Βιοσυσσώρευση μετάλλων από είδη Ροδόφυτων στον κόλπο της Αντίκυρας κοντά σε ένα εργοστάσιο αλουμινίου

(Αυτή η μελέτη είναι μέρος ενός προγράμματος χρηματοδοτούμενου από την Ευρωπαϊκή Ένωση με τον κωδικό αριθμό EV3V-0906)

Αποτελέσματα

Το φάσμα των συγκεντρώσεων μετάλλων στα εφτά είδη που μελετήθηκαν παρουσιάζεται στον Πίνακα ΙΙΙ και το Σχήμα 2. Η σύγκριση των συγκεντρώσεων μετάλλων σε κάθε είδος στην ίδια περιοχή και την ίδια περίοδο περισυλλογής έδειξε ότι σε όλα τα είδη τα κύρια στοιχεία (Ca, Mg, Na και Κ) επέδειξαν υψηλές συγκεντρώσεις με τo Fe να ακολουθεί. Η αφθονία των υπόλοιπων μετάλλων έδειξε διαφορές ανάμεσα στα είδη. Τα Liagora viscida και Vidalia volubilis επέδειξαν χαμηλή συγκέντρωση Cd, τα Wrangelia penicillata και Laurencia obtusa χαμηλή συγκέντρωση Cu, ενώ το Pterosiphonia complanata χαμηλές συγκεντρώσεις Cu και Cd. Η σχετική πληθώρα των άλλων μετάλλων δεν καθορίστηκε ξεκάθαρα.

 Τα Pterosiphonia complanata, V. volubilis, και L.obtusa γενικά συσσώρευσαν σημαντικά υψηλότερες συγκεντρώσεις  Fe, K και Na και πιεσμένα επίπεδα Cu, Ca και Mg (Σχήμα 2). Σε αντίθεση, τα Corallina elongate, Jania rubens και Liagora viscida σημείωσαν υψηλότερες μέσες συγκεντρώσεις Cu, Ca και Mg και χαμηλότερες συγκεντρώσεις Fe, Na και Κ (Σχ.2). Στο ίδιο συμπέρασμα καταλήξαμε από τις συγκρίσεις του φάσματος του Παράγοντα Συγκέντρωσης (Concentration Factor – CF. Όπου  CF είναι η αναλογία της συγκέντρωσης μετάλλου στο φυτό  (μg g^-1 καθαρό βάρος) με τη συγκέντρωση διαλυμένου μετάλλου στο θαλασσινό νερό (μg mL^-1) (Black & Mitchell 1952, Foster 1976). Οι μετρήσεις που χρησιμοποιήθηκαν για τον υπολογισμό κάθε παράγοντα συγκέντρωσης προκύπτουν από δείγματα φυκών και θαλασσινού νερού τα οποία περισυλλέχθηκαν στην ίδια περιοχή και κατά τον ίδιο χρόνο συλλογής. Οι παράγοντες συγκέντρωσης για τα Fe, Cu, Zn, Cd και Pb παρατηρήθηκε ότι ποικίλουν από 10³ ως 10⁴ ενώ για άλλα στοιχεία από 10⁰ ως 10² (Πίνακας IV).

Στα Laurencia obtusa και Pterosiphonia complanata, όπου υπήρχαν αρκετά στοιχεία για στατιστική ανάλυση, η σύγκριση συγκεντρώσεων μετάλλων από περιοχή σε περιοχή και ανάμεσα στους χρόνους περισυλλογής (μονόπλευρη ανάλυση της διαφοράς των Kruskal – Wallis  ) έδειξε ότι δεν υπήρχαν σημαντικές διαφορές μεταξύ τους (P>0.05). Ο Πίνακας V δείχνει τη συσχέτιση (Spearman correlation co-efficient) ανάμεσα στις συγκεντρώσεις μετάλλου στα L. obtusa και P. complanata με τις συνολικές συγκεντρώσεις στο ίζημα και με εκείνες διαλυμένου μετάλλου στο θαλασσινό νερό. Αυτή η συσχέτιση έγινε σε δείγματα φυκών, ιζήματος και θαλασσινού νερού, τα οποία περισυλλέχθηκαν στο ίδιο μέρος και κατά τον ίδιο χρόνο. Μόνο το Cd έδειξε σημαντικά θετική συσχέτιση ανάμεσα στα επίπεδα των ιστών του P. complanata και των συνολικών συγκεντρώσεων μετάλλων στο ίζημα (Πίνακας V). Οι συνολικές συγκεντρώσεις μετάλλων στο ίζημα και εκείνες των διαλυμένων μετάλλων στο θαλασσινό νερό που χρησιμοποιήθηκαν πάρθηκαν από τη Μαλέα (1992). Οι πίνακες συσχέτισης των συγκεντρώσεων μετάλλων στα L. obtusa και P. complanata δείχνουν αρκετές σημαντικές θετικές ή αρνητικές συσχετίσεις (Πίνακες VI, VII).

