Estuaries are subjected to multiple anthropogenic stressors, among them enhanced inputs of potentially toxic trace metals. These are commonly derived from human activities, including mining, sewage discharge or fossil fuel burning, displaying high persistence in estuaries and affecting ecosystem health. In this study, multi-elemental concentrations of metals in fish tissues and water from major Portuguese estuaries were determined via Total X-ray Fluorescence Spectroscopy, to assess temporal and spatial variability patterns, which could be linked to environmental contamination, fish species ecology and origin of collection. Temporal changes in muscle and spatiotemporal variations in water elemental composition were assessed in the Mondego estuary and for juvenile Platichthys flesus. A multi-taxa and -estuary approach to metal distribution in muscle and liver tissues, and in water, was used to assess spatial variability of trace elements and our ability to accurately determine estuary of origin and inter-species differences. Target species included Diplodus vulgaris, D. bellottii, D. sargus, Platichthys flesus, Solea senegalensis, S. solea, Dicentrarchus labrax, Sparus aurata and Halobatrachus didactylus, collected from four Portuguese estuaries (Douro, Tejo, Sado and Mira). Results show that metal concentrations in Mondego water and P. flesus muscle were generally low, albeit some juveniles had metal loads above food safety thresholds. Multivariate statistical analysis, using canonical ordination methods (CAP), was only able to discern temporal variability of metal signatures in fish. However univariate analysis showed explicit relationships between abiotic factors (salinity and pH) and metals (e.g. Na, Cr, Mn, Sr, Cd and Hg) along the estuarine gradient. CAP analysis of muscle and liver elemental composition evidenced differences between tissues, with higher discretion capability in liver samples. Estuary elemental signatures were separated with a higher accuracy than species, which highlights environmental conditioning and underpins the potential of multi-elemental signatures to identify the estuary of origin and fish species.Os estuários estão sujeitos a várias pressões antropogénicas, entre elas, metais potencialmente tóxicos. Estes, derivam frequentemente de atividades humanas, incluindo a extração mineira, a descarga de águas residuais ou a queima de combustíveis fósseis, e possuem uma elevada persistência nos estuários afetando a saúde do ecossistema. Apesar de ocorrerem naturalmente no ambiente, os metais estão presentes em quantidades vestigiais, geralmente com pouco ou nenhum efeito tóxico. Alguns são essenciais à vida, como os micronutrientes (Cu, Zn, Fe, Mn, Co, Mo, Cr e Se) e os macronutrientes (Ca, Mg, Na, P e S), que regulam funções importantes do corpo por meio de reações de redução e oxidação. Contudo, em concentrações elevadas, todos os metais são tóxicos, especialmente porque se bioacumulam em organismos, potencialmente perturbando o crescimento, o metabolismo ou a reprodução de toda a cadeia trófica, incluindo os seres humanos. A poluição de estuários por metais é especialmente preocupante para espécies de peixes devido às suas relações complexas com os ambientes aquáticos de transição e o seu valor socioeconómico para os seres humanos. Ao longo de todo o seu ciclo de vida, muitas espécies de peixes utilizam estuários para fins ontogenéticos, de forma facultativa ou oportunista.
O trabalho atual divide-se em dois capítulos: o capítulo 2 aborda variações temporais de elementos no músculo de juvenis Platichthys flesus e espaço temporais na composição elementar das águas recolhidas ao longo de todo o gradiente do estuário do Mondego; e o Capítulo 3, explora uma abordagem multi-taxa e -estuários ao estudo da distribuição de metais em tecidos moles, e em águas, para determinar a variabilidade espacial de elementos químicos em estuários, e adicionalmente se assinaturas elementares têm a capacidade de distinguir com precisão o estuário de origem e diferenças inter-espécies de peixes. A técnica escolhida para medir as concentrações multi-elementares em amostras, foi a espectroscopia de fluorescência total de raios X. Em vários estudos foi estabelecido que esta técnica é altamente eficiente na leitura elementar simultânea e menos trabalhosa em comparação com métodos convencionais.
No capítulo 2, o estuário de Mondego é um sistema bem misturado, com muito poucas pressões antropogénicas, e a espécie de peixe que foi selecionada, estritamente em fases juvenis, a solha europeia (Platichthys flesus) é um organismo marinho migrador. Ao considerar uma única espécie de peixe e limitando os indivíduos à mesma idade, pretendemos ter em conta variações na composição dos tecidos metálicos induzidas por diferenças fisiológicas ou metabólicas, e assegurar que os padrões temporais de concentrações de metais estão fortemente ligados ao ambiente. Além disso, tendo em conta que P. flesus é uma espécie marinha migradora, que utiliza o estuário durante a sua fase juvenil e que passa a fase adulta no mar, presume-se que todos os indivíduos têm aproximadamente o mesmo nível de exposição ambiental.
