Vliv znečištění vody léčivy na filtrační aktivitu vodních organismů: modelový případ karbamazepin

Aneta Zbořilová

Bachelor's thesis

Effect of water pollution by pharmaceuticals on filtration actvity of aquatic organisms: model case carbamazepine

Abstract:

Sladkovodní prostředí náleží mezi nejohroženější ekosystémy na světě kvůli znečištění. Výzkum se nyní zaměřuje na skupinu nově se objevujících organických kontaminantů, kam patří i léčiva. Tyto látky vstupují nekontrolovatelně do prostředí a mají toxické účinky na vodní organismy. Jedněmi z nejvíce ohrožených organismů jsou obecně mlži. Dosud málo poznatků máme o vlivu léčiv, jako je běžně se vyskytující karbamazepin (CBZ), na chování sladkovodních mlžů, hlavně na jejich filtrační aktivitu, kterou dokáží ovlivnit celý ekosystém. Tato práce byla zaměřena na provedení rešerše literatury za účelem popisu vlivu CBZ na filtrující vodní organismy. Na něj navázal vlastní experiment, kdy byli mlži vystaveni účinkům léčiva, a bylo sledováno jeho působení na široce rozšířené invazní druhy Sinanodonta woodiana a Corbicula fluminea. Mlži byli umístěni v experimentálním PFT systému s automatickým pulsním dodáváním vody a potravy. V kádinkách s vodou a sedimentem se nacházeli dva jedinci S. woodiana, resp. deset jedinců C. fluminea. Před provedením testu CBZ byly použity dva pre-testy (NaCl, NaNO3) pro stanovení frekvence odběru vzorků vody a zjištění chování mlžů (jejich filtrační aktivity) vystavených působení daných kontaminantů. Pro hodnocení změny míry filtrace v závislosti na čase od aplikace kontaminantů do kádinek byla využita přímá (pozorovací; P) a nepřímá (založena na měření turbidity; N) metoda. Bylo doloženo, že koncentrace použitých látek se v průběhu času (48 hodin) dle předpokladů snižovaly v důsledku ředění přitékající vodou. V rámci experimentu nebyl zaznamenán statisticky významný vliv studovaných látek na aktivitu experimentálních mlžů, ale přesto bylo možné pozorovat určité trendy v ovlivnění filtrační aktivity, které jsou v práci diskutovány. Při testu s CBZ nebylo zaznamenáno ovlivnění filtrace ani C. fluminea, neboť se její aktivita v průběhu expozice výrazně měnila. Zkoumané léčivo mělo podobný vliv na mlže a jejich filtrační účinnost jako v případě obou pre-testů. Environmentálně blízké koncentrace kontaminantů nebyly schopny významně ovlivnit filtrační aktivitu vybraných invazních druhů mlžů. Výsledky této práce lze využít při procesech čištění odpadních vod, kdy by mohli být mlži využiti při nízkých pořizovacích nákladech jako „lapače“ znečištění. Inovativní podmínky provádění experimentů simulující reálné situace v terénu mohou najít uplatnění při dalším výzkumu pro bližší poznání vlivu kontaminantů (např. směsi různých sloučenin) na filtrující vodní organismy (např. původní druhy mlžů).

Abstract:

Freshwater environments may be the most endangered ecosystems in the world for their pollution. Research efforts are being focused on emerging organic contaminants (including pharmaceuticals). These non-regulated contaminants are introduced into the environment, and they have toxic effects on aquatic organisms. In general, bivalves belong to the most endangered animals. We have a lack of knowledge on effects of pharmaceuticals (e.g. carbamazepine (CBZ) commonly presented in the environment) on behavior of freshwater bivalves, especially their filtration activity with impact on whole ecosystem. This thesis was focused on literature review to describe effects of CBZ on aquatic filter-feeders. Then, lab experiment was performed: common invasive bivalve species (Sinanodonta woodiana and Corbicula fluminea) were exposed to CBZ and its effects on experimental animals monitored. Bivalves were kept in the experimental PFT (pulsed flow-through auto-feeding) system. In each beaker with water and sediment, there were two (S. woodiana) or ten individuals (C. fluminea). Before CBZ experiment, pre-tests (NaCl, NaNO3) were performed for determination of water sampling frequency and assessment of bivalve behavior (filtration activity) during exposure to contaminants. Filtration rates of bivalves depending on time from contaminant application to the beakers were assessed using two methods (direct “P” – visual, indirect “N” – based on turbidity measurements). It was found that concentration of contaminants used decreased during 48 hours as a result of dilution by water inflow to the PFT system (as expected). During experiment, no significant effect of studied substances on activity of experimental bivalves was recorded. Nevertheless, it was possible to observe some trends in filtration activity changes, and this is discussed in this thesis. During CBZ test, no effect of substance on filtration of C. fluminea was also recorded because species activity distinctly changed during exposure. Pharmaceutical investigated had similar effect on filtration efficiency of bivalves like substances used for both pre-tests. Environmentally relevant concentrations of contaminants were too low to have significant effects on filtration activity of invasive bivalve species tested. Results of this thesis can be applied during wastewater treatment procesess: bivalves could be used as (low-cost) „traps“ for pollution. Performing experiments in terms of innovative approach simulating real field conditions could be used in the future research to get rich knowledge on effects of contaminants (e.g. mixture of compounds) on aquatic filter-feeders (e.g. native bivalve species).

Keywords

toxicita, mlži, voda, karbamazepin, prostředí, koncentrace, živočichové, expozice

Keywords

carbamazepine, toxicity, bivalves, water, environment, concentration, animals, exposure

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 22. 4. 2022

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Karel Douda, Ph.D.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Agrobiology, Food and Natural Resources

Bachelor programme / field:
Landscape Conservation and Use of Natural Resources / Landscape Conservation and Use of Natural Resources