Okyanus asitlenmesinin deniz omurgasızlarında radyonüklid biyobirikimine etkileri
Effects of ocean acidification on radionuclide bioaccumulation in marine invertebrates
Yazar: NARİN SEZER
Danışman: PROF. DR. MURAT BELİVERMİŞ
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyoloji Ana Bilim Dalı / Genel Biyoloji Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2019
Konu: Biyoloji = Biology

Özet:
Atmosferik CO2, son iki yüzyıldaki insan faaliyetleri sonucunda önemli ölçüde artış göstermiştir. CO2 yüzey deniz suyu tarafından absorbe edilir ve "Okyanus Asitlenmesi" olarak adlandırılan yüksek pCO2 (deniz suyu pH'sında düşüş) ve karbonat kimyasında değişime neden olmaktadır. Deniz suyu asitlik değeri ve karbonat kimyasındaki değişik, deniz organizmalarını özellikle de, kalsiyum karbonat yapıları ve iskeleti olan canlıları etkilemektedir. Kalsiyum karbonat yapısına sahip olan deniz canlıları, deniz suyunun düşük karbonat iyon konsantrasyonu nedeniyle yüksek pCO2'dan zarar görmektedir. Deniz suyu pH değeri, sanayi devriminden bu yana (8,05-8,10) düşmüştür. Öngörülen kötümser atmosferik CO2 salınım senaryolarına göre bu yüzyılın sonunda 7,8'e ve 2300 yılında ise 7,5'e düşmesi beklenmektedir.
Bu çalışmada, üç farklı pH değerinde (8,1: mevcut deniz suyu pH değeri, 7,8: 2100 yılı için öngörülen pH değeri, 7,5: 2300 yılı için öngörülen pH değeri) yüksek hassasiyetli radioizleyici yöntemi kullanılarak bivalvler ve karideslerdeki metal / radyonüklidlerin biyokinetiği (alım ve atılım) incelenmiştir. Akvaryum pH seviyeleri pH-stat sistemi (IKS Aquastar) ile kontrol edilmiştir. Deneylerde kullanılan akvaryumlar ve deniz suyu parametreleri, araştırılan organizmaların çevresel yaşam koşullarına uygun olarak düzenlenmiş olan model sistemler yardımıyla incelenmiştir. Radyonüklid aktiviteleri gama ve alfa spektrometreleri ile ölçülmüştür.
Antropojenik CO2 artışı nedeniyle meydana gelen yüksek pCO2'in (azalmış pH) bivalvlerde ve karideslerde metal / radyonüklid biyobirikimi üzerindeki etkileri laboratuvar ortamında kurulmuş olan model sistemler yardımıyla bir dizi kontrollü radyoizleyici deneyleriyle incelenmiştir. Yüksek pCO2 genç midyelerde (Mytilus galloprovincialis) 109Cd alımını arttırken, 110mAg alımı üzerine etkisi olmamıştır. Diğer yandan, yüksek pCO2'in erişkin midyelerde 109Cd ve 110mAg biyobirikimine (alım, atılım, doku dağılımı) etkisi olmamıştır. Azalan pH, istiridye (Ostrea edulis) kabuğunun renginin ağarmasına neden olurken, 109Cd, 134Cs ve 57Co'ın alım, atılım, doku ve hücre içi dağılımını etkilememiştir. Karideste (Palaemon adspersus), dış iskelet değişimi ve Ag biyobirikimi en düşük pH (pH: 7,5), düşük pH (7,8) ve kontrol pH (8,1) ile karşılaştırıldığında, en düşük pH değerinde (7,5) daha sık dış iskelet değişimi gözlenmiş ve Ag daha verimli bir şekilde birikmiştir. Sediment dağılım katsayıları (Kd: metal / radyonüklid'in dip sedimentten suya transferi) 110mAg düşük pH değerinde artarken, 109Cd ve 134Cs düşük pH değerinden etkilenmemiştir. Manila kum midyesinde (Ruditapes philippinarum) transfer faktörü değeri 109Cd ve 134Cs için pH'dan bağımsız iken, 110mAg için pH azalırken transfer faktörü değeri artış göstermiştir. Ruditapes philippinarum'da Po-210 biyobirikimi pH değerinden etkilenmemiştir. 
