Asitlenme, deoksijenasyon ve mikroplastiklerin midyedeki (mMytilus galloprovincialis) fizyolojik etkileri üzerine laboratuvar çalışmaları
Laboratory studies on the physiological effects of acidification, deoxygenation and microplastics in mussel (Mytilus galloprovincialis)
Yazar: BETÜL DERE
Danışman: PROF. DR. MURAT BELİVERMİŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: Biyoloji = Biology
Dizin: Fizyoloji = Physiology ; Hipoksi = Hypoxia ; Mikroplastik = Mikroplastic ; Mytilus galloprovincialis = Mytilus galloprovincialis ; Okyanus asitlenmesi = Ocean acidification

Özet:
Endüstri devriminden bu yana CO2 emisyonlarına bağlı olarak okyanus yüzey suyu asitliği yaklaşık %30 oranında artış (0.10 ila 0.15 pH birimlik azalma) göstermiştir. İçinde bulunduğumuz yüzyıl sonunda okyanuslardaki bu asitlenmenin 0.3 ila 0.4 pH birimi seviyesine ulaşabileceği tahmin edilmektedir. Diğer taraftan, endüstri devriminden beri süregelen küresel ısınma deniz suyunun hem oksijen tutma kapasitesini azaltarak hem de yatay tabakalaşmasını arttırarak düşük çözünmüş oksijene (ÇO) sebep olmaktadır. Bölgesel ölçekte ise, insan kaynaklı kıyısal ötrfikasyon ve müsilaj gibi olaylar kıyısal hipoksilerin sıklığını ve gerçekleştiği alanların büyüklüğünü arttırmaktadır. Asitlenme ve hipoksiye ek olarak deniz canlıları için diğer bir abiyotik stres faktörü mikroplastik kirliliğidir. Mikroplastikler (MP) denizlerde en bol ve yaygın olarak bulunan abiyotik partikül maddelerden biridir ve deniz canlılarının vücutlarında biriktiği ve toksik etkileri olduğu gösterilmiştir. Deniz canlılarının bu stres faktörlerinin birleşik etkilerine (multistres) karşı vereceği biyolojik cevaplar ve adaptasyonları net olarak bilinmemektedir. Ülkemiz denizel türleri bu üç stres faktörüne maruz kaldığında meydana gelen fizyolojik değişiklikler henüz bir laboratuvar çalışmasında ele alınmamıştır. 
Bu çalışmada, besin olarak tüketilen, biyolojik çeşitlilikte anahtar role sahip ve aşırı alg çoğalmalarını önleme bakımından önemli bir bivalv türü olan Akdeniz midyesi Mytilus galloprovincialis İstanbul Boğazı'ndan toplanmış, laboratuvarda düşük pH, düşük ÇO ve MP streslerine tek, ikili ve üçlü olarak 15 gün boyunca maruz kaldığında verdiği fizyolojik cevaplar araştırılmıştır. Midyeler laboratuvarda adı geçen değişkenlerin iki seviyesine maruz bırakılmıştır: normal ve düşük pHT (8.09 ve 7.35), normal ve düşük ÇO (7.65 mg L-1 ve 1.91 mg L-1), ve iki MP seviyesi (0 mg L-1 ve 0.026 mg L-1). 
Değişkenlerin uygulanan aralıkları okyanus asitlenmesi ve Marmara Denizi'nde görülen kıyısal pH, ÇO ve MP konsantrasyonu seviyeleri ile uyumludur. Deney bu üç değişkenin iki seviyesini içerdiğinden toplam 8 akvaryumda ve ardışık 3 tekrarlı (8 "× 3)"  gerçekleştirilmiştir. ÇO ve pH ayarlanması ve kontrolü IKS Aquastar akvaryum kontrol ünitesi elemanları ve probları ile yapılmıştır. Besin absorpsiyon oranı besin (mikroalg) ve feçeslerin kül edilmesi yöntemi ile, solunum oranı hava sızdırmaz solunum çembırında tam zamanlı çözünmüş oksijen ölçümü yöntemi ile, filtrasyon oranı midyelerin mikroalg ile beslenme hızları ölçümü ile, boşaltım oranı spektrofotometrik olarak NH4-N ölçümü ile belirlenmiştir. 
