Determination of the metal uptake and sorption mechanisms in the tissues of Faxonius limosus (Rafinesque, 1817) (Decapoda: Cambaridae) found in Danube river basin of Serbia

Resumen Técnico: Determinación de la captación de metales y los mecanismos de sorción en los tejidos de Faxonius limosus en la cuenca del río Danubio, Serbia

Planteamiento del problema
La cuenca del río Danubio en Serbia enfrenta una presión antropogénica significativa derivada de las actividades agrícolas, el vertido industrial, las aguas residuales no tratadas y la navegación, lo que conduce a la acumulación de metales pesados en los ecosistemas acuáticos. Si bien el sedimento actúa como un reservorio primario de estos contaminantes, existe la necesidad de monitorear su biodisponibilidad y transferencia a través de la cadena alimentaria. El cangrejo de río de mejillas espinosas, Faxonius limosus (Rafinesque, 1817), una especie invasora establecida en el Danubio desde la década de 1980, sirve como un potencial bioindicador debido a su naturaleza sedentaria, su larga vida y su contacto directo con los sedimentos contaminados. Este estudio aborda la bioacumulación de metales seleccionados tóxicos y potencialmente tóxicos (Cadmio [Cd], Arsénico [As], Plomo [Pb] y Mercurio [Hg]) en tejidos específicos de F. limosus e investiga los mecanismos de sorción de estos metales en el exoesqueleto.

Metodología

• Muestreo: Los especímenes fueron recolectados en mayo de 2022 y enero de 2023 en el sitio de Slankamen (río Danubio, Serbia). El estudio utilizó 48 especímenes (45 machos, 3 hembras).
• Análisis biométrico: Se midieron los especímenes para la longitud total del cuerpo, la longitud del cefalotórax y el peso total. Todos los especímenes fueron confirmados como sexualmente maduros (aproximadamente 2–3 años de edad).
• Preparación de tejidos: Los especímenes fueron eutanasia, congelados y descongelados. Los tejidos se disecaron en músculos abdominales, hepatopáncreas y exoesqueleto (caparazón). Las muestras fueron secadas a 105 °C, incineradas a 300 °C y digeridas utilizando un sistema asistido por microondas con HNO₃ y H₂SO₄.
• Análisis químico: Las concentraciones de metales en los tejidos y el sedimento se cuantificaron mediante Espectroscopía de Emisión de Átomos de Plasma de Microondas (MP-AES).
• Análisis del mecanismo de sorción: Para investigar los sitios de unión de metales en el exoesqueleto, los caparazones de ambos sexos fueron analizados mediante Espectroscopía de Transformada de Fourier con Reflectancia Total Atenuada (FTIR-ATR) y espectroscopía Raman. Estos métodos se aplicaron específicamente al tejido duro para identificar las vibraciones de los grupos funcionales y los posibles sitios de quimisorción.
• Análisis estadístico: Los datos fueron analizados mediante ANOVA de una vía, pruebas post-hoc de Tukey y Duncan, pruebas de Kruskal-Wallis y pruebas de Mann-Whitney U. Los Factores de Bioacumulación (BAF) se calcularon como la relación entre la concentración de metal en el sedimento y la del tejido del cangrejo de río.

Result el clave

• Concentración de metales en el sedimento: El análisis del sedimento mostró un orden de concentración de Pb > As > Cd > Hg.
• Acumulación en tejidos:
  • Cadmio (Cd): Las concentraciones más altas se encontraron en los músculos abdominales de los individuos machos (0.140 ppm).
  • Plomo (Pb): Se observaron niveles elevados en el exoesqueleto de las hembras (0.140 ppm) y en los músculos de los machos.
  • Arsénico (As): Las concentraciones fueron generalmente más altas en todos los tejidos de los machos en comparación con las hembras.
  • Mercurio (Hg): Las concentraciones fueron las más bajas en todos los tejidos y en el sedimento (0.001 ppm).
• Significancia estadística: Los resultados del ANOVA indicaron diferencias significativas entre los grupos de tejido/sedimento para Pb y As (p < 0.05), pero no para Cd o Hg. Las pruebas de Kruskal-Wallis confirmaron diferencias de distribución significativas para el As entre los grupos.
• Factores de Bioacumulación (BAF):
  • El Pb y el As mostraron valores de BAF que indican bioacumulación.
  • Los machos exhibieron un BAF significativamente mayor para el Pb en comparación con las hembras.
  • Las hembras exhibieron un BAF más alto para el As en comparación con los machos.
• Mecanismos de sorción (FTIR/Raman):
  • El análisis espectroscópico del caparazón reveló desplazamientos en los picos espectrales en comparación con la literatura estándar de la quitina.
  • El FTIR mostró la ausencia del pico típico de 3400 cm⁻¹ (N-H/OH), reemplazado por un pico desplazado a ~3270 cm⁻¹, lo que sugiere anomalías en el enlace N-H potencialmente vinculadas a la sorción de metales.
  • Los espectros Raman de las muestras ventrales mostraron un pico dominante y fuerte a 1083 cm⁻¹ (que se superpone al pico típico de 1108 cm⁻¹ del anillo de sacárido), que los autores identifican como un sitio probable de quimisorción (transferencia de carga) entre el anillo de sacárido y los iones metálicos.

Contribuciones clave

1. Datos de bioacumulación: El estudio proporciona datos específicos sobre la acumulación de Pb, Cd, As y Hg en los músculos abdominales, el hepatopáncreas y el exoesqueleto de F. limosus en el Danubio serbio, destacando los patrones de acumulación específicos por sexo.
2. Elucidación del mecanismo de sorción: Al combinar la espectroscopía FTIR y Raman en el exoesqueleto, el artículo identifica los posibles sitios moleculares (específicamente el anillo de sacárido y los enlaces N-H) donde los iones metálicos se quimisorben, ofreciendo una explicación mecánica para la retención de metales en el caparazón.
3. Validación del bioindicador: La investigación respalda el uso de F. limosus como bioindicador de la contaminación de los sedimentos fluviales, particularmente para el As y el Pb, señalando que la especie acumula estos metales tanto del agua como de las fuentes de alimento.

Significancia y afirmaciones
Los autores afirman que el estudio llama la atención sobre los riesgos potenciales para la cadena alimentaria asociados con el consumo de esta especie de cangrejo de río, particularmente respecto a la acumulación de Cd, Pb y As en el tejido muscular. Aunque el exoesqueleto (donde se quimisorben los metales) es típicamente removido antes del consumo humano, los autores advierten que otros animales (por ejemplo, aves) que consumen el caparazón podrían reintroducir estos metales en la cadena alimentaria mediante la digestión ácida y la subsiguiente acumulación tisular.

El artículo concluye que F. limosus sirve como un bioindicador conveniente para el estado de contaminación de los sedimentos fluviales en el área estudiada. Los autores enfatizan que las diferencias en la acumulación de metales están influenciadas por el tipo de tejido, el sexo, las condiciones fisiológicas y el comportamiento reproductivo (siendo los machos más móviles y potencialmente acumuladores de más metales). El estudio aboga por una mayor investigación de estos factores para mejorar la fiabilidad del biomonitoreo y evaluar los riesgos emergentes en las cadenas de consumo humano.