ICP-OES Determination of Metal Bioaccumulation in Caulerpa racemosa ramuli from Guánica, Puerto Rico

Technische Samenvatting: ICP-OES-bepaling van de metaalbioaccumulatie in Caulerpa racemosa Ramuli uit Guánica, Puerto Rico

Probleemstelling
Hoewel mariene macroalgen, in het bijzonder Caulerpa-soorten (zeedraken), steeds vaker worden erkend als waardevolle bronnen voor de nieuwe voedselmarkt vanwege hun nutritionele en biochemische eigenschappen, is er een aanzienlijke kenniskloof met betrekking tot de elementaire samenstelling van Caribische populaties. De bestaande literatuur richt zich voornally op gekweekte populaties in Zuidoost-Azië en tropisch Australië. Bovendien is het elementaire profiel van mariene algen dynamisch en wordt het beheerst door lokale fysisch-chemische variabelen; daarom kunnen gegevens uit de Indo-Pacific niet worden geëxtrapoleerd naar Caribische ecosystemen. Er is een dringende behoefte om basisgegevens vast te stellen over de elementaire bioaccumulatieprofielen van inheemse Caulerpa racemosa in Puerto Rico om hun veiligheid als voedselbron te evalueren, de lokale milieukwaliteit te beoordelen en hun potentieel in de mariene biotechnologie te verkennen.

Methodologie
De studie maakte gebruik van Inductief Gekoppeld Plasma-Optische Emissie Spectrometrie (ICP-OES) om de elementaire samenstelling van Caulerpa racosa var. ramuli te karakteriseren, verzameld in de subtidale zone van Tamarindo Beach in Guánica, Puerto Rico, in maart 2025.

• Bemonstering: Vers algair biomassa (~1 kg) en aangrenzende zeewatermonsters (verzameld in drievoud) werden verkregen.
• Preparatie: De algale monsters werden gewassen met gedestilleerd water om epifyten en zouten te verwijderen, aan de lucht gedroogd en gedissecteerd om de opstaande ramuli te isoleren van de stolonen en rhizoiden.
• Digestie: 1,0 g verse ramuli werd onderworpen aan microgolf-ondersteunde digestie met 2% salpeterzuur (HNO₃) bij 200°C.
• Analyse: Zowel de gedigesteerde algale monsters als het gefilterde zeewater werden geanalyseerd op 61 chemische elementen (majeure, sporen-, zware metalen en zeldzame aardelementen).
• Berekening: De bioconcentratiefactor (BCF) werd berekend om de accumulatie-efficiëntie te bepalen, gedefinieerd als de ratio van de analytconcentratie in het algale weefsel ten opzichte van die in het zeewater. Accumulatie werd gecategoriseerd als laag (BCF < 100), matig (100–1000) of hoog (> 1000).

Belangrijkste Resultaten

• Elementair Profiel: Terwijl 61 elementen werden gedetecteerd in het omringende zeewater, werden slechts 11 elementen gedetecteerd in de C. racosa ramuli biomassa, wat wijst op een duidelijk selectief opnamemechanisme in plaats van een passieve reflectie van de omgeving.
• Selectieve Accumulatie: Het algale weefsel vertoonde relatief hogere concentraties Borium (B), Tantaal (Ta), Zirkonium (Zr) en Chroom (Cr). Ytterbium (Yb) en Mangaan (Mn) werden gedetecteerd in de laagste concentraties.
• Bioconcentratiefactoren (BCF):
  • Hoge Accumulatie (BCF > 1000): Rhenium (Re), Zirkonium (Zr) en Gadolinium (Gd) vertoonden een hoge accumulatie. Re vertoonde de hoogste BCF, die de 10.000 oversteeg.
  • Matige Accumulatie (BCF 100–1000): Ytterbium (Yb) en Tantaal (Ta).
  • Lage Accumulatie (BCF < 100): Mangaan (Mn), Bismut (Bi), Lithium (Li) en Chroom (Cr).
• Aanwezigheid van Zware Metalen: Het zeewater bevatte een divers profiel van zware metalen, waarbij Aluminium (Al), Arseen (As) en Lood (Pb) het meest abundant waren. Nikkel (Ni), Cadmium (Cd) en Kwik (Hg) waren aanwezig in het zeewater maar niet gedetecteerd in het algale weefsel. Daarentegen was Chroom (Cr) het enige zware metaal dat in aanzienlijke hoeveelheden werd gedetecteerd in het algale weefsel (ongeveer 95 µg/kg), wat een verrijking vertoonde ten opzichte van het zeewater.
• Unieke Elementen: Borium (B) en Beryllium (Be) werden uitsluitend gedetecteerd in het algale weefsel en niet in het aangrenzende zeewater. Borium was het dominante unieke element (~5.000 µg/kg), terwijl Beryllium aanwezig was op ~450 µg/kg.

Betekenis en Claims
Het artikel stelt dat deze bevindingen nieuwe basisinformatie bieden over het elementaire profiel van de Caribische C. racosa, wat het potentieel voor het gebruik ervan in mariene biomonitoring ondersteunt.

• Bio-indicator Potentieel: De selectieve accumulatie van Chroom (Cr) suggereert dat C. racosa een bio-indicator kan dienen voor lokale metaalverontreiniging. De aanwezigheid van B en Be in de weefsels, met name Be dat geen bekende fysiologische rol heeft in algen, ondersteunt verder het vermogen van de soort om niet-essentiële sporenelementen te accumuleren, wat onderzoek als biomonitoringsagent rechtvaardigt.
• Antropogene Indicatoren: De hoge verrijking van Rhenium (Re), Tantaal (Ta) en Zirkonium (Zr) — elementen die gewoonlijk in zeer lage concentraties in natuurlijk zeewater voorkomen — suggereert potentiële antropogene vervuilingsbronnen in het onderzoeksgebied.
• Voorzichtige Interpretatie: De auteurs stellen expliciet dat de ongewoon hoge concentratie Rhenium (Re) niet gebruikelijk is en voorzichtig moet worden geïnterpreteerd. Zij bevelen bevestigende analyse aan met onafhankelijke ICP-MS-methoden om dit specifieke resultaat te valideren.
• Beperkingen: De studie erkent beperkingen, waaronder de analyse van enkel ramuli (exclusief stolonen en rhizoiden), één enkele bemonsteringslocatie en -tijdstip, en het gebrek aan metaalspecificatie of analyse van het fysiologische opnamemechanisme. Bijgevolg claimt het artikel geen definitieve toepassingen in metaalremediatie of hulpbronnenwinning, maar benadrukt het de behoefte aan verdere studies om deze geobserveerde patronen te valideren en dergelijke toepassingen te verkennen.