Toxicokinetics of metals in terrestrial invertebrates – compartmentalization in tissues and organs

W pracy badano wpływ skażenia pokarmu metalami ciężkimi – kadmem i cynkiem – na ich akumulację i rozmieszczenie w organizmie chrząszcza z rodziny biegaczowatych - Pterostichus oblongopunctatus (Coleoptera: Carabidae). Oznaczano ilości metali w różnych frakcjach (przedziałach biochemicznych): (1) pulę metali trwale związanych w strukturach mineralnych (granulach) i przez to najprawdopodobniej nieoddziałujących toksycznie na organizm i trudno biodostępnych dla wyższych poziomów troficznych oraz (2) ilość metali w postaci jonowej lub tylko tymczasowo związanych w kompleksach białkowych (pula metali biodostępnych). Przeprowadzone badania wykazały, że Pterostichus oblongopunctatus dobrze radzi sobie z eliminacją metali ciężkich. Wraz ze wzrostem czasu ekspozycji na kadm, stężenie tego metalu w organizmach chrząszczy w każdej z badanych frakcji rosło w podobnym tempie, a po przestawieniu chrząszczy na pokarm czysty – malało, aż do uzyskania poziomu podobnego do początkowego. Stężenie cynku w organizmach bezkręgowców przez cały czas trwania eksperymentu utrzymywane było na stałym, niskim poziomie. Wraz z czasem ekspozycji na kadm zmianie ulegał procentowy udział metalu w poszczególnych frakcjach, natomiast udział cynku w poszczególnych frakcjach był podobny podczas całego eksperymentu. Wspomniane różnice w zmianie stężenia i zmiennym udziale metali w różnych frakcjach w czasie ekspozycji świadczą o uruchamianiu przez chrząszcze różnych mechanizmów regulacyjnych w przypadku metali pełniących odmienne funkcje biologiczne w organizmie. Niemniej jednak po wystarczająco długim okresie ekspozycji (28 dni), udział metali w puli biodostępnej dla wyższych poziomów troficznych był podobny w przypadku obu badanych metali i wynosił ok. 40%.

The study investigated the influence of food contamination with cadmium and zinc on accumulation and internal distribution of the metals in the beetle Pterostichus oblongopunctatus. The beetles were partitioned into biochemical fractions, more or less bioavailable for higher trophic levels, and metal concentrations were determined in each fraction. Cadmium concentration in the beetles increased with exposure time, and decreased after switching the beetles to uncontaminated food. Concentrations of zinc were maintained at relatively low and constant level throughout the experiment. The partitioning of metals between the different biochemical fractions changed with exposure time for Cd but remained constant for Zn. These differences in regulatory mechanisms in the beetles between cadmium and zinc are probably associated with their different biological functions. Subcellular partitioning of metals within organisms can provide valuable information about metal toxicity and mobility in trophic chains.