Plastic litter in seafloor habitats of the balearic islands and its implications for marine species
- Autores: Carme Teresa Alomar Mascaró
- Directores de la Tesis: Beatriz Guijarro González (dir. tes.), Salud Deudero Company (dir. tes.)
- Lectura: En la Universitat de les Illes Balears ( España ) en 2020
- Idioma: inglés
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miquel Canals Artigas (presid.), Guillem Mateu Vicens (secret.), Maria Cristina Fossi (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: RepositoriUIB
- Resumen
- español
Introduction According to the United Nations Environment Program (UNEP), marine litter is defined as ‘‘any persistent, manufactured or processed solid material discarded, disposed or abandoned in the marine and coastal environment’’. Given plastics’ durable and flexible characteristics as well as massive use, plastic is the most common litter fraction found throughout the marine environment from the sea surface to the seafloor from all latitudes. Consequently, plastics and microplastics (particles with a diameter smaller than 5 mm) are available for a wide range of organisms with different feeding behaviour and ecology having implications at physiological and ecotoxicological level. The Mediterranean Sea is a hotspot for biodiversity but it is also highly polluted by marine litter, due to its semi-enclosed nature and to the fact that it is a highly touristic area with an intense coastal urbanization and maritime traffic. The Balearic Islands, in the northwestern Mediterranean basin, are subjected to all of these pressures, especially during the summer season, which are all contributors of litter into the marine ecosystems. Consequently, the aims of this thesis are to investigate seafloor litter, especially the plastic fraction, in areas around the Balearic Islands exposed to anthropogenic pressures such as fishing activities. It also proposes to understand the exposure of these areas to plastic pollution by combining different indicators from the European Marine Strategy Framework Directive (MSFD) as well as assessing microplastic ingestion in seafloor species and physiological effects associated to this ingestion.
. Content of the Investigation The thesis is composed of five research papers (4 published, 1 under review) which start by addressing marine litter at a Mediterranean basin scale, reviewing most affected areas, as well as assessing ingestion/entanglement of plastics by species and colonization/rafting effects. Once a general overview of marine litter at a Mediterranean basin scale is established, the research focuses on the quantification and categorization of marine litter in the Balearic Islands. In this sense, the distribution of seafloor plastics in areas exposed to human pressures along the continental shelf to the middle slope is studied. The link between the presence of seafloor plastics and ingestion of these in marine biota (osteichthyes, elasmobranchs, cephalopods and crustaceans) is explored through the application of an Overlap Index which combines two indicators under Descriptor 10 of the MSFD: indicators 10.1.2 (seafloor litter) and 10.2.1 (litter ingested in biota). Since marine species can reflect environmental conditions and contamination, microplastic occurrence in the gastrointestinal tracts of two common demersal fish and elasmobranch species, Mullus surmuletus and Galeus melastomus, respectively, is analyzed. Furthermore, the physiological response of M. surmuletus, a species of commercial interest, to microplastic ingestion in the marine environment is also assessed through biomarkers of enzymatic antioxidant response and cellular damage in fish liver.
. Conclusion This thesis demonstrates that seafloor areas of the Balearic Islands are exposed to marine litter and that plastic, with a mean value of 2.73 ± 0.26 kg/km2 is the second most abundant litter fraction in terms of weight, after glass. Moreover, seafloor plastics are patchily distributed and its distribution depends on geographical factors, such as sampling area, distance to the coast and depth. Evidence of the ingestion of microplastics in 45% of the sampled species coupled to the quantification of seafloor plastics in the same area, reflects a link between these two indicators of marine litter. Additionally, microplastic ingestion in Mullus surmuletus (0.42 ± 0.04 microplastics/individual) is higher than in Galeus melastomus (0.34 ± 0.07 microplastics/individual) probably related to differences in seafloor plastic abundance with depth which could suggest that these two species can be valid indicators of plastic litter in the study area. Finally, the slight increase of the enzyme Glutathione S-Transferase (GST), related to the detoxification system of M. surmuletus suggests that this biomarker can be used to assess the physiological response of fish to microplastic ingestion in the marine environment. Results of this thesis can be important for fisheries and environmental assessment at a local level, however given the ubiquitous presence and nature of marine litter, transferability of results to a more regional level and even to worldwide seas is feasible and desired. The identification of more exposed areas to plastic pollution such as the northwestern and southwestern of Mallorca can be integrated and considered when developing management and conservation measures and plans for plastic pollution in the study area.