Em relação ao capítulo 3, foram considerados quatro sistemas estuarinos: Tejo é o maior estuário de Portugal (320 km2), onde se encontram grandes atividades portuárias e de navegação, várias indústrias e escoamento urbano e agrícola, e a sua bacia hidrográfica é uma das zonas mais densamente povoadas do país (região de Lisboa); Sado é o segundo maior estuário (212,4 km2), seguido do Douro (7,3 km2), e ambos estão sujeitos a importantes atividades antropogénicas (atividades portuárias e de navegação, urbanização, agricultura), que podem influenciar a abundância e a estrutura comunitária dos peixes; o estuário do Mira é o sistema incluído mais pequeno (4,7 km2) e é geralmente considerado sob baixa pressão antropogénica, embora tenha sido caracterizado como altamente vulnerável. As espécies-alvo desses estuários incluem: sete espécies marinhas migratórias, Diplodus vulgaris, Diplodus bellottii, Diplodus sargus, Platichthys flesus, Solea senegalensis, Solea solea e Dicentrarchus labrax; uma espécie marinha oportunista, Sparus aurata e um residente estuarino, Halobatrachus didactylus. Os tecidos analisados nas várias espécies foram músculo e fígado. Estes são os órgãos mais estudados na literatura sobre acumulação de metais, e apresentam diferentes oportunidades de relacionar contaminação ambiental com a carga de metais em peixes. O músculo é a principal parte comestível do peixe, o que o torna uma possível ameaça para a saúde humana, e o fígado é o principal local de acumulação responsável por importantes processos de transformação, armazenamento e distribuição de poluentes no organismo.
O objetivo deste estudo é medir e examinar a distribuição de metais em dois tecidos moles metabolicamente diferentes e em água, o que inerentemente avalia a qualidade dos sistemas costeiros em questão, e clarifica a influência de alguns fatores importantes na distribuição de metais no ambiente e na bioacumulação, como diferenças fisiológicas, a dinâmica do estuário e estratégias de vida. Além disso, tentamos destacar a eficácia das assinaturas elementares em tecidos moles na determinação da origem de espécies.
Os resultados mostram que as concentrações de metais na água do Mondego e no músculo de P. flesus eram geralmente baixas, embora alguns juvenis tivessem níveis de mercúrio acima dos limites de segurança alimentar. A análise estatística multivariada, usando métodos de ordenação canónica (CAP), só foi capaz de discernir a variabilidade temporal das assinaturas metálicas em peixes. No entanto, a análise univariada mostrou relações explícitas entre fatores abióticos (salinidade e pH) e metais (por exemplo, Na, Cr, Mn, Sr, Cd e Hg) ao longo do gradiente estuarino. A análise CAP da composição elementar do músculo e do fígado no estudo multi-taxa evidenciou diferenças entre os dois tecidos, e as assinaturas elementares do fígado aparentaram ter uma maior capacidade de discriminação. As amostras de peixes de diferentes estuários foram separadas com uma precisão maior do que as de diferentes espécies, o que destaca o condicionamento ambiental da composição elementar de tecidos e reforça o potencial das assinaturas multi-elementares para identificar o estuário de origem e as espécies de peixes. A análise CAP da água indicou alguma semelhança entre a composição química da água dos vários estuários. Entre os sistemas analisados Mira e Douro apresentaram teores significativamente mais elevados dos metais perigosos Cu e Pb, e Hg e Cd respetivamente. As amostras de água de todos os estuários geralmente ultrapassam o limite de Hg imposto em águas superficiais pela União Europeia. De acordo com os rácios dos metais no músculo, calculados com base nas diretrizes de segurança alimentar, os peixes do Sado e do Tejo foram os mais poluídos por metais e as espécies D. labrax, D. bellottii, H. didactylus e S. solea foram as mais afetadas. Em geral, a análise elementar dos componentes abióticos e bióticos dos estuários fornecem informações cruciais sobre o estado do ecossistema, evitando a deterioração da saúde de ambos a biota e dos humanos. Além disso, as assinaturas elementares no fígado dos peixes e no tecido muscular podem vir a ser ferramentas eficientes para determinar a proveniência dos peixes.This work was developed with the scope of projects:
MESCLA - “Melhorar e complementar os critérios de classificação do estado das massas de água de transição e costeiras” (POSEUR-03-2013-FC-000001); and “MarCODE - Desenvolvimento e Aplicação de Ferramentas Bioquímicas de Rastreamento de Produtos Comerciais Marinhos” (MAR-01.03.01-FEAMP-0047), which provided support for field sampling and analytical costs
