The Effects of High Carbonate Alkalinity under Low Salinity on the Survival, Physiological Metabolism, and Redox Homeostasis of Crassostrea hongkongensis

Resumo Técnico: Os Efeitos da Alta Alcalinidade de Carbonato sob Baixa Salinidade em Crassostrea hongkongensis

Problema
A utilização crescente de águas salino-alcalinas para a aquicultura e as perturbações hidroquímicas em ambientes estuarinos destacaram o impacto ecológico da alta alcalinidade de carbonato sobre organismos aquáticos. Enquanto a alcalinidade total em águas oceânicas comuns varia tipicamente entre 2000–2500 μmol kg⁻¹, águas salino-alcalinas continentais podem exibir uma alcalinidade substancialmente maior e persistente. Pesquisas anteriores indicam que a elevada alcalinidade de carbonato, frequentemente interagindo com o pH, afeta a sobrevivência, o crescimento e os parâmetros de hemócitos em bivalves. No entanto, a resposta fisiológica específica da ostra de Hong Kong (Crassostrea hongkongensis) — uma espécie que habita zonas estuarinas propensas a baixa salinidade e perturbações do sistema de carbonato — à alta alcalinidade de carbonato sob um pano de fundo de baixa salinidade permanecia incerta. Este estudo visou elucidar como a alta alcalinidade de carbonato modifica a sobrevivência, a compensação alimentar, os fluxos de oxigênio e nitrogênio, o estado redox do hemolinfa e a alocação de energia quando a salinidade é mantida em um nível estuarino baixo (salinidade 5).

Metodologia
O estudo utilizou C. hongkongensis saudável (comprimento médio da concha 4,45 ± 0,32 cm) aclimatada à salinidade 5,0 durante 21 dias. O delineamento experimental envolveu a exposição das ostras a três tratamentos de alcalinidade de carbonato na salinidade 5: Controle (alcalinidade natural ~2,23 mmol L⁻¹), A10 (10 mmol L⁻¹) e A20 (20 mmol L⁻¹), com grupos de alta concentração adicionais (A40, A80) utilizados exclusivamente para testes de sobrevivência.

Os principais componentes experimentais incluíram:

• Ensaio de Sobrevivência: Uma exposição estática de 15 dias para determinar os valores de LC₅₀.
• Experimentos de Alimentação: As ostras foram alimentadas com quatro microalgas (Chlorella sp., Chaetoceros muelleri, Isochrysis galbana, Thalassiosira sp.) para medir as taxas de filtração e seletividade.
• Fluxos Fisiológicos: As taxas de consumo de oxigênio e excreção de amônia foram medidas via respirometria fechada durante 1–5 horas.
• Bioquímica do Hemolinfa: A amostragem temporal (0–96 h) foi realizada para amônia, glicose, ATP, catalase (CAT) e glutathione peroxidase (GSH-Px) do hemolinfa. Nota: Os ensaios bioquímicos para CAT, GSH-Px, glicose e ATP foram realizados apenas nos grupos A10 e A20 como um conjunto de dados temporais sem um Controle paralelo para esses endpoints específicos.
• Transcriptômica: O tecido do manto foi amostrado após 24 horas para sequenciamento de RNA para analisar a expressão diferencial de genes candidatos relacionados à defesa inata (ex: TLR2, NFKBIA) e ao metabolismo da glutationa (ex: GPX7, GST).

Resultados Principais

• Sobrevivência: A alta alcalinidade de carbonato impactou significativamente a sobrevivência de 15 dias. Enquanto o A10 não mostrou diferença significativa em relação ao Controle, o A20 causou um declínio significativo na sobrevivência. O LC₅₀ de 15 dias calculado foi de 18,31 mmol L⁻¹.
• Comportamento Alimentar: A elevada alcalinidade alterou a alocação alimentar. Embora as taxas de alimentação em certas algas tenham aumentado em A10 e A20 em comparação ao Controle, a seletividade pelas algas preferidas (especificamente Isochrysis galbana) diminuiu em A20, sugerindo uma mudança em direção à manutenção da ingestão geral em vez de uma seleção dietética de detalhe sob alto estresse.
• Fluxos Metabólicos: Ambos os tratamentos A10 e A20 resultaram em supressão significativa do consumo de oxigênio e da excreção de amônia durante a fase inicial de exposição (1–5 h), indicando uma estratégia de depressão metabólica para conservar energia.
• Dinâmica do Hemolinfa:
  • Amônia: A amônia do hemolinfa apresentou flutuações transitórias, atingindo o pico em 3 horas antes de se estabilizar, indicando uma perturbação temporária na homeostase do nitrogênio.
  • Metabolismo Energético: Os níveis de glicose e ATP exibiram variações dependentes do estágio. O A20 mostrou um aumento acentuado na mobilização de glicose no estágio tardio, mas não conseguiu manter níveis elevados sustentados de ATP, sugerindo que a energia foi desviada para a manutenção do estresse em vez de acumulação. O A10 manteve níveis de ATP relativamente mais altos durante certos períodos, indicando um estado compensatório mais estável.
  • Homeostase Redox: As atividades de CAT e GSH-Px mostraram mudanças temporais dependentes do estágio. O A20 provocou uma resposta de pico mais forte em GSH-Px e picos específicos de CAT em comparação ao A10, indicando uma mobilização mais intensa do sistema antioxidante sob maior estresse.
• Respostas Transcriptômicas: No manto, genes associados à imunidade inata (TLR2, NFKBIA, PTGER4) e ao metabolismo da glutationa (GST, ALDH7A1, FBP1) foram significativamente regulados positivamente em A20. A análise ssGSEA confirmou que a atividade da via do metabolismo da glutationa foi significativamente maior em ambos A10 e A20 em comparação ao Controle.

Principais Contribuições
Este estudo fornece uma caracterização abrangente do estresse hidroquímico composto imposto pela alta alcalinidade de carbonato em C. hongkongensis sob baixa salinidade. Ele distingue entre um nível de estresse moderado (A10), onde a ostra retém uma capacidade de compensação parcial, e um nível de estresse severo (A20), onde a sobrevivência é comprometida. A pesquisa integra métricas fisiológicas (sobrevivência, alimentação, respiração) com marcadores bioquímicos (enzimas redox, metabólitos de energia) e dados moleculares (transcriptômica) para mapear a progressão da depressão metabólica para a remodelação redox. Especificamente, destaca que, embora a compensação alimentar e os ajustes metabólicos possam apoiar a aclimação de curto prazo, esses mecanismos tornam-se insuficientes sob alta alcalinidade, levando ao colapso fisiológico.

Significância
Os autores afirmam que este trabalho fornece uma base teórica para a regulação da qualidade da água na aquicultura salino-alcalina e apoia o desenvolvimento sustentável da indústria. Ao definir a resposta de C. hongkongensis à alta alcalinidade de carbonato como um processo composto envolvendo depressão metabólica, ajuste alimentar, remodelação de energia-redox do hemolinfa e ajuste do background molecular de defesa, o estudo oferece insights críticos para gerenciar ambientes de aquicultura onde a química do carbonato e a salinidade flutuam simultaneamente. Os achados sugerem que, embora os bivalves possuam funções biorreguladoras que podem mitigar parcialmente os problemas de qualidade da água, existe um limiar distinto (em torno de 18–20 mmol L⁻¹ de alcalinidade na salinidade 5) além do qual os mecanismos compensatórios falham.