- español
Introducción Según el Programa de Naciones Unidas para el Medio Ambiente (PNUMA) las basuras marinas se definen como “cualquier material sólido persistente, manufacturado o procesado que ha sido descartado, vertido o abandonado en el medio marino o costero”. Debido a las características físicas y químicas de los plásticos, alta flexibilidad y durabilidad, junto con su uso masivo, los plásticos componen la fracción mayoritaria de las basuras en el medio marino; desde la superficie del mar hasta el fondo albergando todas las latitudes. Consecuentemente, los plásticos y los microplásticos (partículas con un diámetro inferior a 5 mm) están disponibles para organismos con diferentes estrategias alimentarias y ecología, pudiendo tener implicaciones a nivel fisiológico y ecotoxicológico. El Mar Mediterráneo es un hotspot para la biodiversidad, pero al mismo tiempo soporta una elevada carga de basuras marinas, asociada al hecho de que es un mar semi-cerrado y que está expuesto a una elevada presión del turismo, urbanizaciones costeras y tráfico marítimo. Las Islas Baleares, en el Mediterráneo Occidental, están sometidas a todas estas presiones antropogénicas, especialmente durante la temporada de verano, y que son contribuidoras de basura a los ecosistemas marinos. Consecuentemente, los objetivos de la tesis se centran en investigar la basura marina, especialmente la fracción de plásticos, en áreas del Mar Balear expuestas a presiones antropogénicas como la pesca. Además del estudio de los factores que determinan las distribución de los plásticos de fondo, mediante la combinación de distintos indicadores de basuras marinas de la Directiva Marco sobre la Estrategia Marina (EEMM) de la Unión Europea, se pretende determinar las áreas más expuestas a este tipo de polución, así como estudiar la ingesta de microplásticos en especies de fondo y los efectos fisiológicos asociados a esta ingesta.
. Contenido de la investigación La tesis está formada por cinco artículos científicos (4 publicados, 1 bajo revisión) y se inicia abordando la problemática de la basura marina a escala global en la cuenca del Mar Mediterráneo; revisando las áreas más afectadas, así como determinando la ingesta/enredo y colonización/rafting relacionadas con los plásticos. Una vez establecida esta visión general, la investigación se centra en la cuantificación y caracterización de las basuras marinas en las Islas Baleares. De este modo se analizan los factores que determinan la distribución de los plásticos en áreas expuestas a actividades humanas. El nexo entre la ingesta de plásticos en especies con diferentes niveles tróficos (osteíctios, elasmobranquios, cefalópodos y crustáceo) y plásticos depositados en el fondo marino se analiza mediante la aplicación de un índice de solapamiento (Overlap Index) que abarca dos indicadores de basuras marinas de las EEMM: indicador 10.1.2 (basura marina de fondo) y 10.2.1 (basura ingerida por la biota). Seguido, se analiza la ocurrencia de microplásticos en el sistema digestivo de dos especies demersales y comunes, Mullus surmuletus y Galeus melastomus. Además, la respuesta fisiológica de M. surmuletus, especie de interés comercial, a la ingesta de microplásticos se analiza mediante el uso de biomarcadores de estrés oxidativo y daño celular relacionados con la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS).
Conclusión Esta tesis pone en evidencia la presencia de basuras marinas en la plataforma continental y talud del Mar Balear. Los plásticos con un valor medio de 2.73 ± 0.26 kg/km2, son la segunda fracción de basuras marinas más frecuente, en peso, después de la fracción de cristal. Además la distribución de éstos, parcelada a lo largo del área prospectada, viene determinada por factores geográficos como el área de muestreo, distancia a costa y profundidad. La ingesta de microplásticos en un 45% de las especies estudiadas, así como la presencia de plásticos en las mismas áreas, evidencia la relación entre estos dos indicadores de basura marina. Así mismo, el hecho de que la ingesta de microplásticos en Mullus surmuletus (0.42 ± 0.04 microplásticos/individuo) es mayor que en Galeus melastomus (0.34 ± 0.07 microplásticos/individuo), probablemente está asociado a las diferencias de plásticos con la profundidad por lo que estas especies pueden ser indicadores validos de plásticos en el área de estudio. Finalmente, el ligero aumento en la actividad de la enzima glutatión-S-transferasa (GST) asociados al sistema de detoxificación de M. surmuletus, hace pensar que este biomarcador puede ser válido para el estudio de la respuesta fisiológica de los peces a la ingesta de microplásticos. Los resultados de esta tesis pueden aportar datos para la gestión pesquera y ambiental a escala local, sin embargo, debido a la presencia ubicua de la basura marina, así como a su naturaleza, la transferibilidad de los resultados a una escala regional y global es posible y necesaria. Además, la identificación de áreas más expuestas a la polución por plásticos como el noroeste y suroeste de Mallorca podría tenerse en consideración e integrarse a la hora de desarrollar planes de conservación y gestión en el área de estudio.
