Acumulación de hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAHs) en fitoplancton y zooplancton presentes en la columna de agua de la Bahía Fildes (Isla Rey Jorge, Península Antártica)

Abstract

Antártica ha sido considerada uno de los últimos ecosistemas prístinos del planeta. Sin embargo, el rápido desarrollo industrial global ha favorecido la dispersión de contaminantes orgánicos entre ellos los hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH). Estos compuestos, formados por anillos de benceno fusionados, son semi-volátiles, estables e hidrofóbicos, lo que les permite viajar largas distancias a través del transporte atmosférico de largo alcance (LRAT) y depositarse en áreas lejanas a sus fuentes de emisión. En la Antártica, las bajas temperaturas favorecen su acumulación y persistencia, lo que representa una amenaza para los organismos locales debido a su potencial de bioacumulación y biomagnificación en las redes tróficas. En el ecosistema antártico, organismos planctónicos como el fitoplancton y el zooplancton, forman la base de la cadena alimentaria siendo clave en el destino ambiental de estos contaminantes. Aunque en regiones templadas se ha estudiado la bioacumulación de PAHs existe un vacío de conocimiento en la Antártica sobre cómo estos contaminantes afectan a estos organismos y, en consecuencia, a toda la red trófica. En la presente investigación se determinaron las concentraciones de 28 PAH en la columna de agua de la Bahía Fildes (Isla Rey Jorge, Península Antártica). Las concentraciones totales fueron de 2 ± 2 ng L⁻¹ en el agua de mar y significativamente más altas en fitoplancton (1937 ± 621 ng g⁻¹, W=30; p < 0,05) y zooplancton (1674 ± 266 ng g⁻¹, W=26; p < 0,05). Además, se encontraron regresiones significativas con la temperatura (p < 0,005; R² = 0,492) y la salinidad (p < 0,005; R² = 0,530), lo que sugiere que el deshielo influye notablemente en la distribución vertical de PAH en la columna de agua. Se evidenció también una tendencia a la bioacumulación, respaldada por correlaciones significativas entre log BCF y logKOW(R² = 0,389–0,762; p < 0,05) en PAH con log KOW entre 3 y 6, mientras que para log Kow > 6, esta relación fue débil. Esto indica que, en los PAH más hidrofóbicos, otros factores como la biodisponibilidad, el deshielo, la dinámica del plancton, la biomasa y el metabolismo podrían desempeñar un rol más dominante en la bioconcentración. Estos aspectos deben considerarse en futuros estudios para una comprensión más integral del sistema. Por otro lado, los PAH se biomagifican desde el fitoplancton al zooplancton (BMF >1) por lo tanto la difusión de PAH desde el agua de mar y la absorción desde la alimentación son vías importantes en la acumulación de PAH de la Bahía Fildes, sobre todo en la época del año estudiada. Los resultados de isótopos estables mostraron un solapamiento en los valores entre fitoplancton (¹⁵N :0,98-4,47‰) zooplancton (¹⁵N :1,70 y 11,71‰), lo que podría reflejar dinámicas complejas de alimentación que enriquecen los valores de 15N del zooplancton o una limitada separación trófica entre estas comunidades en este sistema.

Antarctica has been considered one of the last pristine ecosystems on the planet. However, the rapid global industrial development has facilitated the spread of organic pollutants, including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs). These compounds, formed by fused benzene rings, are semi-volatile, stable, and hydrophobic, which allows them to travel long distances through long-range atmospheric transport (LRAT) and deposit in areas far from their emission sources. In Antarctica, low temperatures favor their accumulation and persistence, posing a threat to local organisms due to their potential for bioaccumulation and biomagnification in food webs. In the Antarctic ecosystem, planktonic organisms such as phytoplankton and zooplankton form the base of the food chain, playing a key role in the environmental fate of these pollutants. Although the bioaccumulation of PAHs has been studied in temperate regions, there is a knowledge gap in Antarctica regarding how these pollutants affect these organisms and, consequently, the entire food web. This research determined the concentrations of 28 PAHs in the water column of Fildes Bay (King George Island, Antarctic Peninsula). The total concentrations were 2 ± 2 ng L⁻¹ in seawater and significantly higher in phytoplankton (1937 ± 621 ng g⁻¹, W=30; p < 0.05) and zooplankton (1674 ± 266 ng g⁻¹, W=26; p < 0.05). Additionally, significant regressions with temperature (p < 0.005; R² = 0.492) and salinity (p < 0.005; R² = 0.530) were found, suggesting that melting plays a notable role in the vertical distribution of PAHs in the water column. A trend toward bioaccumulation was also evident, supported by significant correlations between logBCF and logKOW (R² = 0.389–0.762; p < 0.05) for PAHs with log KOW between 3 and 6, while for log KOW > 6, this relationship was weak. This indicates that, for the more hydrophobic PAHs, other factors such as bioavailability, ice-melting, plankton dynamics, biomass, and metabolism may play a key role in bioconcentration. These aspects should be considered in future studies for a more comprehensive understanding of the system. On the other hand, PAHs biomagnify from phytoplankton to zooplankton (BMF >1), so the diffusion of PAHs from seawater and absorption from feeding are important pathways for PAH accumulation in Fildes Bay, especially during the studied time of year. Stable isotope results showed overlapping values between phytoplankton (¹⁵N: 0.98-4.47‰) and zooplankton (¹⁵N: 1.70 and 11.71‰), which could reflect complex feeding dynamics that enrich zooplankton's 15N values or a limited trophic separation between these communities in this system.