Польове дослідження в естуаріях Амазонки показало, що манґрові краби, зібрані біля завантаженого порту на узбережжі Бразилії, були меншими, легшими та мали більше клітинних і генетичних ушкоджень, ніж краби з відносно малопорушеного манґрового масиву. Робота, про яку повідомляє Scienmag, поєднала хімічні вимірювання води й донних відкладів із низкою біологічних маркерів у крабів виду Ucides cordatus.
Два естуарії з різним антропогенним навантаженням
Дослідники зосередилися на двох затоках штату Мараньян. Затока Сан-Жозе була визначена як ділянка з низьким впливом, тоді як затока Сан-Маркос зазнає впливу житлової, промислової та портової діяльності. Зразки відбирали на острові Факао поблизу міста Рапоза (Сан-Жозе) та в громаді Кокейру поблизу Сан-Луїса (Сан-Маркос).
Поруч із затокою Сан-Маркос розташовані великі портові комплекси, де безперервно працює внутрішній та міжнародний вантажний трафік. У 2021 році вчені двічі в дощовий сезон і двічі в сухий вимірювали фізико-хімічні параметри води (pH, температуру, солоність, розчинений кисень), відбирали проби води й донних відкладів для аналізу мікроелементів та досліджували 40 крабів за допомогою біометрії, гістології тканин і аналізу гемолімфи.
Метали у воді й осадах: що показала хімія
Більшість показників якості води в обох затоках були загалом подібними, однак у портовій зоні під час дощового сезону рівень розчиненого кисню був істотно нижчим і не відповідав бразильському нормативу для солонуватих вод класу III. Температура, pH і солоність залишалися схожими, хоча солоність стабільно була вищою на маловпливовій ділянці.
Хімічний аналіз води виявив найвиразніші відмінності між ділянками. У затоці Сан-Маркос концентрації цинку, заліза, алюмінію та марганцю були вищими, подекуди перевищуючи граничні значення, встановлені резолюцією CONAMA № 357/2005. Автори наголошують, що ці елементи є біологічно необхідними в невеликих кількостях, але за підвищених концентрацій можуть ставати токсичними, підвищувати сприйнятливість організмів до хвороб і спричиняти молекулярні, клітинні та фізіологічні зміни.
Донні відклади дали більш нюансовану картину. У портовій зоні були підвищені рівні міді, хрому та цинку, що узгоджується з попередніми обстеженнями регіону. Водночас усі виміряні елементи в осадах обох локацій залишалися в межах нормативів, визначених резолюцією CONAMA № 454/2012. Дрібні мулові та глинисті частинки здатні утримувати метали в осадах, де їхня тривала присутність і біодоступність можуть створювати постійні шляхи впливу на донних тварин.
На відміну від води, у зразках осадів перевищень нормативів не зафіксували. Це, за словами авторів, демонструє, що оцінка забруднення лише за одним середовищем (водою чи осадами) може дати неповну картину стану динамічної манґрової екосистеми.
Краби менші й легші біля портів
Біометричний аналіз виявив одну з найчіткіших відмінностей між популяціями крабів. Дослідники вимірювали довжину й ширину карапакса, довжину та ширину проподуса клешні, довжину й ширину рухомого пальця, а також загальну масу тіла.
Усі морфометричні показники в U. cordatus із затоки Сан-Маркос були нижчими. Краби з портової зони виявилися істотно меншими й легшими, ніж особини із затоки Сан-Жозе, при статистичному порозі значущості p < 0,05. Такий патерн спостерігали як у дощовий, так і в сухий сезон.
Автори зазначають, що це узгоджується з попередніми спостереженнями в районах, де відчутний вплив житлової та портової діяльності. Вони припускають, що краби можуть перенаправляти енергію з росту на фізіологічні процеси, пов’язані з відповіддю на забруднювачі, хоча саме це дослідження не може безпосередньо довести такий механізм.
Уражені зябра та гепатопанкреас як маркери стресу
Мікроскопічне дослідження зябер показало ушкодження в крабів обох ділянок, але в портовій зоні вони були частішими та більш руйнівними. У затоках із низьким впливом частіше спостерігали відшарування кутикули та гемоцитарні вузлики, пов’язані з паразитарною інфекцією.