- català
Introducció Segons el Programa de les Nacions Unides per al Medi Ambient (PNUMA) les deixalles marines es defineixen com “qualsevol material sòlid persistent, manufacturat o processat que ha estat descartat, abocament o abandonat al medi marí o costaner”. A causa de les característiques físiques i químiques dels plàstics, alta flexibilitat i durabilitat, juntament amb el seu ús massiu, els plàstics componen la fracció majoritària de les deixalles al medi marí; des de la superfície de la mar fins al fons de totes les latituds. Conseqüentment, els plàstics i els microplàstics (partícules amb un diàmetre inferior a 5 mm) estan disponibles per a organismes amb diferents estratègies alimentàries i ecologia, podent tenir implicacions a nivell fisiològic i ecotoxicológic. La Mar Mediterrània és un hotspot per a la biodiversitat, però al mateix temps suporta una elevada càrrega de deixalles marines, associat al fet que és una mar semitancada i que està exposat a una elevada pressió pel turisme, urbanitzacions costaneres i trànsit marítim. Les Illes Balears, en el Mediterrani Occidental, estan sotmeses a totes aquestes pressions antropogèniques, especialment durant la temporada d'estiu, i que són contribuïdores de deixalles als ecosistemes marins. Conseqüentment, els objectius de la tesi es centren en investigar les deixalles marines, especialment la fracció de plàstics, en àrees de la Mar Balear exposades a pressions antropogèniques com la pesca. A més de l'estudi dels factors que determinen la distribució dels plàstics de fons, mitjançant la combinació de diferents indicadors de deixalles marines de la Directiva Marc sobre l'Estratègia Marina (EEMM) de la Unió Europea, es determinarà les àrees més exposades a aquesta mena de pol·lució, així com s’estudiarà la ingesta de microplàstics en espècies de fons i els efectes fisiològics associats a aquesta ingesta.
. Contingut de la recerca La tesi està formada per cinc articles científics (4 publicats, 1 sota revisió) i s'inicia abordant la problemàtica de les deixalles marines a escala global de la conca de la Mar Mediterrània; revisant les àrees més afectades, així com determinant la ingesta/asfixia i colonització/rafting relacionats amb els plàstics. Una vegada establerta aquesta visió general, la recerca es centra en la quantificació i caracterització de les deixalles marines a les Illes Balears. D'aquesta manera s'analitzen els factors que determinen la distribució dels plàstics en àrees exposades a activitats humanes. El nexe entre la ingesta de plàstics a espècies amb diferents nivells tròfics (osteïctis, elasmobranquis, cefalòpodes, crustàcies) i plàstics dipositats al fons marí s'analitza mitjançant l'aplicació d'un índex de solapament (Overlap Index) que abasta dos indicadors de deixalles marines de les EEMM: indicador 10.1.2 (deixalles de fons) i 10.2.1 (deixalles ingerides per la biota). Seguit, s'analitza l'ocurrència de microplàstics al sistema digestiu de dues espècies demersals i comunes, Mullus surmuletus i Galeus melastomus. A més, la resposta fisiològica de M. surmuletus, espècie d'interès comercial, a la ingesta de microplàstics s'analitza mitjançant l'ús de biomarcadores d'estrès oxidatiu i dany cel·lular relacionats amb la generació d'espècies reactives d'oxigen (ROS).
. Conclusió Aquesta tesi posa en evidència la presència de deixalles marines a la plataforma continental i talús de la Mar Balear. Els plàstics amb un valor mitjà de 2.73 ± 0.26 kg/km², són la segona fracció de deixalles més freqüent, en pes, després de la fracció de vidre. A més la distribució d'aquests, parcel·lada al llarg de l'àrea prospectada, ve determinada per factors geogràfics com l'àrea de mostreig, distància a costa i profunditat. La ingesta de microplàstics a un 45% de les espècies estudiades, així com la presència de plàstics a les mateixes àrees, evidència la relació entre aquests dos indicadors. El fet que la ingesta de microplàstics a Mullus surmuletus (0.42 ± 0.04 microplàstics/individu) és major que a Galeus melastomus (0.34 ± 0.07 microplàstics/individu), probablement està associat a les diferències de plàstics amb fondària pel que aquestes espècies poden ser vàlids indicadors de plàstics a l'àrea d'estudi. Finalment, el lleuger augment en l'activitat de l'enzim glutatió-S-transferasa (GST) associats al sistema de detoxificación de M. surmuletus, fa pensar que aquest biomarcador pot ser adient per a l'estudi de la resposta fisiològica dels peixos a la ingesta de microplàstics. Els resultats d'aquesta tesi poden aportar dades per a la gestió pesquera i ambiental a escala local, no obstant això, a causa de la presència ubiqua de les deixalles marines, així com a la seva naturalesa, la transferibilitat dels resultats a una escala regional i global és possible i necessària. A més, la identificació d'àrees més exposades a la pol·lució per plàstics com el nord-oest i sud-oest de Mallorca podria tenir-se en consideració i integrar-se a l'hora de desenvolupar plans de conservació i gestió a l'àrea d'estudi.
- español
