Evaluación de las concentraciones de Pb, Cd, Ni, Cr y Cu en Amphimedon viridis y Niphates erecta en ambientes contrastantes respecto al impacto antrópico

Abstract

La intensificación de las actividades antrópicas, con el inicio de la Revolución Industrial, produjo impactos notorios sobre los ecosistemas marinos, ya que éstos son sitios primordiales de recepción de efluentes industriales y domésticos, así como asiento de diferentes actividades productivas como pesquería, transporte de bienes y personas, y turismo. Los ecosistemas marinos están sujetos a una gran cantidad de perturbaciones. Actualmente los estudios de impacto ambiental consideran sus análisis desde el nivel molecular hasta ecosistemico, incluyendo la amplia gama de especies que representan diferentes niveles tróficos y hábitats, para dar una visión en conjunto de las presiones que se mantienen sobre estos (Cebrian, y col. 2006). Los metales pesados son elementos que se encuentran entre los contaminantes más frecuentes resultantes de las actividades antrópicas; sin embargo, la determinación e interpretación del comportamiento de estos elementos en el medio marino es compleja, debido a la naturaleza y características del medio. En todo caso, la calidad química de las aguas, sedimentos y de la biota marina pueden ser reflejo de la contaminación a la cual ha estado sometida un área específica. Esta investigación llevó a cabo una evaluación comparativa de las concentraciones de metales pesados en dos especies de esponjas marinas en diferentes localidades de la costa venezolana, con el objetivo de evaluar su posible capacidad para reflejar las condiciones del entorno marino en cuanto a la contaminación con estos elementos. La selección de esponjas se debe a que son organismos sésiles, exclusivamente filtradores y desarrollan su ciclo de vida en un mismo lugar. Estos rasgos los hacen potencialmente útiles como biomonitores, bioindicadores o “vigilantes” biológicos. Para ello se determinaron las concentraciones de Pb, Cd, Ni, Cr y Cu en las esponjas marinas, Amphimedon viridis y Niphates erecta y en los sedimentos de dos ambientes arrecifales contrastantes respecto a su impacto antrópico, uno ubicado en el Parque Nacional Archipiélago de Los Roques específicamente en la zona de Dos Mosquises, sin ninguna influencia de industrias pesadas, aunque si del tránsito turístico de embarcaciones y otro en la Bahía de Bergantín, estado Anzoátegui, ubicada frente a una refinería petrolera, con un tránsito pesado de buques y recepción de descargas domésticas e industriales. Las esponjas fueron procesadas a través de una digestión ácida en horno microondas, en tanto que para los sedimentos se llevó a cabo un protocolo de extracción secuencial BCR–701 que incluyo hasta sus etapas 1 y 2 (total de metales biodisponibles). Las concentraciones totales de los elementos traza en ambos tipos de muestras se determinaron por Espectrometría de Absorción Atómica Electrotérmica (ETAAS) y adicionalmente se hizo la determinación de materia orgánica total (MOT) y granulometría de los sedimentos. A través de los análisis estadísticos, se determinó que existen interacciones significativas para las concentraciones de níquel (Ni), cromo (Cr) y cobre (Cu) entre las dos especies y las dos localidades, siendo los niveles promedio de la concentración de níquel para Niphates erecta significativamente mayores en el P. N. A. Los Roques, en comparación a las concentraciones de cromo (Cr) que presentaron diferencias significativas para las dos localidades, siendo las concentraciones de ambas especies mayores en Bahía de Bergantín que en el P. N. A. Los Roques. La concentración de cobre (Cu) fue significativamente mayor para la especie N. erecta en la Bahía de Bergantín respecto a la media de la misma especie en el P. N. A. Los Roques y las concentraciones de A. viridis en ambas localidades estudiadas. Las concentraciones de plomo (Pb) y cadmio (Cd) se analizaron por pruebas unifactoriales dando diferencias significativas entre los valores promedio de localidades (el Pb resultó mayor en la Bahía de Bergantín y el cadmio en el P. N. A. de Los Roques), mas no entre las especies. Por otro lado, se determinaron las concentraciones en los sedimentos para las dos primeras etapas de la extracción secuencial y se encontró que las mismas fueron significativamente mayores para el Pb, Cr y Cu en el P. N. A. Los Roques que para la Bahía de Bergantín, pero no se observaron diferencias significativas entre las dos localidades para el Cd y el Ni. Las concentraciones de cobre y níquel son las más altas entre los metales analizados en los sedimentos de ambas localidades y estos son también los metales más acumulados por ambas especies de poríferos; sin embargo no hay una estricta proporcionalidad entre éstas. Las inconsistencias de los contenidos de metales pesados entre las esponjas y los sedimentos, la podemos atribuir principalmente a las diferencias en las características mineralógicas de los sedimentos de cada zona de estudio (mayoritariamente carbonatos para P. N. A. de Los Roques en contraste con mayoritariamente terrígenos alumino-silicatos para la Bahía de Bergantín), así como también a las diferencias en la hidrodinámica de los sitios. Como conclusiones de este trabajo podemos decir que existe bioacumulación de los metales pesados en ambas especies de esponjas, N. erecta y A. viridis., Niphates erecta en general fue la especie que acumuló más metales pesados (Pb= 0,55-2,6g g-1; Ni= 3,3-23g g-1; Cu= 11-19g g-1) comparada con A. viridis (Cd= 0,79-2,31g g-1 Cr= 0,33-2,8g g-1; Cu=10,4-10,6g g-1). El metal que fue bioacumulado en mayor concentración para las dos especies de esponjas en ambas localidades fue el cobre (Cu), lo que sugiere que pueden existir en estos organismos mecanismos específicos de incorporación y retención de este elemento.

