Fishing among plastics: Micro-litter ingestion in demersal and pelagic fish species from the NW Mediterranean Sea and its potential impact on health condition

Abstract

Aquesta tesi analitza la ingestió de microdeixalles / ítems d’origen antròpic (AIs), (microlpàstics i fibres d’origen antròpic (AFs)) de diversa composició (sintètiques i de cel·lulosa) en espècies de peixos d’interès comercial de diferents hàbitats com el roger (Mullus barbatus), una espècie demersal i el seitó (Engraulis encrasicolus), una espècie pelàgica a diferents localitats del litoral català (Blanes, Barcelona y Tarragona). La ingestió de microdeixalles es produeix al seu medi natural en ambdues espècies, tant actualment (en 2018 y 2019, per a rogers y seitons, respectivament) així como fa 12 anys (de mostres obtingudes durant el 2007). Els AIs s’han trobat en el 50% dels digestius analitzats en ambdues espècies, amb valors mitjans generals de 1.48 AIs/ind (SD=1.98) en rogers i 1.07 AIs/ind (SD=1.50) en seitons. Aquests valors representen un increment del 46% (rogers) i un 30% (seitons) en el percentatge de peixos que ingereixen AIs quan es comparen els individus de Barcelona del últims anys amb els obtinguts durant el 2007. Els AIs trobats als digestius dels peixos es van identificar mitjançant inspecció visual i es van classificar morfològicament. Després de la selecció segons les seves característiques morfològiques, es va realitzar la identificació de la seva composició mitjançant tècniques espectroscòpiques (µ-RAMAN, FTIR y µ-FTIR). En ambdues espècies, les fibres (AFs) foren les més abundants, especialment en els rogers en els que les fibres representen el 95 %. En aquesta espècie, les fibres estaven composades principalment per cel·lulosa (67%) i tereftalat de polietilè (31%), amb una longitud mitjana de 2.50 mm (SD = 2.24). Les AFs de seitons (54 % del total d’ítems trobats) també estaven composades per cel·lulosa (42.97 %) i plàstic (10.9 %), però a més es trobaren partícules (46 %) composades per fragments y films sintètics (polietilè, polipropilè y poliamida). Tanmateix, els nostres resultats revelen diferències geogràfiques al llarg de l’àrea d’estudi amb nivells més alts d’ingesta d’AIs en peixos obtinguts a prop de l’àrea de Barcelona en ambdues espècies. Finalment, se han analitzat els potencials efectes negatius de l’exposició a aquests contaminants avaluant l’estat general de salut dels peixos a través de diferents indicadors, des de els més específics, com bio-marcadors enzimàtics o alteracions histològiques, fins als més generals, como els índexs de condició o infestació parasitaria. Malgrat s’han trobat algunes alteracions histològiques en ambdues espècies, així com diferències en alguns bioindicadors entre les diferents localitats, no se ha trobat relació entre aquestes i la y la presència y/o abundància d’AIs. Paral·lelament, amb la finalitat de determinar la importància del comportament alimentari i la temperatura en la ingestió d’AFs així com els possibles efectes negatius, s’han obtingut exemplars de sardina (Sardina pilchardus) del medi natural i s’han mantingut en condicions de laboratori para ser exposats a est tipus de contaminació. Els nostres resultats demostren que quan las sardines s’alimenten mitjançant filtració (mode d’alimentació menys selectiu), ingereixen més fibres (4.95 fibres/ind (SD=3.43)) en comparació amb del nombre de fibres que ingereixen quan s’alimenten mitjançant la captura selectiva d’aliment (0.6 fibres/ ind (SD=1.04)). A més, després de la ingestió, les fibres viatgen al llarg del tracte digestiu d’aquests peixos fins la seva expulsió total, sense evidències de retenció o acumulació al llarg del temps. La ingestió d’aquestes fibres plàstiques sembla no afectar la condició corporal de les sardines, però sí qe ho fa el comportament alimentari mitjançant la filtració. Finalment, sembla que la temperatura més alta afecta el patró d’expulsió de fibres, especialment en les sardines que s’ alimenten mitjançant la filtració, de manera que els canvis en el medi ambient, como el canvi climàtic, podrien actuar como un factor sinèrgic y contribuir negativament a la ingesta d’AIs.

