Toxicological effects of metals on embryo development in sea urchin: applicative perspectives for ecotoxicological assessment criteria in harbor areas

In harbour areas dredging operations lead to the remobilization of chemical contents in the sediment, with possible adverse effects for marine organisms. The current guidelines for the assessment of the environmental quality of dredging material are based on the integration of physical, chemical and ecotoxicological data. This approach includes the use of a battery of bioassays, which gives quantifiable information on potential biological damage caused by bioavailable multi-factorial contamination. The sea urchin embryo test is one of the most sensitive bioassays and may easily influence the classification of dredged material, which is based on the worst result obtained within the battery. The goal of this PhD study is to enhance the capability of the sea urchin embryo-toxicity test to discriminate the ecotoxicity of dredged sediments, developing a more sensitive approach leading to a better discrimination of different levels of toxicity. Paracentrotus lividus embryos were exposed to trace metal solutions, in order to characterize the main developmental anomalies induced and to investigate whether such induced damage may be reversible. From these results a severity scale of developmental anomalies was developed, based on the understanding of the temporal evolution and reversibility of malformations during embryo development. The new index of toxicity was applied to environmental samples, comparing the results with the standard developmental endpoints and with DNA damage and HSP production. The results indicate a high discriminatory ability of the index of toxicity, especially for moderately and highly toxic sediments, whose toxicity is generally overestimated with standard endpoints. With this approach, the sensitivity of the P. lividus embryo-toxicity test is enhanced, supporting its usefulness in practical applications such as sediment classification and the choice of more appropriate management options in harbour areas.

I dragaggi portuali permettono la rimobilizzazione di sostanze chimiche contenute nei sedimenti, causando possibili effetti negativi sugli organismi marini. Le attuali linee guida per il controllo della qualità ambientale sul materiale di dragaggio sono basate sull'integrazione dei dati fisici, chimici ed ecotossicologici. Questo approccio prevede l’utilizzo di una batteria di saggi biologici, i quali forniscono informazioni sul danno biologico causato dalla frazione biodisponibile degli inquinanti. Il test di embriotossicità con i riccio di mare è uno dei più sensibili e può facilmente influenzare la classificazione dei materiali, che viene fatta in base al risultato più tossico all'interno della batteria. L’obbiettivo di questo dottorato è quello di aumentare la capacità del test di embriotossicità con il riccio di mare nel discriminare diversi livelli di tossicità dei sedimenti di dragaggio. Embrioni di Paracentrotus lividus sono stati esposti a soluzioni di metalli in tracce al fine di caratterizzare le anomalie dello sviluppo osservate e di investigare sulla reversibilità degli effetti tossici. A partire da questi risultati è stata sviluppata una scala di gravità delle anomalie, basata sulla comprensione dell’evoluzione temporale e della reversibilità delle malformazioni durante lo sviluppo embrionale. Il nuovo indice di tossicità è stato applicato a campioni ambientali comparando i risultati con quelli ottenuti utilizzando i classici endpoints di sviluppo e con approcci diversi come l’indagine del danno al DNA e la produzione di HSPs. I risultati hanno indicato un’alta capacità discriminatoria dell’indice, specialmente per sedimenti moderatamente e altamente tossici. In questi casi la tossicità risulta generalmente sovrastimata con gli endpoints comunemente utilizzati. Questo approccio supporta quindi l’utilità applicativa del test di embriotossicità nella classificazione dei sedimenti e nell’individuazione di appropriate opzioni di gestione in aree portuali.