El objetivo global de esta Tesis es contribuir al desarrollo y aplicación de de metodologías y herramientas que permitan llevar a cabo una evaluación integral de la calidad ambiental de los sedimentos marinos; entre dichas metodologías, y considerado el hilo conductor de la Tesis, destaca la aplicación del test de toxicidad embrionario con el erizo de mar Paracentrotus lividus, como respuesta a la necesidad de completar la información de posibles efectos biológicos adversos en estudios de evaluación de la calidad de aguas y sedimentos estuáricos y costeros del País Vasco.
El presente trabajo se ha divido en tres partes diferenciadas, respondiendo a los siguientes objetivos específicos:
1ª Parte: El objetivo de esta primera parte es contribuir al conocimiento del material biológico utilizado para evaluar la toxicidad de sedimentos de la costa vasca. Se compone de los siguientes capítulos:
Capítulo 2, se estudia el ciclo biológico del erizo de mar Paracentrotus
lividus a partir de la evolución del estado gonadal en dos poblaciones del País
Vasco, con el objetivo de establecer el periodo de actividad reproductiva natural, conociendo así la disponibilidad de gametos a lo largo del año.
Capítulo 3, se estudia la sensibilidad embrionaria del P. lividus a diferentes sustancias de referencia, como son el amonio, el cadmio y el Sodio Dodecil Sulfato (SDS), con el objetivo de comprobar si su sensibilidad permanece constante a lo largo del año.
2ª Parte: El objetivo de esta segunda parte es desarrollar diferentes alternativas a la no disponibilidad continua de material biológico utilizado en los test de toxicidad a lo largo de todo el año. Se compone de los siguientes capítulos:
Capítulo 4, se desarrolla un experimento de inducción al desarrollo gonadal del P. lividus, con el objetivo de disponer de gametos maduros para la realización de tests de toxicidad en cualquier época del año.
Capítulo 5, se desarrollan varios cultivos del anfípodo marino Corophium
multisetosum, con el objetivo de conseguir poblaciones para su utilización en los
test de toxicidad en cualquier época del año. Además, con el fin de cuantificar la sensibilidad de los individuos de laboratorio frente a los de campo, se han realizado test de toxicidad con sustancias de referencia y muestras naturales de sedimentos.
3ª Parte: El objetivo de esta tercera parte es mejorar e implementar las herramientas existentes para la evaluación de la calidad del agua y sedimentos marinos en la costa vasca, especialmente mediante la inclusion del bioensayo embrionario del erizo de mar P. lividus. Se compone de los siguientes capítulos:
Capítulo 6, se calculan los Sediment Quality Guidelines regionales para la costa del País Vasco, a partir de análisis químicos, toxicológicos y biológicos de muestras de sedimentos, con el fin de ser utilizados en la evaluación del estado químico y físico-químico, dentro de la Directiva Marco del Agua.
Capítulo 7, se lleva a cabo un estudio integrado para la evaluación de la calidad de los sedimentos en el estuario del Oiartzun, a partir de las tres líneas de evidencia (contaminación, toxicidad y composición de las comunidades del bentos), con dos claros objetivos: por un lado, validar los SQG regionales, calculados en el Capítulo 6, a partir de una matriz tabular de decisión y, por otro, establecer las relaciones entre los contaminantes presentes en los sedimentos, la toxicidad y la alteración del bentos, mediante un análisis multivariante de redundancia.
Capítulo 8, se estudia la sensibilidad embrionaria del P. lividus a dos clases distintas de biocidas no oxidantes de uso emergente en los tanques de refrigeración de estaciones hidroeléctricas: sales de amonio cuaternario y poliaminas del tipo n- tallow alquiltrimetilendiamina. Se trata de establecer una concentración límite de vertido al medio, a partir del cálculo de los valores NOEC y LOEC.
Finalmente, en el Capítulo 9 se presentan las principales conclusiones globales de este trabajo.
Capítulo 2. El ciclo biológico del erizo de mar
Paracentrotus lividus (Lamarck, 1816)
en la costa del País Vasco
Parte del trabajo desarrollado en el presente capítulo ha dado lugar a la publicación del siguiente artículo:
GARMENDIA, J.M., MENCHACA, I., BELZUNCE, M.J., FRANCO, J., & REVILLA, M. 2010. “Seasonal variability in gonad development in the sea urchin (Paracentrotus lividus) on the Basque coast (Southeastern Bay of Biscay)”. Marine Pollution Bulletin 61: 259-266.
2.1. Introducción
El erizo de mar Paracentrotus. lividus (Echinodermata: Echinoidea) es una especie muy abundante a lo largo del suroeste del Atlántico (desde Escocia hasta Marruecos), mar Mediterráneo y mar Adriático (Reboreda, 1994; Turón et al., 1995; Barnes et al., 2001; Guettaf et al., 2000; Sellem et al., 2000; Gago et al., 2003; Bayed et al., 2005; Lustres, 2006), en aguas de temperatura entre los 10-15 ºC en invierno y hasta los 18-25 ºC en verano. Es una especie que habita en el intermareal y sublitoral somero hasta los 30 m de profundidad (Figura 2.1), que se adhiere fuertemente a la roca y vive en agujeros que ellos mismos excavan, situación que dificulta enormemente su captura (Fauna y Flora de España y de Europa, 1998). Esta especie alcanza la madurez sexual a partir de los 3 años, edad que se corresponde con un tamaño de unos 2 cm de diámetro (sin tener en cuenta las espinas). Es una especia dioica y no presenta dimorfismo sexual (Figura 2.1). Tras la fecundación externa se forma una larva plúteus (Figura 2.2). Pasado el primer mes sufre la metamorfosis, llegando al estado de juvenil al alcanzar un diámetro de 0,5-1 mm. La tasa de crecimiento es alta durante los primeros años de vida y disminuye sensiblemente con la edad, siendo su máximo de crecimiento entre los 2 y los 4 años. La longevidad se sitúa entre los 7 y los 11 años (Turón et
al., 1995; Urgorri et al., 1994). Su dieta es básicamente herbívora, y su principal
fuente de alimento son las macroalgas (Fernández, 2002).
