Climate change effects on Porcellionides sexfasciatus (Isopoda) inhabiting metalcontaminated sites

Abstract

Os isópodes são organismos de solo que ajudam na decomposição da matéria orgânica, desempenhando um papel importante nos ciclos de carbono e de nutrientes. Na natureza, os isópodes estão sujeitos a um conjunto de stresses que influenciam o seu comportamento, distribuição e balanço energético. Um desses stresses, de origem antropogénica, é a contaminação por metais. Populações que vivem sob contaminação de metais precisam de utilizar energia do seu metabolismo para lidar com esse stress, podendo ser mais afectados por stresses adicionais, tais como alterações climáticas. Os cenários de alterações climáticas prevêem um aumento na temperatura e de eventos extremos (cheias / secas). Estas alterações podem levar a mudanças na biodisponibilidade e toxicidade dos metais e a mudanças na resposta dos organismos a contaminantes. Quando expostas à contaminação por metais, as populações de isópodes tendem a evitar a contaminação; se não tiverem sucesso, precisam de desenvolver tolerância a metais, para podere-.m viver e reproduzir-se, através de alterações fenotípicas ou genotípicas. Para testar os efeitos das alterações climáticas em populações de isópodes expostas a metais, foi estudada uma população de Porcellionides sexfasciatus, cujo habitat se localiza perto de uma mina abandonada em São Domingos (Sul de Portugal). Essa população (Santana de Cambas – SC), juntamente com uma população de referência (Lago – LG), foi sujeita a testes de mortalidade e de consumo. No capítulo 2 foi feita uma avaliação do efeito das alterações climáticas na mortalidade e consumo. O capítulo 3 avalia como é que as alterações climáticas influenciam a tolerância a metais dessas populações, comparando a resposta de ambas quando expostas a um gradiente de cádmio. Os objectivos principais desta dissertação são: (1) avaliar se as populações de isópodes que vivem em locais contaminados por metais são mais sensíveis às alterações climáticas, testando 3 temperaturas (20, 25 and 30°C) e 3 níveis de moisture (20, 40 and 60%) (capítulo 2); (2) estimar se as alterações climáticas afectam a sua tolerância a metais, e se essa tolerância está relacionada com a exposição prévia a metais, testando também 3 temperaturas (20, 25 and 30°C) e 2 níveis de humidade do solo (20 e 40%) (capítulo 3). No capítulo 2, as populações apenas mostraram diferenças nos tratamentos com humidade de solo a 60%, tendo a população SC uma maior taxa de sobrevivência. No capítulo 3, a população SC foi mais afectada pela subida de temperatura, tornando-se mais susceptível à contaminação por cádmio. Além das diferenças entre populações, foi registada uma resposta comum à temperatura: o seu aumento estimulou maiores taxas de consumo. Foi também registado que a humidade do solo a 60% (ambiente molhado) provocou 100% de mortalidade em 20 dias, enquanto a humidade do solo a 20% (ambiente seco) não afectou a resposta das populações. Este trabalho permitiu concluir que as alterações climáticas afectam as populações que habitam locais contaminados, com uma redução da tolerância a metais com o aumento de temperatura; afectam a sobrevivência de ambas as populações em caso de chuvas intensas; e promovem as taxas de decomposição dos isópodes com o aumento da temperatura, pelo menos até aos 30ºC.

Isopods are soil organisms that help on organic matter decomposition, playing an important role in the carbon and nutrient cycles. In nature, isopods are subjected to several stressors that influence their distribution, ecology, behavior, and physiology (including their energy balance). One of those stressors, from anthropogenic origin, is metal contamination. Populations that live under metal contamination need to use energy from their metabolism to deal with metals, becoming prone to be more affected by additional stressors such as climate variations. With the present climate change scenarios, an increase in temperature and in extreme rainfall events (floods / drought) is predicted. These climate events can change metals’ bioavailability and toxicity, and may affect isopods’ response to contaminants. When facing metal contamination, isopod populations tend to avoid contamination; if they fail to do it they will need to develop tolerance to metals, in order to live and reproduce, by phenotypic or genotypic alterations. In order to test the effects of climate change in metal-exposed isopod populations, a Porcellionides sexfasciatus population living near an abandoned mine in São Domingos (south of Portugal) was studied. That population (Santana de Cambas - SC), along with a reference one (Lago – LG), were subjected to lethal and sub-lethal tests (feeding). The main goals of this thesis were: (1) to evaluate if isopod populations living under metal contamination are more sensitive to climate change, testing in a full factorial experiment 3 temperature (20, 25 and 30°C) and 3 moisture levels (20, 40 and 60%) (Chapter 2); and (2) to estimate if climate change affects isopods’ metal tolerance and if that tolerance is connected with their previous exposure to metals (testing also in a full factorial design, 3 temperature (20, 25 and 30°C) and 2 moisture levels (20 and 40%) (Chapter 3). Results from chapter 2 showed differences between populations only at the 60% moisture treatments, with SC having higher survival rates. Besides differences between populations, it was registered a common response to temperature increase, enhancing food consumption rates. Moisture conditions showed that 60% moisture (wet environment) caused 100% mortality after 20 days. Results obtained when testing Cd tolerance (Chapter 3) showed that SC population was more affected by temperature rise than LG, becoming more susceptible to cadmium contamination along temperature rise. In both chapters, the 20% moisture treatment (dry environment) did not affect isopods’ response. This work allowed to conclude that climate change affected isopod populations from metal contaminated sites, with decreased tolerance to cadmium with temperature increment; affected isopod survival in cases of extreme rainfall, and enhanced consumption food rates (and therefore decomposition ability) with temperature increase at least until 30ºC.