У затоці Сан-Маркос зябра демонстрували деформацію крайових каналів, колапс ламел, розрив стовпчастих клітин і некроз, що свідчить про втрату нормальної тканинної архітектури. Для ракоподібних зябра критично важливі, оскільки беруть участь в осморегуляції, підтриманні йонного балансу, виділенні та фільтрації ксенобіотиків із води. Тому зяброві ураження можуть одночасно вказувати і на прямий вплив забруднення, і на порушення нормальних фізіологічних функцій.
Гепатопанкреас, головний орган детоксикації та обробки забруднювачів у ракоподібних, також виявив серйозніші відхилення в крабів із затоки Сан-Маркос. На маловпливовій ділянці переважали вакуолізовані В-клітини, пікнотичні ядра та аномалії в просвітах органа.
У портовій зоні під час дощового сезону фіксували відшарування епітелію та некроз, а в сухий сезон — деформовані просвіти, пікнотичні ядра та ушкодження міоепітеліального шару. Гепатопанкреас містить кілька типів клітин: абсорбційні R-клітини, F-клітини, що секретують травні ферменти, та В-клітини, залучені до внутрішньоклітинного травлення й виділення. Вакуолізовані В-клітини та аномальні просвіти відображають фізіологічний стрес, тоді як некроз і відшарування свідчать про глибшу деградацію тканин.
Автори розглядають гепатопанкреас як маркер хронічного забруднення, тоді як зяброві ураження, на їхню думку, краще відображають гострий вплив.
Генетичні ушкодження в гемолімфі
Аналіз гемолімфи додав до картини генотоксичний вимір. Для кожного краба готували по два мазки «крові», фарбували їх за методом Гімзи та переглядали по 1000 клітин на препарат, оцінюючи наявність мікроядер та інших ядерних аномалій.
Середня частота мікроядер і ядерних змін, особливо пікнотичних клітин, була найвищою в крабів із затоки Сан-Маркос. Мікроядра — це дрібні ядерні структури, що можуть утворюватися, коли цілі хромосоми або їхні фрагменти неправильно розходяться під час поділу клітини. Вони є показником хромосомних ушкоджень, які можуть бути пов’язані з впливом ксенобіотиків.
Пікнотичні клітини мали ущільнені ядра та хроматин, зміни, що можуть передувати фрагментації й неконтрольованій загибелі клітин. Такі клітинні реакції доповнюють тканинні ураження, демонструючи, що краби з портової зони зазнавали ушкоджень на рівні, який не завжди видно за структурою зябер чи гепатопанкреаса.
Краби як «вартові» забруднення та обмеження дослідження
У сукупності результати підтримують використання U. cordatus як потенційного «сентинела» — біоіндикатора забруднення в естуаріях. Водночас дослідження не доводить, що саме мікроелементи стали єдиною причиною всіх виявлених ефектів.
Порівняння охоплювало лише два місця, по одному зразку води й осадів із кожної локації та 40 крабів. Такий обсяг хімічних даних обмежений і не може повністю відобразити сезонну чи просторову мінливість. Крім того, затоки відрізняються за характером людської діяльності та екологічною історією, тож на стан крабів могли впливати й інші чинники — солоність, розчинений кисень, інтенсивність портового трафіку, житлова забудова та додаткові стресори.
Підвищені концентрації металів у донних відкладах затоки Сан-Маркос залишалися в межах чинних нормативів, а накопичення забруднювачів у тканинах самих крабів безпосередньо не вимірювали. Попри це, поєднання вищих концентрацій елементів у воді, меншого розміру тіла, серйозніших тканинних ушкоджень і частіших ядерних аномалій дає сильніший сигнал, ніж будь-який окремий показник.
Автори пропонують розгортати ширші програми моніторингу, які поєднували б систематичний хімічний аналіз із кількома біологічними маркерами, порівняннями між різними видами-сентинелами та довготривалим відбором проб. Це дозволило б краще відстежувати, як забруднення й біологічні реакції змінюються в часі в складних манґрових естуаріях Амазонки.