Implicações ecológicas e ecotoxicológicas de cianobactérias e cianotoxinas em peixes

Abstract

Florações de cianobactérias representam grave problema para a qualidade da água de lagos e reservatórios, pela produção de toxinas que podem causar danos a organismos aquáticos e seres humanos. Como implicação, o processo de formação de colônias ou agregados de cianobactérias impede a predação pelo zooplâncton, mas, por outro lado, aumenta a vulnerabilidade das cianobactérias à pressão de herbivoria por peixes filtradores. Estudos experimentais têm quantificado as taxas de ingestão de algas e cianobactérias por Oreochromis (tilápia) em laboratório, porém, pouco se sabe sobre interações de espécies de peixes nativos, como do gênero Geophagus (cará) com cianobactérias. Neste sentido, os objetivos deste estudo foram (1) investigar, experimentalmente, medidas de controle natural de cianobactérias através da utilização de peixes filtradores nativos e exóticos; (2) identificar estruturas relacionadas à eficiência de filtração nestes peixes e (3) avaliar mecanismos de dano-reparo enzimático em peixes que tem sua dieta baseada na ingestão de cianobactérias tóxicas, através da relação de enzimas antioxidantes e a ocorrência de estresse oxidativo devido à possibilidade de produção de cianotoxinas. Experimentos foram realizados avaliando as taxas de consumo das cianobactérias Microcystis aeruginosa e Cylindrospermopsis raciborskii por Oreochromis sp. (espécie exótica) e Geophagus brasiliensis (espécie nativa). Os tratamentos, em triplicata, incluíram peixes de duas classes de tamanho (Tratamento1: peixes de 5-10 cm; Tratamento 2: peixes de 10-15 cm); três concentrações de cianobactérias (10μg/L, 20μg/L e 40 μg/L) e controles contendo somente inóculo algáceo nas concentrações 10μg/L, 20μg/L e 40 μg/L. Com o intuito de evidenciar diferenças entre os tratamentos foi realizada análise da variância (ANOVA). Análises morfológicas nas brânquias de exemplares utilizados nos experimentos foram realizadas através de microscopia eletrônica de varredura (MEV) para verificar a existência de estruturas relacionadas à eficiência de filtração nestes peixes. Por fim, para avaliar os efeitos das cianotoxinas nos exemplares utilizados nos experimentos foram realizadas análises bioquímicas de lipoperoxidação (LPO) avaliando o dano oxidativo e a atividade das enzimas antioxidantes catalase (CAT) e glutationa-s-transferase (GST) no fígado e nas brânquias dos exemplares. Com o intuito de evidenciar diferenças entre os tratamentos foi realizada análise da variância (ANOVA one-way). Para Oreochromis sp. frente à ingestão/filtração de M. aeruginosa, em todas as concentrações foram observadas diferenças significativas (p<0,05). Nos organismos-teste do tratamento 1 ocorreu decréscimo nas concentrações de cianobactérias, já nos organismos-teste do tratamento 2 ocorreu aumento das concentrações de cianobactérias ao longo do tempo. Para Oreochromis sp. frente à ingestão/filtração de C. raciborskii, diferenças significativas (p<0,05) foram observadas principalmente nas concentrações 10μg/L e 20μg/L quanto à redução das concentrações de cianobactérias ao longo do tempo. No experimento utilizando G. brasiliensis frente à ingestão/filtração de M. aeruginosa, não ocorreram diferenças significativas (p>0,05) nas concentrações 10μg/L e 40μg/L, entretanto ocorreu uma diminuição nas concentrações de cianobactérias. Contudo, no experimento avaliando as taxas de ingestão/filtração de C. raciborskii por G. brasiliensis ocorreu redução na concentração de cianobactérias nas concentrações 10μg/L e 20μg/L em ambos os tratamentos (p<0,05). Resultados das análises morfológicas através de microscópio eletrônico de varredura evidenciaram a existência de micro-espinhos branquiais, tanto em Oreochromis sp. quanto em G. brasiliensis, validando a possibilidade de G. brasiliensis poder ser utilizado como controle natural de cianobactérias. Análises do balanço oxidativo revelaram como padrão geral para ambas as espécies de ciclídeos avaliados, a ocorrência de alterações bioquímicas nas condições testadas. Porém nestas condições-teste (espécies de peixes e de cianobactérias, concentrações das cianobactérias avaliadas e tempo de experimento) estes danos foram reparados pela ação das enzimas antioxidantes. Os resultados obtidos neste estudo representam importantes conhecimentos para o manejo e restauração de ecossistemas aquáticos eutrofizados baseado em interações de espécies.