Το Σχήμα 3 δείχνει την εποχιακή μεταβολή των συγκεντρώσεων μετάλλου στο L. obtusα από το σταθμό Β1. Υψηλότερα επίπεδα Fe, Cu, Zn, K, Na και Ca παρατηρήθηκαν το καλοκαίρι και το φθινόπωρο και χαμηλότερα το χειμώνα και την άνοιξη. To Pb και το Mg φάνηκε να ακολουθούν ένα αντίστροφο σχήμα εποχιακής μεταβολής ενώ το Cd έδειξε υψηλότερες τιμές την άνοιξη και το καλοκαίρι.

Ανάλυση

Οι διαφορές ανάμεσα στα είδη κόκκινων φυκών της Αντίκυρας όσον αφορά την ποσότητα μετάλλων που συσσωρεύεται σε αυτά , φαίνονται να συνδέονται με διαφορές στη μορφολογία και την οικολογία των φυτών, τη δομή των ιστών τους, τον εντοπισμό των περιοχών δέσμευσης κατιόντων και τις αλληλεπιδράσεις των μετάλλων κατά την απορρόφηση. Οι τύποι και οι συνθέσεις των πολυσακχαριτών, οι οποίοι είναι υπεύθυνοι για τις ανταλλαγές ιόντων των φυκών, ποικίλουν από είδος σε είδος, ακόμα και ανάμεσα στους ιστούς του ίδιου φυτού (Smisröd & Haug 1968). H ηλικία των φυτικών ιστών είναι πιθανό να παίζει κάποιο ρόλο στην απορρόφηση μετάλλων.

Στη μελέτη τα Vidalia volubilis, Laurencia obtuse και Pterosiphonia complanata βρέθηκαν να συσσωρεύουν υψηλές συγκεντρώσεις Fe και επιδεικνύουν υψηλότερο βαθμό απορρόφησης μετάλλων από το θαλασσινό νερό. Το ίδιο ήταν εμφανές σε μελέτες συσσώρευσης αλουμινίου στην περιοχή (Μαλέα 1992,1993). Αυτές οι υψηλές συγκεντρώσεις Fe και Al μπορεί να συνδέονται με το γεγονός ότι τα παραπάνω είδη ζουν σε βάθη μεγαλύτερα από εκείνα από τα άλλα κόκκινα φύκη που μελετήθηκαν κι έτσι έρχονται σε απευθείας επαφή με το μαλακό υπόστρωμα. Το υπόστρωμα περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις Al και Fe, λόγω της περιεκτικότητας βωξίτη και των βιομηχανικών αποβλήτων. Επιπλέον, τόσο το Al όσο και ο Fe συνδέονται ισχυρά με υλικό των λεπτών σωματιδίων. (Phillips 1990).

Οι συγκεντρώσεις Na και Κ στα 7 είδη που εξετάστηκαν έδειξαν αντίστροφες τάσεις συγκρινόμενες με τα επίπεδα Ca και Mg. Ιστοί από τα φύκη Corallina elongatα, Jania rubens και Liagora viscida ασβεστοποιούνται κι έτσι περιέχουν CaCO₃ ως ασβεστίτη ή αραγωνίτη (Το Mg μπορεί να αντικαταστήσει το Ca). Οι μειωμένες συγκεντρώσεις Κ που παρατηρήθηκαν στα τρία ασβεστούχα είδη, μπορεί να οφείλονται στην ανταγωνιστική του αλληλεπίδραση με το Ca (Imbamba 1972). Επιπλέον, το γεγονός ότι τα C. elongatα, J. rubens και L. viscidα δε ζουν σε μαλακό υπόστρωμα, αλλά είτε είναι προσκολλημένα σε βράχους είτε σαν επίφυτα σε  άλλους οργανισμούς, είναι πιθανό να μειώνει την απορρόφηση Fe. Ομοιότητες στη συσσώρευση μετάλλων μέσα στην ταξινομική ομάδα που βρέθηκαν σ’αυτή τη μελέτη (το  C. elongata ανήκει στην ίδια οικογένεια με το  J. rubens και το V. volubilis με το P. complanata) βρέθηκαν επίσης για κάποια θαλάσσια φυτά από τη Βόρεια Αδριατική (Munda & Hudnik 1991). Oι ομοιότητες αυτές μπορεί να οφείλονται στην παρόμοια δομή του κυτταρικού τοιχώματος και τα χημικά χαρακτηριστικά των αρνητικά φορτισμένων πολυσακχαριτών (Munda & Hudnik 1991).