Düşük pH, düşük ÇO ve MP midyelerde ölüm oranını arttırmamıştır. Düşük pH, düşük ÇO ve MP absorpsiyon oranı ve solunum oranında herhangi bir değişikliğe neden olmamıştır. Oluşturulan regresyon modellerine göre; boşaltım ve filtrasyonu etkilemeleri bakımından pH, ÇO ve MP arasında interaksiyon olduğu sonucuna varılmıştır. Düşük pH, düşük ÇO ve MP tek, ikili ve üçlü olarak midyelerin filtrasyon oranında önemli derecede azalmalara sebep olmuştur. Kontrol grubunda (normal pH, normal ÇO, 0 mg L-1 MP) 49.3 ± 10.9 L s-1 g-1 olan filtrasyon oranı üçlü stres grubunda (düşük pH, düşük ÇO, 0.026 mg L-1 MP) 14.0 ± 7.6 L s-1 g-1 seviyesine kadar düşmüştür. Sonuç olarak, üç stres faktörünün, midyelerin beslenme oranında önemli azalmaya neden olmakla birlikte fizyolojilerinde kısmi değişikliğe neden olduğu görülmüştür.

Abstract:
Since the industrial revolution, ocean surface water acidity has increased by about 30% (0.10 to 0.15 pH units reduction) due to anthropogenic CO2 emissions. It is estimated that the acidification in the oceans can reach 0.3 to 0.4 pH units by the end of this century. On the other hand, the ongoing global warming since the industrial revolution causes low dissolved oxygen (DO) by both decreasing the oxygen holding capacity of seawater and increasing its stratification. On a regional scale, human-induced coastal eutrophication and mucilage increase the frequency and size of coastal hypoxia events. In addition to acidification and hypoxia, another abiotic stress factor for marine organisms is microplastic pollution. Microplastics (MP) are one of the most abundant and prevalent abiotic particulate matter in the marine environment and have been shown to accumulate in the bodies of marine organisms and have toxic effects. The biological responses and adaptations of marine organisms to the combined effects  of these stress factors (multiple stress) are not clearly known. The biological responses of marine species living in our country's seas to these three stressors have not yet been addressed in a laboratory study.
The edible Mediterranean mussel Mytilus galloprovincialis plays a significant role in biodiversity and is a crucial bivalve species for preventing uncontrolled algal growth. In this study, the physiological responses of the mussel were investigated in low pH, low DO and MP stresses as single, double or triple for 15 days. Mussels were exposed in the laboratory to two levels of the aforementioned variables: normal and low pHT (8.09 and 7.35), normal and low DO (7.65 mg L-1 and 1.91 mg L-1), two MP levels (0 mg L-1 and 0.026 mg L-1). Those ranges are consistent with ocean acidification scenarios and coastal pH, DO, and MP concentration levels observed in the Sea of Marmara. As the experiment included two levels of these three variables, it was performed in a total of 8 aquariums and 3 replicates (8×3). DO and pH adjustment were achieved by IKS Aquastar aquarium control unit and its probes. The nutrient absorption rate was determined by the ashing method of food (microalgae) and faeces, the respiration rate was determined by the dissolved oxygen measurement in an airtight respiration chamber, the filtration rate was determined by measuring the feeding rate of mussels on microalgae, and the excretion rate was determined by spectrophotometric NH4-N measurement.
Low pH, low DO and MP did not increase mortality in mussels. Low pH, low DO and MP did not cause any change in absorption rate and respiration rate. According to the regression models created; there were interactions between pH, DO and MP in respect to their effects on excretion and filtration. Either alone or in combination, low pH, low DO and MP caused significant reductions in filtration rates. In the control group (normal pH, normal DO, 0 mg L-1 MP) the filtration rate was 49.3 ± 10.9 L s-1 g-1 while in the triple stress group (low pH, low DO, 0.026 mg L-1 MP)  it decreased to 14.0 ± 7.6 L s-1 g-1. As a result, it has been observed that three stress factors cause a significant decrease in feeding rate of mussels, but not in their overall physiology.