Cyanobacteria blooms represent a serious problem for the quality of water from lakes and reservoirs, the production of toxins to aquatic organisms and humans. As implication, the process of formation of colonies or aggregates of cyanobacteria preventing predation by zooplankton, but on the other hand, increases the vulnerability of the cyanobacteria to filtrating pressure by herbivorous fish. Experimental studies have quantified the ingestion rates of algae and cyanobacteria by Oreochromis (tilapia) in the laboratory, however, little is known about interactions of species of native fish such as the genus Geophagus (cará) with cyanobacteria. In this sense, the objectives of this study were (1) to investigate experimentally measured natural control of cyanobacteria by using filter-native and exotic fishes, (2) identified structures related to the filtration efficiency in these fishes (3) evaluating mechanisms of damage-repair enzyme in fish that have diet based on their ingestion of toxic cyanobacteria, through the relation antioxidant enzymes activity and the occurrence of oxidative stress. Experiments were conducted to evaluate the consumption rates of cyanobacteria Microcystis aeruginosa and Cylindrospermopsis raciborskii by Oreochromis sp. (exotic species) and Geophagus brasiliensis (native species). Were determined treatments in triplicate consisting of fish of two size classes (Treatment 1: fish 5-10 cm; Treatment 2: fish 10-15 cm); three cyanobacterial concentrations (10μg/L, 20μg/L and 40μg/L) and controls containing only algal inoculums concentrations 10μg/L, 20μg/L and 40μg/L. In order to show differences between treatments analysis of variance (ANOVA) was performed. Morphological analysis in the gills of specimens used in the experiments were carried out using scanning electron microscopy (SEM) to verify the existence of the structures related to filtration efficiency in these fishes. To assess the effects of cyanotoxins on the specimens used in the experiments biochemical analyzes were performed in the liver and gill measuring lipoperoxidation (LPO) assessing oxidative damage, and antioxidant enzymes catalase (CAT) and glutathione-s-transferase (GST). In order to show differences between treatments analysis of variance (ANOVA) was performed. Designed to evaluate whether the concentrations and the treatments were effective was an analysis of variance ANOVA two-way and in order to highlight differences between treatments was performed analysis of variance ANOVA. Morphological analysis in the gills of samples used in the experiments were performed using scanning electron microscopy (SEM) to verify the existence of related structures to the filtration efficiency in these fish. To assess the effects of cyanotoxins in the animals used in the experiments were performed biochemical analyzes in the liver and gills of lipoperoxidation (LPO) assessing oxidative damage, and the activity of antioxidant enzymes catalase (CAT) and glutathione-S-transferase (GST). In order to highlight differences between treatments was performed analysis of variance (one-way ANOVA). For Oreochromis sp. the intake/filtration of M. aeruginosa in all concentrations were significant differences (p<0.05) in test organisms in T1 were decreasing concentrations of the cyanobacteria and the test organisms in T2 was increased concentrations of cyanobacteria over time. In the experiment using G. brasiliensis the intake/filtration of M. aeruginosa, no significant difference in the concentration 10g/L and 40g/L (p>0.05), however there was a decrease in cyanobacteria concentrations. For Oreochromis sp. the intake/filtration of C. raciborskii, significant differences were observed mainly in the concentration 10g/L and 20g/L and the reduction of cyanobacteria concentrations over time (p<0.05). However, in the experiment evaluating the intake/filtration rates of C. raciborskii by G. brasiliensis occurred reduction in the concentration of cyanobacteria at 10g/L and 20g/L concentrations in both groups (p<0.05). Results of morphological analysis using a scanning electron microscope revealed the existence of gill microspine, both in Oreochromis sp. as for G. brasiliensis validating the possibility of G. brasiliensis can be used as natural control of cyanobacteria. The analyzes realized in the oxidative balance of the test organisms based diet ingestion of toxic cyanobacteria revealed, as a general standard for both cichlid species evaluated, the occurrence of biochemical changes in the conditions used, but considering these test conditions (fish species, cyanobacteria species, concentrations of cyanobacteria and time trial) such damages were repaired by the action of antioxidant enzymes. These results are important for knowledge management and restoration of eutrophic aquatic ecosystems based on species interactions.