Η σχετική αφθονία μετάλλων στα επτά κόκκινα φύκη είναι αναμενόμενη, αφού τα κύρια στοιχεία, που αποτελούν τα κύρια συστατικά του νερού ακολουθούνται σε αντιστοιχία προς την αφθονία από το σίδηρο και το αλουμίνιο (Μαλέα 1993). Είναι γνωστό ότι ο σίδηρος είναι ένα βασικό στοιχείο για τα φυτά και ένα από τα συστατικά της κόκκινης λάσπης και του βωξίτη της περιοχής. Η σχετική αφθονία των υπόλοιπων μετάλλων στα κόκκινα φύκη φαίνεται εξαρτημένη από την αφθονία των μετάλλων στο ίζημα (Pb > Cu > Zn > Cd) και στο νερό του κόλπου της Αντίκυρας (Zn > Cu > Pb > Cd) (Malea 1992).

H διακύμανση στη συσσώρευση μετάλλων από τα φύκη μπορεί επίσης να οφείλεται σε ανταγωνισμό ανάμεσα στα μέταλλα για τη δέσμευση με τις ανιονικές περιοχές των φυτών (Gale & Wixson 1979, Wahbeh et al. 1985). Σε πολλά Ροδόφυτα οι θειικές (sulphydryl) ομάδες  των φυκιών chondrus crispus και των θειικών γαλακτάνων του άγαρ (agar) προσφέρουν πολλές ανιονικές περιοχές για τη δέσμευση πολυσθενών κατιόντων (Paskins-Hurlburt et al. 1976, Munda & Hudnik 1991).

Η εμφάνιση μιας σημαντικής συσχέτισης στην παρούσα μελέτη ανάμεσα στις συγκεντρώσεις Cd στο P. complanata και σ’εκείνες στο ίζημα επιβεβαιώνει παρόμοια ευρήματα στο Pb, Cu και Zn στο πράσινο φύκι Ulva lactuca L. και Cu, Pb και Zn στο καφέ φύκι Fucus vesiculosus L. που βρίσκονται στις ακτές της Αγγλίας (Boyden 1975, Luoma et al. 1982). Τέτοιες συσχετίσεις με συγκεντρώσεις μετάλλων στο ίζημα θα υπήρχαν αν τα μέταλλα αποκτούνταν από τους ιστούς των φυκιών σε επαφή με επιφανειακά ιζήματα ή αιωρούμενα σωματίδια. Η απόκτηση μετάλλων θα έπρεπε να συμβαίνει μόνο για τα μέταλλα των οποίων η δύναμη δέσμευσης με ιστούς φυκιών ξεπερνά τη δύναμη δέσμευσης με σωματίδια, παρόλο που τέτοιες συσχετίσεις θα μπορούσαν επίσης να συμβούν αν οι συγκεντρώσεις βιολογικά διαθέσιμων και διαλυμένων στο νερό μετάλλων  ελέγχονταν από τις συνολικές τους συγκεντρώσεις στο ίζημα ( Luoma et al. 1982).

Η παρουσία θετικών ή αρνητικών συσχετίσεων ανάμεσα στις συγκεντρώσεις πολλών μετάλλων στα κόκκινα φύκη αντικατοπτρίζει τις συνεργατικές ή ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις των ιόντων κατά τη δέσμευση με τις ανιονικές περιοχές που προσφέρουν τα φυτά. Οι συνεργατικές αλληλεπιδράσεις Na – Κ στο Laurencia obtusa και των Pb – Mg και Na – Mg στο Pterosiphonia complanata που σημειώνονται εδώ, είναι παρόμοιες με τα ευρήματα από τη θαλάσσια βλάστηση Cymodocea nodosa (Ucria) Aschers και Halophila stipulacea (Försk) Aschers σ’αυτήν την περιοχή και από το Zostera marina L. (Brix & Lyngby  1984, Malea 1992,1994). Οι ανταγωνιστικές αλληλεπιδράσεις που σημειώνονται εδώ ανάμεσα στα Pb - K στο L. obtusa και K - Mg στο P. complanata έχουν επίσης καταγραφεί στα φύλλα των φυκιών Posidonia oceanicα (L.) Delile και Z. marina  (Brix & Lyngby 1984, Malea et al. 1994).

