Using mussels as bioindicators of microplastic contamination in coastal and estuarine waters

Abstract

A contaminação por microplásticos (< 5 mm) é uma das questões ambientais mais ameaçadoras da atualidade, intimamente relacionada ao uso humano e aos comportamentos de consumo, afetando os ecossistemas aquáticos, mas também. Apesar da importância dos ecossistemas aquáticos de transição como vetor de contaminação de microplásticos entre os rios e o oceano, ainda são poucos os estudos com foco nesses ambientes. Este estudo incide sobre a ingestão de microplásticos por mexilhões (Mytilus sp.) no estuário do Mondego (Portugal) e zonas costeiras adjacentes, bem como a presença de microplásticos nas águas superficiais circundantes, de forma a avaliar o seu potencial uso como bioindicador ou espécie sentinela da contaminação de microplásticos desses ecossistemas. Amostras de mexilhões (n= 30 por estação) e águas superficiais (10l) foram coletadas em seis estações (Buarcos, Cova, Embocadura, Braço Sul, Marina e Braço Norte) em novembro de 2021. Em laboratório, as amostras foram submetidas à digestão com hidróxido de potássio (KHO) 10% e peróxido de hidrogênio (H₂O₂), filtradas e armazenadas em placas de Petri para posterior caracterização. Os filtros foram então observados e os microplásticos suspeitos extraídos e caracterizados (tamanho, forma e cor) usando um estereomicroscópio. Foram identificados microplásticos em todas as estações de amostragem, em 151 (83,8%) dos mexilhões coletados (n = 180). No total, foram registados 554 microplásticos em mexilhões com tamanhos variados (valor médio de 4.465 ± 1.203 cm), com um peso médio de 50.000 ± 42.861 gramas. Diferenças significativas em relação à abundância de microplásticos ingeridos pelos mexilhões foram apenas observadas entre as estações dentro do local de estudo - maiores concentrações foram encontradas na estação “Braço Sul” do estuário, apresentando um valor médio de 6.167 ± 5.867 microplásticos por mexilhão (p(perm) > 0,05). As fibras foram o tipo de microplástico mais comum ingerido pelos mexilhões (75.94%), em todos os locais, e o azul foi a cor mais comum encontrada (40.76%). Em águas superficiais, foram recuperados 159 microplásticos de todas as amostras com tamanho médio de 1.804 ± 1.637 mm. As fibras também foram o tipo de microplástico mais abundante (92.45%) e o azul a cor mais comum (55.34%). Contrariamente às amostras de mexilhão, as amostras de água com maiores valores de abundância foram registadas na Marina e Braço Norte. Portanto, não se encontrou uma correlação entre a abundância de microplásticos entre mexilhões e águas superficiais, nem um padrão claro nos diferentes locais de amostragem. Esees resultados sugerem que existe contaminação por microplásticos no estuário e áreas costeiras adjacentes e que os mexilhões ingerem essas partículas. Podem, assim, ser consideradas espécies sentinelas da poluição por microplásticos. A resolução em escala espacial deste estudo não permitiu uma inferência clara sobre sua correlação com as águas superficiais, portanto no futuro uma escala maior deve ser testada assim como outros compartimentos hídricos (coluna d'água) para inferir se eles podem realmente ser usados como bioindicadores nestes ecossistemas.

Microplastic contamination (< 5 mm) is one of the most threatening current environmental issues, tightly related to human use and consumption behaviors, and affecting aquatic ecosystems. Despite the importance of transitional aquatic ecosystems as a vector of microplastic contamination between rivers and the ocean, there are still few studies focusing on these environments. This study focuses on the ingestion of microplastics by mussels (Mytilus sp.) in the Mondego Estuary (Portugal) and adjacent coastal areas, as well as the presence of microplastics in surrounding surface waters, to assess their potential use as bioindicator or sentinel species of microplastic contamination in these ecosystems. Mussels (n= 30 per station) and surface water (10l) samples were collected in six stations (Buarcos, Cova, Embocadura, Braço Sul, Marina and Braço Norte) in November 2021. In the laboratory, these samples were subjected to digestion with potassium hydroxide (KHO) 10% and hydrogen peroxide (H₂O₂), filtered and stored in Petri dishes for further characterization. The content of the filters were then observed and suspected microplastics extracted and characterized (size, shape and color) using a stereomicroscope. Microplastics were found in all stations, in 151 (83.8%) of the collected mussels (n = 180). In total, 554 microplastics were registered in mussels with varying shell sizes (mean value of 4.465 ± 1.203 cm), with an average weight of 50.000 ± 42.861 grams. Significant differences regarding microplastic abundance ingested by mussels were only observed between stations within the study site - higher concentrations were found at “Braço Sul” station of the estuary, presenting a mean value of 6.167 ± 5.867 microplastics ingested per mussel (p(perm) > 0.05). Fibers were the most common type of microplastics ingested by mussels (75.94%) in all locations, and blue the most common color found (40.76%). In surface waters, 159 microplastics were recovered from all the samples, with an average of 1.804 ± 1.637 mm in size. Fibers were also the most abundant type of microplastic found (92.45%), and blue the most common color (55.34%). Contrary to mussel samples, the water samples with the highest abundance values were recorded at Marina and Braço Norte. Therefore, being unable to correlate the abundance of microplastic contamination between mussels and surface waters as well as recognize a clear pattern across the sampling site. These results suggest that microplastic contamination occurs within the estuary and adjacent coastal areas, and that mussels are ingesting these particles. Therefore, they can be considered sentinel species of microplastic pollution. The spatial scale resolution of this study did not allow a clear inference about their correlation with the water surface so in the future a wider scale should be tested as well as other water compartments (water column) to infer if they can truly be used as bioindicators in these ecosystems.