Summary The intensification of anthropic activities, particularly since the beginning of the Industrial Revolution, has led to notorious impacts in many marine ecosystems, as these are the final receptors of most industrial and domestic waste, as well as the sites of many productive activities, among them fisheries, transport of goods and people, and tourism. Currently, studies of environmental impact include analyses from the molecular level to the whole ecosystem, including the wide spectrum of living species corresponding to the different habitats and trophic levels, to give an integrated vision of the set of pressures being exerted on the systems (Cebrian, et al. 2006). Heavy metals are among the most common contaminants resulting form anthropic activities. However, the analysis of the behavior of these elements in marine ecosystems is complex due the special characteristics of these environments. In any case, it is expected that the chemical quality of the waters, sediments and marine biota of a given area could reflect the contaminant pressures it had been subjected to. In this work we carried out a comparative evaluation of the concentration of heavy metals in two species of marine sponges at two different locations of the Venezuelan coast, in order to analyze their potential capacity to reflect the contamination of their environments by these elements. The selection of these species of sponges was due to the fact that both of them are sessile, feed exclusively by filtration and develop their full life cycle in a given site. Such characteristics make them potentially useful as biomonitors, bioindicators or biological “vigilants”. To evaluate this hypothesis the concentrations of Pb, Cd, Ni, Cr y Cu were evaluated in the marine sponges Amphimedon viridis and Niphates erecta and sediments in two contrasting coral reef environments, the National Park Los Roques archipelago (particularly in the Dos Mosquices area) without the impact from heavy industries, and Bergantín Bay, Anzoátegui state, located in front of an oil refinery with heavy traffic of ships, as well as domestic and industrial discharges. The sponges were processed by acid digestion in a microwave oven while for the sediments a protocol of sequential extraction (BCR-701, stages 1 and 2) was used, leading to total bioavailable metals. The total concentrations of the trace metals in both types of samples were determined using Electrothermal Atomic Absorption Spectroscopy (ETAAS); additionally, the content of total organic matter of the samples was determined and granulometric analysis of the sediments was carried out. Statistical analysis of the results indicated that there were significant interactions among the concentrations of Ni, Cr and Cu for the two species in the two locations: the mean concentration of Ni in Niphates erecta was significantly higher in National Park Los Roques than at Bergantín Bay and higher that those in A. viridis in both locations, while Cr mean levels for both species were higher in Bergantín Bay than in National Park Los Roques. For Cu the mean levels in Niphates erecta were significantly higher in Bergantín Bay than in National Park Los Roques and higher that those in A. viridis in both locations. The results of the assays for Pb and Cd were analyzed using unifactorial tests, which indicated statistically significant differences between the two locations (Pb higher in Bergantín Bay than in National Park Los Roques, while the converse was true for Cd), but no significant differences were seen among the sponge species. On the other hand, the levels of heavy metals in sediments were determined following the two-stage sequential extraction method and it was found that the mean values for Pb, Cr y Cu in National Park Los Roques were higher than for Bahía Bergantín Bay, but no significant differences were observed for Cd y el Ni among the two locations. The levels of Cu and Ni were the highest in the sediments of both locations and also in the two sponges, but there were no quantitative proportionality between the levels in sediments and sponges. This lack of consistency could be attributed to the different mineralogical properties of the sediments of the two locations (mostly carbonates for those of National Park Los Roques in contrast to mostly terrigenous in Bergantín Bay), as well as to differences in the hydrodynamics at the two sites. In conclusion, it was shown that both sponge species, N. erecta and A. Viridis, can accumulate significant levels of the heavy metals investigated. In general, Niphates erecta displayed higher levels of accumulation (Pb= 0,55-2,6g g-1; Ni= 3,3-23g g-1 ; Cu= 11-19g g-1) compared with A. viridis (Cd= 0,79-2,31g g-1 Cr= 0,33-2,8g g-1; Cu=10,4-10,6g g-1). Cu was the metal accumulated at highest level for both species in both locations, suggesting that these organisms may have specific mechanisms for the uptake and retention of this element.