Μελέτη του ρόλου των μακροφυκών στις μορφές των μετάλλων στο θαλάσσιο περιβάλλον

Abstract

The present thesis is principally based on the examination of the specific influence that the decomposition of the green alga Ulva rigida produces, on the speciation of certain dissolved metals. The possible use of the green alga Ulva rigida as a bioindicator of the levels of dissolved metals constitutes the second task examinated within the framework of the specific study. In order to accomplish the scientific aims of the present research, the experimental part was divided into three separate sections with the following objectives: • study of the speciation of dissolved metals in seawater • study of the role of the macro algae emphasizing on the green alga Ulva rigida in relation to the speciation of dissolved metals especially during the decomposition of its biomass • study of the possibility of using the green alga Ulva rigida as a bioindicator organism of the bioavailable fraction of dissolved metals Metals examined in the present study are classified according to their increased lability in the order: Cd,Zn>Cu. It was shown that the largest part of dissolved zinc, copper and cadmium is complexed with organic ligands and it was also observed that nearby areas aggravated with industrial activities, for example nearby shipyards and refineries, the ionic fraction of metals increases. This observation is attributed to the release of large amounts of metals in seawater as a result of industrial activity and consequently as a result of the transformation of metals to more inert forms, due to the saturation of their organic ligands binding sites. The influence of the decomposition of the green alga Ulva rigida biomass over the speciation of the examined dissolved metals was estimated directly in the natural environment as well as in experiments held in the laboratory in relation to the decomposition of the Ulva rigida biomass. From the combination of the results arises the fact that the examined metals are complexed to a large extent (low concentration of their ionic fraction, high complexing capacity of metal ions), only close to the Ulva rigida biomass, almost in contact to its tissues. During its biomass decompostion phase, the green alga Ulva rigida affects the speciation of dissolved metals (especially nearby its biomass), either directly through the release of dissolved organic compounds rich in nitrogen and sulphur, containing polysaccharides, proteinous compounds and with a significant part in the colloidal phase or indirectly through the bacterial influence in the released organic matter or even through the development of environmental conditions appropriate for the production of sulphides. The possibility of the usage of the green algae Ulva rigida as a bioindicator of levels of dissolved metals was exclusively examined by the performance of experiments carried out in the natural environment. Amounts of the green alga Ulva rigida were moved from a thoroughly examined area areas in the Gulf of Elefsis to others within the same gulf, characterised by comparatively augmented concentrations of dissolved metals, due to intensive industrial activity. The results of the experiments indicate an enrichment of the marine environment nearby the industrial installations in bioavailable dissolved zinc and copper, excluding cadmium. Consequently, the green alga Ulva rigida used as a bioindicator of levels of dissolved metals could be regarded as a useful ‘tool’, contributing to the collection of precursor information concerning the bioavailable fraction of dissolved zinc, copper and cadmium.

