A short-term sublethal in situ toxicity assay with snails to assess and monitor river water quality : a tool for a functional approach

Abstract

Nas últimas décadas os níveis de poluição aumentaram consideravelmente nos sistemas aquáticos devido a atividades antropogénicas, levando à necessidade do desenvolvimento de ferramentas para avaliar e monitorizar o estado ecológico da água. Face à necessidade de alargar o conjunto de ferramentas ecotoxicológicas já existentes para avaliar e monitorizar a qualidade da água, particularmente em rios, o objetivo deste trabalho foi desenvolver um ensaio in situ, subletal e de curta duração, baseado na alimentação após a exposição de um caracol de água doce, o T. fluviatilis. Para alcançar este objetivo foi desenvolvido, em condições laboratoriais, um método para quantificar com precisão a taxa de alimentação de T. fluviatilis, que consiste em fornecer 150 nauplii descongelados de A. franciscana durante um período de 3 horas no escuro. A sensibilidade da resposta alimentação após exposição foi depois testada através da sua comparação com a letalidade, após expor os organismos a uma gama de concentrações de cádmio. A concentração efetiva mediana de cádmio às 48 horas para a alimentação após exposição (EC50) foi de 179 μg/L e para a mortalidade (LC50) de 208 μg/L, e o valor de LC50 às 96 horas foi de 141 μg/L. Assim sendo, a resposta letal e subletal mostraram ter uma sensibilidade semelhante ao cádmio. Face a estes resultados, a inibição da alimentação e a mortalidade foram integradas num único parâmetro, recentemente proposto – inibição imediata do consumo da população (popEC50) – já que uma depressão na alimentação ao nível da população é causada tanto pelos organismos que morreram como pela inibição na alimentação dos que permaneceram vivos. O popEC50 para as 48 horas de exposição ao cádmio foi calculado através de dois métodos, que originaram valores semelhantes, 157 e 150 μg/L, e revelaram que para o LC50 às 48 horas (179 μg/L) a inibição imediata no consumo da população seria de 79%, o que corresponde a uma forte disrupção da função dos caracóis no ecossistema. A influência das condições ambientais na resposta da alimentação após exposição foi avaliada realizando um ensaio in situ em cinco locais de referência abrangendo diferentes condições de exposição relativamente às variáveis temperatura, velocidade da corrente, dureza, condutividade, e conteúdo de matéria orgânica e distribuição do tamanho de partículas do sedimento (percentagens de cascalho, areia e finos). Não foram incluídas no modelo a temperatura, porque a variação entre os locais foi mínima, nem a condutividade e a percentagem de cascalho e finos devido a uma forte colinearidade com outras variáveis. O modelo da regressão não mostrou uma influência significativa das condições ambientais na resposta da alimentação após exposição, demonstrando que o ensaio pode ser realizado em locais com diferenças em todas estas variáveis ambientais investigadas dentro dos intervalos testados. Finalmente, a eficácia do ensaio in situ desenvolvido foi avaliada expondo os organismos em três locais de referência e cinco locais contaminados nas bacia dos rios Mondego e Sado. Após 48 horas de exposição in situ, os organismos do único local contaminado onde a mortalidade não foi 100% (sobrevivência de 6%) apresentaram uma inibição na alimentação após exposição relativamente ao local de referência da mesma bacia (de 46%), mostrando que a alimentação após exposição do T. fluviatilis é uma resposta potencialmente válida para detetar efeitos de contaminantes. Assim sendo, o ensaio desenvolvido constitui uma importante adição para o conjunto de ensaios in situ já existentes para avaliar e monitorizar a qualidade da água de rios, embora mais estudos devam ser realizados principalmente para investigar a sensibilidade do ensaio proposto a maior gama de valores das variáveis ambientais e diferentes tipos de contaminantes.

In the last decades, pollution has greatly increased in aquatic systems due anthropogenic activities, leading to the need to develop tools to assess and monitor river water quality. Faced with the need to enlarge the existent battery of toxicity tools to assess and monitor water quality, particularly in rivers, the aim of the present study was to develop a short-term sublethal in situ assay based on the postexposure feeding of the freshwater snail T. fluviatilis. To achieve this purpose, a method to precisely quantify the feeding rate of T. fluviatlis was first developed under laboratory conditions, consisting of a 3-hours feeding period on 150 defrosted nauplii of A. franciscana in darkness. The sensitivity of the postexposure feeding response was then tested by comparing it with lethality after exposing the organisms to a range of cadmium concentrations. The 48-hours effective median cadmium concentration for postexposure feeding (EC50) was 179 μg/L and for lethality (LC50) was 208 μg/L, whereas the 96-hours LC50 was 141 μg/L. Therefore, the lethal and sublethal responses showed a similar sensitivity to cadmium. Faced with this finding, the feeding inhibition and mortality were integrated into a recently proposed single population parameter – immediate inhibition of population consumption (popEC50) – since the feeding depression at the population level is caused by both the dead organisms and the feeding inhibition alive ones. The 48-hours popEC50 after exposure to cadmium was calculated through two methods which originated similar values, 157 and 150 μg/L, and revealed that at the 48-hours LC50 concentration (179 μg/L), the immediate inhibition of population consumption would be 79%, which corresponds to a high disruption of the snails ecosystem function. The influence of environmental conditions on the postexposure feeding response was evaluated by performing an in situ assay at five reference sites covering different exposure conditions regarding the variables temperature, current velocity, hardness, conductivity, and sediment organic matter content and particle size distribution (percentages of gravel, sand and silt). Yet, temperature was not included in the model because the variation among sites was minimal and neither conductivity nor percentages of silt and gravel due to strong collinearity with other variables. The regression model showed no significant influence of either environmental condition on the postexposure feeding response, demonstrating the assay can be performed at sites with differences in all investigated environment conditions within the tested ranges. Finally, the effectiveness of the developed assay was evaluated by exposing organisms at three reference and five contaminated sites within the Mondego and Sado river basins. After a 48-hours in situ exposure, organisms at the single impacted site were mortality was not 100% (survival of 63%) presented a feeding inhibition relatively to the correspondent reference site (by 46%), showing that the postexposure feeding of T. fluviatilis is a potential valid response to detect contaminant effects. Therefore, the developed assay constitutes an important addition to the already existing battery of in situ assays used to assess and monitor rivers water quality, even though further studies should be performed mainly on its sensitivity to wider ranges of environmental variables and different types of contaminants.