Effect of confoundign factors in biological responses of mussels, Mytilus galloprovincialis, to pollutionimplication in large-scale monitoring programs= Factores de confusión en la respuesta biológica del mejilón, Mytilus galloprovincialis, a la contaminación: optimización de los protocolos de monitorización biológica

Resumen

RESUMEN El objetivo general de esta tesis consistió en determinar el modo en el que el estado de condición del mejillón está afectando a las respuestas de los biomarcadores a la contaminación. Para ello, se plantearon una serie de objetivos específicos: 1. Identificar las variables biológicas que pueden actuar como factores de confusión en los programas de vigilancia ambiental. Se propuso establecer relaciones entre i) variables biológicas y los biomarcadores y ii) biomarcadores y contaminación, considerando poblaciones naturales de mejillón de un programa de vigilancia ambiental. 2. Estudiar el efecto que el estado nutritivo del mejillón a nivel cuantitativo (Condición I), tiene sobre la respuesta de los biomarcadores a la contaminación. 3. Estudiar el efecto que el estado nutritivo del mejillón a nivel cualitativo (Condición II), tiene sobre la respuesta de los biomarcadores a la contaminación. 4. Estudiar el efecto que el estado reproductivo del mejillón (Condición III), tiene sobre la respuesta de los biomarcadores a la contaminación. Para llevar a cabo estos objetivos, se consideraron una serie de biomarcadores de diferentes niveles de organización: bioquímico, inmunológico, fisiológico y a nivel de organismo. Los resultados que se obtuvieron de esta tesis pusieron de manifiesto, por primera vez en un programa de vigilancia ambiental, la gran variabilidad geográfica existente en los parámetros biológicos de las poblaciones naturales de mejillón. Cuanto mayor fue el área de estudio, mayor variabilidad en las características biológicas se observó, debido, principalmente, a las diferentes condiciones tróficas entre puntos de muestreo. La fuerte relación observada entre los parámetros biológicos y la respuesta de los biomarcadores evidenció el efecto del estado de condición del mejillón como un factor de confusión, alterando la respuesta de los biomarcadores a la contaminación. Además, en esta tesis se plantearon una serie de experimentos de laboratorio para profundizar en el estudio de cómo el estado de condición del mejillón afecta la respuesta de los biomarcadores. Estos estudios, mostraron que el estado de nutritivo del mejillón, en términos de calidad del alimento, no afectó a los biomarcadores inmunológicos considerados. Sin embargo, el estado nutritivo, tanto en su vertiente de calidad como cantidad del alimento, sí que afectó a los biomarcadores fisiológicos y bioquímicos. El biomarcador SFG se vio fuertemente afectado por el estado nutritivo del mejillón, comprometiendo su uso como indicador de la contaminación en los programas de vigilancia ambiental. Además, los biomarcadores bioquímicos estudiados, en concreto, la respuesta de enzimas antioxidantes CAT, SOD, GPx y GR, se vieron fuertemente afectados tanto por la cantidad como por la calidad del alimento. El estado reproductivo del mejillón, por otra parte, no influyó en los biomarcadores fisiológicos pero, por el contrario, los biomarcadores bioquímicos sí que se vieron fuertemente afectados mostrando valores más altos en estado reproductivo. En esta tesis, también se estudió la bioacumulación de contaminantes. Los datos de bioacumulación dependieron del estado de condición del mejillón. Se observó mayor acumulación en mejillones mejor alimentados y aquellos en reposo sexual. Por tanto, la acumulación es un factor que depende, no solo de la concentración de contaminantes en el medio, sino también de la condición del mejillón. En general, los resultados obtenidos en los experimentos de laboratorio mostraron que, la mayoría de los biomarcadores estudiados, se ven afectados por el estado nutritivo o reproductivo del mejillón. Estos resultados explican, en parte, la dificultad observada en el campo para establecer relaciones entre los biomarcadores y la contaminación. En los programas de vigilancia ambiental, donde coexisten mejillones con diferentes estados nutritivos y reproductivos, es necesario considerar el estado de condición del mejillón como una variable importante para poder interpretar correctamente la respuesta de los biomarcadores a la contaminación. SUMMARY The main objective of this thesis was to identify how mussel condition is affecting biomarker responses to pollution. For this purpose, some specific objectives were proposed: 1. To assess the main biological variables that could be acting as confounding factors in monitoring programs by establishing relationships between i) biological variables and biomarkers, and ii) biomarkers and pollution, using wild mussel populations. 2. To study the effect that mussel nutritive state (condition I: quantity) has on biomarker responses to pollution under controlled laboratory conditions. 3. To study the effect that mussel nutritive state (condition II: quality) has on biomarker responses to pollution under controlled laboratory conditions. 4. To assess the effect of the mussel reproductive state (condition III) on mussel biomarker responses to pollution under controlled laboratory conditions. In order to cover these objectives, a battery of biomarkers at different levels of biological organization was considered for a better interpretation of pollution effects on mussels: biochemical, immunological, physiological and whole organism responses. Results obtained in this thesis evidenced for the first time a great geographical variability in mussel biology of wild populations used to assess the pollution in large-scale monitoring programs. The larger the area sampled by a monitoring program, the higher the variability of biological parameters observed, which is related to the natural variability of environmental factors, mainly food availability. The strong relationship observed between biomarker responses and mussel biology evidenced the presence of confounding factors modifying the expected biomarker responses to pollution. In addition, laboratory experiments were designed to obtain more information about the effect that mussel condition has on biomarker responses. Results showed that mussel condition, in terms of food quality, did not affect the immune biomarkers. However, mussel nutritive state considering both, food quality and quantity, strongly affected physiological and biochemical biomarkers. The biomarker SFG was highly dependent on mussel nutritive state. This fact, compromises the SFG use in large-scale monitoring programs, which are characterized by a great variability in trophic conditions between sites and between sampling periods. In the same way, biochemical biomarkers were strongly dependent on food quality and quantity, specifically CAT, SOD, GPx and GR. On another hand, mussel reproductive state did not affect physiological biomarkers. Conversely, a strong effect of reproduction was observed in biochemical biomarkers showing higher values at reproductive stage. Bioaccumulation was dependent on the environmental characteristics of the reproduced scenarios. The pollutant showed higher accumulation in mussel with higher condition and at resting stages. As consequence, pollutants are not only accumulated in biota as a function of their environmental concentrations, but it is also dependent on mussel nutrition and reproduction. In general, the effect of mussel condition was higher than the effect of pollutant exposure in most biomarkers studied, physiological and biochemical and effects of toxicant were different depending on mussel condition (nutritive and reproductive state). This explains the difficulty observed in field studies to establish relationship between biomarkers responses and pollution. Thus, it is necessary to consider mussel condition as on important variable to take into account in monitoring programs, mainly in large-scale monitoring programs where different mussel conditions are coexisting at the same time, for the proper interpretation of biomarker responses to pollution.