Η παρούσα διατριβή έχει ως κύριο στόχο τη διερεύνηση του ρόλου που διαδραματίζει η αποσύνθεση αυξημένης βιομάζας του χλωροφύκους Ulva rigida στις μορφές ορισμένων διαλυτών μετάλλων. Η δυνατότητα χρήσης του χλωροφύκους Ulva rigida ως βιοδείκτη των επιπέδων των διαλυτών μετάλλων απετέλεσε το δεύτερο σκέλος που διερευνήθηκε στα πλαίσια της διατριβής αυτής. Για την υλοποίηση των στόχων της έρευνας, το πειραματικό μέρος της παρούσας εργασίας χωρίστηκε σε τρία διακριτά μεταξύ τους μέρη που αφορούν: • τη μελέτη των μορφών των διαλυτών μετάλλων στο θαλασσινό νερό •τη μελέτη του ρόλου των μακροφυκών με έμφαση στο χλωροφύκος Ulva rigida στις μορφές των διαλυτών μετάλλων, ιδιαίτερα κατά τη φάση της αποσύνθεσης της βιομάζας τους • τη μελέτη της δυνατότητας χρήσης του χλωροφύκους Ulva rigida ως βιοδείκτη του βιοδιαθέσιμου κλάσματος των διαλυτών μετάλλων. Τα μέταλλα που εξετάστηκαν στην παρούσα εργασία κατατάσσονται με κριτήριο την αυξημένη ευκινησία τους στη σειρά: Cd,Zn>Cu. Διαπιστώθηκε ότι το μεγαλύτερο μέρος του διαλυτού ψευδαργύρου, χαλκού και καδμίου είναι συμπλεγμένα με οργανικής φύσης υποκαταστάτες. Πλησίον δε περιοχών με έντονη βιομηχανική δραστηριότητα, για παράδειγμα πλησίον ναυπηγείων και διϋλιστηρίων, παρατηρείται αύξηση του ιοντικού κλάσματος των μετάλλων η οποία αποδίδεται στην ελευθέρωση σημαντικών ποσοτήτων τους στο θαλασσινό νερό λόγω της βιομηχανικής δραστηριότητας και στην αδυναμία των διαλυτών υποκαταστατών να τα συμπλέξουν προς περισσότερο αδρανείς μορφές, λόγω του κορεσμού των θέσεων σύνδεσής τους. Η επίδραση της αποικοδόμησης της βιομάζας του χλωροφύκους Ulva rigida στις μορφές των μελετούμενων διαλυτών μετάλλων διερευνήθηκε απευθείας στο φυσικό περιβάλλον καθώς και σε πειράματα αποικοδόμησης της βιομάζας του χλωροφύκους που έλαβαν χώρα στο εργαστήριο. Από τον συνδιασμό των αποτελεσμάτων διαπιστώθηκε ισχυρή σύμπλεξη των μελετούμενων μετάλλων (χαμηλές συγκεντρώσεις του ιοντικού κλάσματός τους, υψηλή συμπλεκτική ικανότητα ως προς μεταλλικά ιόντα) μόνο πλησίον της βιομάζας του χλωροφύκους Ulva rigida, σχεδόν σε επαφή με τους ιστούς του. Κατά τη φάση της αποικοδόμησης της βιομάζας του, το φυτοβένθος Ulva rigida επιδρά στις μορφές των διαλυτών μετάλλων (ιδιαίτερα πλησίον της βιομάζας του), είτε άμεσα μέσω της ελευθέρωσης διαλυτών οργανικών ενώσεων που ένα σημαντικό μέρος τους βρίσκεται στην κολλοειδή φάση και είναι πλούσιες σε άζωτο και θείο περιέχοντας πολυσακχαρίτες και ενώσεις πρωτεϊνικής φύσης είτε έμμεσα μέσω βακτηριακής επίδρασης στο ελευθερούμενο οργανικό υλικό αλλά ακόμη και μέσω ανάπτυξης περιβαλλοντικών συνθηκών κατάλληλων για την παραγωγή σουλφιδίων. Η μελέτη της δυνατότητας χρήσης του χλωροφύκους Ulva rigida ως βιοδείκτη των επιπέδων των διαλυτών μετάλλων επιχειρήθηκε αποκλειστικά με την εκτέλεση πειραμάτων που έλαβαν χώρα στο φυσικό περιβάλλον, στα οποία ποσότητες του χλωροφύκους Ulva rigida μεταφέρθηκαν από μια διεξοδικά μελετημένη περιοχή του κόλπου της Ελευσίνας σε άλλες περιοχές με συγκριτικά αυξημένες συγκεντρώσεις των διαλυτών μετάλλων εξαιτίας της έντονης βιομηχανικής δραστηριότητας. Από τα αποτελέσματα των πειραμάτων αυτών επισημαίνεται εμπλουτισμός του θαλάσσιου χώρου πλησίον των μελετούμενων βιομηχανικών εγκαταστάσεων σε βιοδιαθέσιμο διαλυτό ψευδάργυρο και χαλκό, όχι όμως και σε κάδμιο. Καταλήγουμε επομένως στη θεώρηση ότι το χλωροφύκος Ulva rigida χρησιμοποιούμενο ως βιοδείκτης των επιπέδων των διαλυτών μετάλλων αποτελεί εύχρηστο “εργαλείο” στη λήψη πρόδρομων πληροφοριών όσον αφορά το βιοδιαθέσιμο κλάσμα του διαλυτού ψευδαργύρου, χαλκού και καδμίου.