Figura 2.1. Población submareal de Paracentrotus lividus (Zumaia, País Vasco); Dos ejemplares de P. lividus, un macho a la izquierda y una hembra a la derecha.
Su importancia ecológica y comercial es bien conocida. Por un lado, su actividad ramoneadora controla la estructura y biomasa de macrófitos, de tal manera que es considerada especie clave en el mantenimiento del equilibrio de las comunidades sublitorales (Sala et al., 1998). Además, algunos estudios revelan la
importancia de su larva plúteus en la composición y biomasa de las comunidades del zooplancton, al jugar un papel relevante en las cadenas tróficas pelágicas (Luis
et al., 2005). Desde el punto de vista económico, sus gónadas son tan apreciadas
(Barnes et al., 2001) que su descontrolada y abusiva extracción ha llegado a colapsar sus capturas en algunos países (Andrew et al., 2002; Berkes et al., 2006; Gianguzza et al., 2006; Pais et al., 2007).
Figura 2.2. Izda.: óvulo fecundado (diámetro 100 µm); Dcha.: larva plúteus (longitud 450 µm).
Por otro lado, como ya se ha comentado en el capítulo anterior, los bioensayos en fases embrionarias del erizo de mar han sido ampliamente utilizados como herramienta toxicológica en diferentes estudios de toxicidad bien en la columna de agua o bien con muestras de sedimento (Kobayashi, 1991; His et al., 1999; Fernández y Beiras, 2001; Geffard et al., 2001; Radenac et al., 2001; Volpi Ghirardini y Arizzi Novelli, 2001; Beiras, 2002; Cesar et al., 2002, 2004; Fernández, 2002; Beiras et al., 2003a, 2003b; Losso et al., 2004; Bellas et al., 2005a,b; Marín Guirao et al., 2005; Volpi Ghirardini et al., 2005a, 2005b; Arizzi Novelli et al., 2006; Beiras y Saco-Álvarez, 2006; Bellas, 2006; Casado-Martínez et al., 2006c). Entre las ventajas que presenta esta especie se encuentran su amplia distribución geográfica, su abundancia, su fácil recolección y su fácil manejo en condiciones de laboratorio, la relativa sencillez en la obtención de gametos y fecundación in vitro y su alta sensibilidad a la contaminación (Fernández, 2002).
En el océano Atlántico y en el mar Mediterráneo, la reproducción del erizo P.
lividus tiene lugar en primavera y principios de verano (Byrne, 1990; Spirlet et al.,
1998a; Barnes et al., 2001; Sellem y Guillou, 2007). En el golfo de Bizkaia (noroeste del océano Atlántico) la información sobre el ciclo reproductivo de esta especie
procede de estudios realizados en diferentes localidades de Galicia (Reboreda, 1994; Lustres, 2006), costa de Cantabria (González-Irusta et al., 2009) y Bretaña (Spirlet
et al., 1998a; Quiniou et al., 1999). Sin embargo, a pesar de su abundante y amplia
distribución en las costas del País Vasco, muchos aspectos de su reproducción en esta zona apenas se conocen. En los últimos años se ha producido un creciente interés gastronómico por esta especie; esto se ha traducido en algunas propuestas para su explotación comercial, si bien de momento no han llegado a concretarse. Además, según la legislación vigente (Ley 6/1998, de 13 de marzo y Decreto 198/2000 de 3 de octubre, anexo II) la extracción de erizos queda prohibida a lo largo de toda la costa del País Vasco.
El análisis de los cambios temporales en el peso gonadal es utilizado con frecuencia en estudios del ciclo reproductivo (Lozano et al., 1995; Guettaf et al., 2000; Sánchez-España et al., 2004; Sellem y Guillou, 2007). En este sentido, la disponibilidad y calidad de nutrientes (Lozano et al., 1995), la profundidad (Himmelman et al., 1986), el hidrodinamismo (Guettaf et al., 2000), los blooms fitolanctónicos (Himmelman, 1986; González-Irusta et al., 2009), la temperatura del agua y el fotoperiodo (Kawamata, 1997; Spirlet et al., 1998a) son algunos de los factores ambientales más importantes en el ciclo gonadal.
El conocimiento del ciclo gonadal de esta especie, empleada en estudios de toxicidad, resulta fundamental para conocer la disponibilidad y viabilidad de los gametos en diferentes épocas del año. De esta manera, un conocimiento apropiado permitiría llevar a cabo muestreos más eficientes en cuanto al esfuerzo de extracción y, en consecuencia, un menor número de erizos a sacrificar. Así mismo, dicho estudio permitiría planificar los bioensayos en función de la disponibilidad y viabilidad de los gametos, con el fin de llevar a cabo el mejor mantenimiento y conservación de las muestras a analizar.
Los objetivos principales de este capítulo son:
• Estudiar el ciclo gonadal del erizo de mar P. lividus en una población localizada en una zona intermareal de Donostia (País Vasco), durante dos años, para conocer la disponibilidad y viabilidad de gametos.
• Identificar una población idónea para el abastecimiento de gametos del erizo P. lividus, a partir de la comparación del ciclo gonadal en dos poblaciones situadas en dos zonas diferentes del País Vasco.
2.2. Material y métodos