Το κόκκινο φύκι L. obtusa στο Σαρωνικό κόλπο (ο οποίος είναι ισόθερμος με τον κόλπο της Αντίκυρας) επέδειξε μειωμένη κάλυψη το φθινόπωρο και το χειμώνα και υψηλή κάλυψη κατά την άνοιξη και το καλοκαίρι (Diapoulis 1983). Tα νέα φύλλα των ειδών εμφανίζονται στην αρχή του χειμώνα και αναπτύσσονται γρήγορα κατά την άνοιξη και το καλοκαίρι. Οι συγκεντρώσεις αρκετών στοιχείων στο L. obtusa στον κόλπο της Αντίκυρας αυξάνονται με την ηλικία του φυτού. Με την αύξηση της ηλικίας των ιστών, λαμβάνει χώρα αντίστροφη απορρόφηση των μετάλλων  και σχηματίζονται περισσότερες περιοχές δέσμευσης (Brix & Lyngby 1982). Παρόμοιες αυξήσεις στις συγκεντρώσεις Fe, Cd, Zn, Na, K και Ca ανάλογα με την ηλικία έχουν παρατηρηθεί σε αρκετά μακροφύκη και στα φανερόγαμα (Fujiyama & Maeda 1977, Myklestad et al. 1978, Brix & Lyngby 1982, Ward 1982, Klumpp and van der Valk 1984) Lyngby & Brix 1989, Malea 1992, 1994). Μακροχρόνιες μελέτες ιονικής απορρόφησης σε συνθήκες πεδίου έχουν αποκαλύψει ότι η συσσώρευση Zn και Cd (αλλά όχι Pb) ρυθμίζεται και συνεπώς μεταβολικά μεσολαβεί (metabolically mediated) (Myklestad et al. 1978). Αυτό μπορεί να εξηγεί τις υψηλότερες τιμές συγκεντρώσεων αυτών των μετάλλων που βρίσκεται στα φύκη κατά το καλοκαίρι, στις παρούσες μελέτες.

Οι συνέπειες της θερμοκρασίας και της έντασης του φωτός στην απορρόφηση Fe έχουν καταγραφεί για δυο είδη θαλάσσιας βλάστησης (Wahbeh 1984). H αύξηση που παρατηρήθηκε στις συγκεντρώσεις Fe στο Laurencia obtusa κατά το καλοκαίρι ενδεχομένως να έχει επηρεαστεί από τους δύο αυτούς παράγοντες. Η ίδια παρατήρηση έχει γίνει για τα είδη Halophila stipulacea και Cymodocea nodosa στην περιοχή μελέτης (Malea 1992, 1994).

Τα στοιχεία Pb και Mg  εμφάνισαν υψηλότερες συγκεντρώσεις το χειμώνα, όταν η βιομάζα του φυτού ήταν στο κατώτατο όριο της, και χαμηλότερα επίπεδα το καλοκαίρι και την άνοιξη που η βιομάζα ήταν στο ανώτατο. Η πιο εμφανής εξήγηση για τέτοιες μεταβολές είναι ότι η αύξηση της βιομάζας του φυτού συμβάλλει στη μείωση αυτών των συγκεντρώσεων μετάλλων ανά μονάδα μάζας, λόγω της διάλυσής τους (Lyngby & Brix 1982, Malea 1992, 1994, Rönneberg et al. 1992). Οι συγκεντρώσεις των περισσότερων στοιχείων στα είδη που μελετήθηκαν επέδειξαν ένα παρόμοιο πρότυπο εποχιακής μεταβολής με είδη θαλάσσιας βλάστησης από τον κόλπο της Αντίκυρας (Malea 1992, 1994, Malea et al. 1994). Παρόμοια εποχιακή μεταβολή παρατηρήθηκε σε συγκεντρώσεις Pb σε θαλάσσια βλάστηση της Βραζιλίας και στις συγκεντρώσεις Zn και Cd στο Ascophyllum nodosum (Eide et al. 1980, Lacerda et al. 1985).

Υψηλότερες συγκεντρώσεις Cu, Cd και Pb  συσσωρεύτηκαν στο Corallina elongata του κόλπου της Αντίκυρας απ’ότι σε άλλα είδη του γένους από άλλες περιοχές (Ho 1987, Haritonidis & Nikolaidis 1089, 1990). Παρομοίως, οι συγκεντρώσεις Fe, Cd, Pb, Cu, Mg και Ca στο Jania rubens  από την περιοχή μελέτης ήταν υψηλότερες από εκείνες στα είδη του γένους Jania από της ακτές της Μασσαλίας (Sivalingam 1978) και η ίδια τάση σημειώνεται για είδη του γένους Laurencia. Υψηλότερο Mg και υψηλότερο ανώτατο όριο συγκεντρώσεων Fe και Cu συσσωρεύτηκε στο Liagora viscida της μελέτης μας απ’ότι στο L. turneri (Zand.) από την Ερυθρά Θάλασσα (Wahbeh et al. 1985). Αυτές οι διαφορές αντικατοπτρίζουν τις συγκεντρώσεις μετάλλων στο θαλάσσιο περιβάλλον (ίζημα και νερό) (Malea 1992).