativo e funções neuronais, foram medidos. A caracterização prévia da atividade das colinesterases no músculo e cérebro de P. glauca foi feita, já que não havia dados disponíveis sobre esta matéria. Esta caracterização foi essencial devido à existência de três classes de ChE conhecidas em peixes, acetilcolinesterase (AChE), butirilcolinesterase (BChE) e propionilcolinesterase (PChE), todas bastante suscetíveis a agentes anticolinérgicos, e outros contaminantes, tornando-as biomarcadores relevantes em estudos de monitorização de poluição. Os resultados obtidos indicaram que o cérebro de P. glauca aparenta possuir ChEs atípicas, revelando propriedades mistas de AChE e BChE e, que o músculo aparentemente possui maioritariamente AChE. A exposição in vitro a chloropyrifos-oxon provocou inibição de ChE das tintureiras em ambos os tecidos, com o cérebro sendo o tecido mais sensível e, por isso, o mais adequado para a detecção de compostos anticolinérgicos no ambiente. Este estudo indica que a actividade de ChE em tintureiras tem potencial para ser usada como um biomarcador sensível e fiável em programas de biomonitorização marinha. O fígado apresentou níveis mais elevados de POP, quando comparado com músculo. Foram encontradas correlações positivas e negativas entre os parâmetros de contaminação e de stresse oxidativo. Este estudo destaca a importância da caracterização de Che antes de a usar como um biomarcador em estudos ecotoxicológicos, e demonstra o grande potencial de P. glauca como espécie modelo e como sentinela de poluição marinha, através do uso de biomarcadores adequados.

Assessment of metals contamination (Cd, Pb, Ni) at the Óbidos Lagoon using Cerastoderma edule as a biomonitoring tool

A poluição marinha é um problema ambiental Mundial que afeta as constituintes bióticas e abióticas do Ecossistema. Os resultados de diversas atividades antropogénicas chegam ao meio marinho através de escorrências terrestres, industriais e agrícolas assim como através de descargas domésticas, causando distúrbios neste Ecossistema. Sendo assim, a avaliação da contaminação por metais é uma das prioridades tendo em conta que estes químicos têm comportamentos acumulativos e podem ser transportados ao longo de grandes distâncias. Nos estuários, os bivalves são componentes chaves das comunidades macrobentónicas devido o seu papel vital na comunidade e também por serem uma ótima fonte de alimentação para os seres Humanos. Na Lagoa de Óbidos, uma das espécies com estas características e intensamente apanhada é o berbigão Cerastoderma edule. Este berbigão foi descrito por vários autores como sendo tolerante a diversos poluentes. Sendo assim, no presente estudo, o principal objetivo foi utilizar C. edule como ferramenta de biomonitorização de contaminações por metais na Lagoa de Óbidos, avaliando a contaminação por Cádmio, Chumbo e Níquel durante as estações do ano de 2009 e 2010 em duas estações de amostragens (estação ML e BSB). Os resultados foram complementados com a análise de contaminações por metais em amostras de águas e sedimentos. Diversas respostas fisiológicas do berbigão foram também averiguadas de modo a perceber os efeitos da presença de metais e sua acumulação. Finalmente, avaliou-se a Dose Semanal Admissível Provisória (DSAP) para o consumo de berbigão para os mínimos e máximos de concentrações de metais detetados em cada estação de amostragem. Todos os metais foram detetados em amostras de água enquanto apenas o Pb foi detetado no sedimento. O Pb e o Ni foram detetados mais vezes na amostras biológicas do que o Cd. No entanto, as contaminações por metais Pb e Cd no berbigão foram frequentemente acima do limiar fixado pelas autoridades responsáveis enquanto o Ni se encontrou perto dos valores legislados. A avaliação da DSAP revelou a necessidade de aumentar a monitorização biológica neste berbigão visto que a dose semanal admissível foi muito baixa para os três metais. De um modo geral, C. edule refletiu as modificações ambientais, respondendo a modificações físico-químicas e contaminações por metais durante o período de estudo em ambas as estações de amostragem. Assim, este estudo permitiu concluir que Cerastoderma edule foi um bom e sensível indicador de contaminações por metais, especialmente para o Pb e preferencialmente para o Ni.

Importância do polimorfismo OGG1 Ser326Cys no estudo dos efeitos para a saúde que resultam da exposição ocupacional a genotóxicos: o caso da exposição a antioneoplásicos

O ensaio cometa é um dos ensaios de avaliação de genotoxicidade mais promissores de avaliação do risco humano, sendo recomendado para a monitorização de populações com exposição crónica a agentes genotóxicos. Os laboratórios são ambientes profissionais em que os trabalhadores podem encontrar-se expostos a agentes químicos. As drogas antineoplásicas são agentes químicos que são considerados carcinogénicos e, desta forma, medidas de protecção especiais devem ser adoptadas. O objectivo desta comunicação é contribuir para o desenvolvimento de um programa de biomonitorização que inclui a avaliação de genotoxicidade relacionada com biomarcadores de susceptibilidade genética.

Micotoxinas – contributos do projeto Mycomix e perspetivas futuras

As micotoxinas são metabolitos secundários produzidos por várias espécies de fungos, e que podem contaminar os alimentos nas diferentes fases de produção, colheita, armazenagem ou processamento. Além de constituir um problema económico e de segurança alimentar, a contaminação de alimentos com micotoxinas é essencialmente um problema de saúde pública, dado que estes compostos podem provocar efeitos graves na saúde humana e animal, estando classificadas pela Agência Internacional de Investigação em Cancro (IARC) como carcinogénicos dos grupos 1, 2B e 3. O projecto Mycomix PTDC/DTP/FTO/0417-2012 (2013-2015), que consistiu num estudo exploratório dos efeitos tóxicos de misturas de micotoxinas em alimentos para crianças revelou a presença de múltiplas micotoxinas em simultâneo em alimentos à base de cereais, indicando que as crianças poderão estar expostas a micotoxinas através da alimentação. No âmbito do projecto Mycomix foi avaliada a exposição de crianças a micotoxinas através da aplicação de diários alimentares para determinação do consumo alimentar. Como alternativa às metodologias de avaliação de risco baseadas no consumo alimentar, a Agência Europeia de Segurança Alimentar (EFSA) recomendou a implementação de metodologias harmonizadas de biomonitorização humana, que é uma metodologia que permite avaliar a exposição do Homem a substâncias naturais e sintéticas do meio ambiente, baseando-se na análise direta de biomarcadores em tecidos e fluidos. É por isso o único método para avaliar diretamente a exposição a determinada substância, a sua magnitude, e a sua variação ao longo do tempo.