Ésta tesis analiza la ingestión de microbasuras/ ítems de origen antrópico (AIs), (microplásticos y fibras antropogénicas (AFs)) de diferente composición (sintéticos y de celulosa), en especies de peces de interés comercial de diferentes hábitats como el salmonete (Mullus barbatus) una especie demersal y el boquerón (Engraulis encrasicolus) una especie pelágica en diferentes localidades del litoral catalán (Blanes, Barcelona y Tarragona). La ingestión de microbasuras se produce en ambas especies en su medio natural, tanto actualmente (en 2018 y 2019, para salmonetes y anchoas respectivamente) así como 12 años antes (en muestras obtenidas durante 2007). Los AIs aparecieron en el 50% de los digestivos analizados de ambas especies, con valores medios generales de 1.48 AIs/ind (SD=1.98) para salmonetes y 1.07 AIs/ind (SD=1.50) para boquerones. Éstos valores representan un incremento de un 46% (salmonetes) y un 30% (boquerones) en el porcentaje de peces que ingieren AIs comparando los individuos de Barcelona de los últimos años con los obtenidos durante 2007. Los AIs encontrados en los digestivos de los peces se identificaron mediante inspección visual i clasificaron morfológicamente. Tras su selección en función de sus características morfológicas, se procedió a la identificación de su composición mediante técnicas espectroscópicas (µ-RAMAN, FTIR y µ-FTIR). En ambas especies, las fibras (AFs) fueron las más abundantes, especialmente en los salmonetes en los que las fibras representan el 95 %. En esta especie, las fibras estaban compuestas principalmente por celulosa (67%) y tereftalato de polietileno (31%), con una longitud media de 2.50 mm (SD = 2.24). Las AFs de boquerones (54 % del total de ítems encontrados) también estaban compuestas por celulosa (42.97 %) y plástico (10.9 %), pero además se encontraron partículas (46 %) compuestas por fragmentos y films sintéticos (polietileno, polipropileno y poliamida). Asimismo, nuestros resultados revelan diferencias geográficas a lo largo del área de estudio con niveles más altos de ingesta de AIs en peces recolectados en los alrededores de Barcelona en ambas especies. Finalmente, se han analizado los potenciales efectos negativos de la exposición a estos contaminantes evaluando el estado general de salud de los peces a través de diferentes indicadores, desde los más específicos, como biomarcadores enzimáticos o alteraciones histológicas, hasta los más general, como índices de condición o infestación parasitaria. Aunque se han encontrado algunas alteraciones histológicas en ambas especies, así como diferencias en algunos bioindicadores entre las distintas localidades, no se ha encontrado relación entre éstas y la presencia y/o abundancia de AIs. Paralelamente, con el fin de determinar la importancia del comportamiento alimentario y la temperatura en la ingestión de AFs así como sus posibles efectos negativos, se han obtenido ejemplares de sardina europea (Sardina pilchardus) del medio natural y se han mantenido en condiciones de laboratorio para ser expuestos a este tipo de contaminación. Nuestros resultados demuestran que cuando las sardinas se alimentan por filtración (modo de alimentación menos selectivo), ingieren más fibras (4.95 fibras/ind (SD=3.43)) en comparación con el número de fibras que ingieren cuando se alimentan mediante la captura selectiva de alimentos (0.6 fibras/ ind (SD=1.04)). Además, después de la ingestión, las fibras viajan a lo largo del tracto digestivo de éstos peces hasta su total expulsión, sin evidencia de retención o acumulación en el tiempo. La ingestión de estas fibras plásticas parece no afectar la condición corporal de las sardinas, pero sí el comportamiento alimentario por filtración. Finalmente, parece que las temperaturas más altas afectan el patrón de expulsión de fibras, especialmente en las sardinas que se alimentan por filtración, por lo que los cambios en el medio ambiente, como el cambio climático, podrían actuar como un factor sinérgico y contribuir negativamente a la ingesta de AIs.

The present thesis analyses the ingestion of micro-litter / anthropogenic items (AIs), including microplastics but also anthropogenic fibres (AFs) of different origin (synthetic and cellulose based), in the demersal red mullet (Mullus barbatus) and the foraging pelagic European anchovy (Engraulis encrasicolus) in different locations along the Catalan coast (Blanes, Barcelona and Tarragona). These commercial species are target species for monitoring this type of pollution in different habitats in the Mediterranean Sea. We show how the ingestion of micro-litter occurs in both fish species in their natural environment, not only recently (in samples obtained from fishing vessels in 2018 and 2019, for red mullets and European anchovies respectively) but also 12 years ago (in samples obtained during 2007). AIs were present in 50% of the analysed digestive tracts in both fish species, with a general mean values of 1.48 AIs/ind (SD=1.98) for red mullets and 1.07 (SD=1.50) for European anchovy. The percentage of fish ingesting AIs have been increased in 46% and 30% for red mullets and European anchovies, respectively, comparing individuals from Barcelona in recent years with those obtained during 2007. AIs were screened from digestive tract of fish and were morphological categorised by visual inspection. After their selection based on their morphological features, polymer identification was performed by using spectroscopic techniques (µ-RAMAN and FTIR and µ-FTIR). In both fish species, the most abundant shape were AFs, especially in red mullets in which fibres represent the 95 % of the total items. In this species, the fibres were mainly composed by cellulose (67%) and polyethylene terephthalate (31%), with a mean length of 2.50 mm (SD = 2.24). AFs in European anchovy (54 % of the total items found) were also composed by cellulose (42.97 %) and plastic (10.9 %), but particles (46 %) composed by fragments and films of synthetic polymers (such as polyethylene, polypropylene, and polyamide) were also found. Moreover, our results reveal geographical differences along the study area with higher levels of ingestion of AIs in fish collected in the surrounding area of Barcelona in both fish species. Likewise, the potential effects of exposure to these pollutants have been analysed by evaluating the general health status of the target species using different indicators and at different levels, from more specific, such as enzyme biomarkers or histological alterations to a more general level, such as condition indices or parasitic infestation. Although some histological alterations have been found in both fish species, as well as differences in some bioindicators among the different locations, no relationship has been found between these and the presence and/or abundance of AIs. On the other hand, in order to determine the importance of feeding behaviour and temperature in the ingestion of AFs and also its potential negative effects, specimens of European sardine (Sardina pilchardus) have been obtained from the natural environment and have been kept under laboratory conditions and exposed to this type of pollution. Our results demonstrated that when sardines were feeding by filtration (less selective feeding mode), they ingest more fibres (4.95 fibres/ind (SD=3.43)) compared to the number of fibres they ingest when feeding by catching food selectively (0.6 fibres/ind (SD=1.04)). Moreover, after ingestion, fibres travel throughout the digestive tract of sardines until their total egestion, with no evidence of retention or accumulation over time. The ingestion of these plastic fibres seems to not impoverish the body condition of sardines, but feeding behaviour by filtering. Finally, higher temperatures seem to affect the pattern of fibre expulsion, especially in filter-feeding sardines, thus, changes in the environment such us climate change might act as a synergistic factor and contribute negatively to the AIs ingestion.