Lifetime fitness costs of combined effects of fluoxetine and increased unpredictability in temperature

Mestrado em Biologia Marinha A temperatura é uma variável importante no controlo e modelação de todos os processos celulares, biológicos e fisiológicos de todos os organismos do Reino Animal. Por conseguinte, espera-se que alterações na temperatura ótima tenham um efeito significativo na reprodução, crescimento e desenvolvimento e, como tal, sobre o fitness do indivíduo. Há cada vez mais provas de que o stress causado por mudanças na temperatura impõe custos de carry-over, o que dificulta a capacidade dos organismos de lidar com outros stressores ambientais. É amplamente aceite que o ambiente está a mudar a um ritmo sem precedentes, com modelos de alterações globais antecipando um aumento na temperatura média. Mais preocupante, há fortes evidências de que a temperatura também se está a tornar imprevisível. A poluição antropogénica é um vetor de stress comum em sistemas aquáticos com um impacto direto sobre o fitness individual. A fluoxetina é um poluente vulgarmente encontrado em estações de tratamento de águas residuais. Inúmeros estudos reportaram custos de fitness relacionados com altas concentrações de fluoxetina. No entanto, e apesar da urgência do conhecimento da adaptação das espécies à mudança global, os efeitos combinados de múltiplos stressores ambientais permanecem pouco explorados. Além disso, até à data o conhecimento dos efeitos combinados de múltiplos stressores estão limitados a estudos de apenas uma geração, negligenciando os efeitos cruciais a longo prazo de fitness, falhando, portanto, em potencialmente detetar respostas adaptativas. Aqui, utilizando uma nova abordagem, os efeitos no fitness da exposição à fluoxetina ao longo de três gerações completas foram examinados, bem como os efeitos combinados do aumento da exposição e da imprevisibilidade da temperatura após a terceira geração. A pulga de água Daphnia magna foi exposta a três concentrações ambientalmente relevantes de fluoxetina: 0.000 μg/L (controlo), 0.012 μg/L (baixo) e 0.540 μg/L (alto). Na quarta geração, utilizando um design de factorização materna, cada linha maternal em fluoxetina foi exposta a três tratamentos de temperatura: uma média (20ºC), uma alta (25ºC) e uma imprevisível (15-25ºC). Como previsto, houve um custo adaptativo associado com a exposição crónica à fluoxetina, com menos neonatos produzidos durante a vida em baixa e alta concentração de fluoxetina do que nas produzidas na ausência (controlo). Inesperadamente, não houve um efeito na probabilidade de sobrevivência entre as três concentrações de fluoxetina. Após a introdução da temperatura, os indivíduos produzidos através da concentração alta e expostos à temperatura imprevisível tinham uma redução no número de neonatos produzidos, em comparação com as posicionadas numa temperatura média e elevada. Nomeadamente, houve uma redução do número total de neonatos de 65 % e 75%, respetivamente. Novamente, não houve efeitos combinados sobre a sobrevivência. Modelos de eficiência alimentar e de alocação de energia podem fornecer explicações plausíveis para a falha na deteção de um efeito da fluoxetina por si só e combinados com a temperatura na sobrevivência. Em espécies ectotérmicas, o aumento do stresse reduz a eficiência alimentar, e menos energia obtida através da alimentação é priorizada a manutenção do corpo e crescimento, e só então para a reprodução. Este estudo fornece informação importante sobre uma nova abordagem para testes ecotoxicológicos, e uma nova compreensão sobre como os efeitos combinados das alterações globais e da poluição em sistemas aquáticos podem afetar organismos não-alvo. Temperature is a vital variable in controlling and shaping all cellular, biological and physiological processes of every organism of the animal kingdom. Consequently, changes in optimal temperature are expected to have a significant effect in reproduction, growth and development, hence on individual fitness. There is increasing evidence that stress caused by changes in temperature impose carry-over costs, which hinder the ability of organisms to deal with other environmental stressors. It is widely accepted that the environment is changing at an unprecedented pace, with global change models forecasting an increase in mean temperature. More worryingly, there is strong evidence that the temperature is also becoming unpredictable. Anthropogenic driven pollution is a vector of common stress in aquatic systems with a direct impact on individual fitness. Fluoxetine is a pollutant commonly found in wastewater treatment plants. Numerous studies have reported fitness costs related to high concentrations of fluoxetine. Yet, in spite of the recognized urgency of the understanding of species adaptation to global change, the combined effects of multiple environmental stressors remain little explored. Furthermore, to date our understanding of the combined effects of multiple stressors are limited to one-generation studies, neglecting crucial long-term effects of fitness, hence failing to potentially detect adaptive responses. Here, using a novel approach, the fitness effects of exposure to fluoxetine over three full generations were examined, as well as the combined effects with the exposure to increased unpredictability in temperature after the third generation. Namely, the water flea Dapnia magna was exposed to three environmentally relevant concentrations of fluoxetine: 0.000 μg/L (control), 0.012 μg/L (low) and 0.540 μg/L (high). In the fourth generation, using a maternal factorial design, each maternal fluoxetine line was exposed to three temperature treatments: an average (20ºC), a high (25ºC) and an unpredictable (15-25ºC). As predicted, there was a fitness cost associated with chronic exposure to fluoxetine, with less neonates produced during lifetime in low and high concentration of fluoxetine than those produced in absence (control). Unexpectedly, there was no effect in the probability of survival between the three fluoxetine concentrations. After the introduction of temperature, individuals produced via high concentration and exposed to unpredictable temperature had a reduction in the number of neonates produced in comparison with those allocated to an average and high temperature. Namely, there was a reduction of total number of neonates of 65% and 75%, respectively. Again, there were no combined effects on survival. Feeding efficiency and energy allocation models may provide with plausible explanations for the failure in detecting an effect of fluoxetine alone and combined with temperature in survival. In ectotherm species, increased stress reduces feeding efficiency, and the less energy obtained through feeding is prioritized to body maintenance and growth, and only then to reproduction. This study provides important information regarding a novel approach for ecotoxicological tests, and new insights in how the combined effects of global change and pollution in aquatic systems can affect non-target organisms.