Fizyoloji ve metabolizma hızı deniz organizmalarında metal biyobirikimini etkilemektedir. Bu nedenle, 82 gün boyunca azaltılmış pH şartlarına maruz bırakılmış Mytilus galloprovincialis'de filtrasyon hızı, hemosit canlılığı, immünomodülasyon (nötral kırmızı alımı) ve dolaşımdaki hücre dışı nükleik asit seviyeleri belirlenmiştir. Düşük pH (7,5) değeri kontrol şartları ile kıyaslandığında, filtrasyon hızı ve hemosit canlılığı önemli ölçüde azalırken, dolaşımdaki hücre dışı nükleik asitler ve bağışıklık sistemi patrametreleri değişiklik göstermemiştir.
Özetle, okyanus asitlenmesi karides ve bivalvlerde metal ve radyonüklid biyobirikimi üzerindeki etkisi maruz kalma yolu ve süresine, canlının gelişim evresine ve seçilen türlere ve radyonüklid/metallere göre değişiklik göstermektedir. Ayrıca, midyede azaltılmış pH'ın bazı metabolik hız ve fizyoloji parametreleri değiştirebileceğini, ancak immün savunma ve dolaşımdaki hücre dışı nükleik asitleri değiştiremediği bulunmuştur. Bu çalışmanın sonucu, okyanus asitlenmesinin bir deniz organizmasında metal ve radyonüklidlerin biyobirikimi üzerindeki etkilerinin, organizmanın metabolik ve fizyolojik durumu ile birlikte potansiyel biyokimyasal biyobelirteçler tarafından sağlanan bilgilerle desteklenmesi gerektiğini göstermektedir.

Abstract:
Atmospheric CO2 has been increased dramatically as a result of human activities over last two centuries. CO2 is absorbed by surface ocean and causes elevated pCO2 (a decrease in seawater pH level) and changes carbonate chemistry, which refer to "Ocean Acidification". Changing acidity and carbonate chemistry affect marine organisms, especially those with calcium carbonate structures and skeletons. Calcium carbonate shell of the marine calcifiers suffers from high pCO2 in seawater due to the lowered carbonate ion in seawater. The seawater pH has already dropped (8,05-8,10) since industrial revolution and is expected to reduce 7,8 at the end of this century and 7,5 by 2300 according to pessimistic atmospheric CO2 release scenarios.   
In this study the biokinetics of metal / radionuclide (uptake and depuration) in bivalves and shrimp was studied by using high sensitive radiotracer method under three different pH values (8,1: current sea water pH, 7,8: the predicted pH value for the year 2100, 7,5: the predicted pH value for the year 2300). Aquarium pH levels were controlled by a pH-stat system (IKS Aquastar). The aquariums and sea water parameters used in the experiments were established in the form of model systems arranged in accordance with the environmental living conditions of investigated organisms. The radionuclide activities were measured by gamma and alpha spectrometers.  
The effects of high pCO2 (lowered pH) driven by anthropogenic CO2 on metal/radionuclide bioaccumulation in bivalves and shrimp studied in a series of laboratory controlled radiotracer experiments. High pCO2 caused increased 109Cd, but not 110mAg, uptake in juvenile mussel Mytilus galloprovincialis. On the other hand, high pCO2 did not affect Cd and Ag bioaccumulation (uptake, depuration and tissue distribution) in adult mussel. Decreased pH did not affect uptake, depuration, tissue and intracellular distribution of 109Cd, 134Cs and 57Co while it caused coloration in the shell of the oyster (Ostrea edulis). Shrimp (Palaemon adspersus) moulted more frequently and accumulated Ag more efficiently in the lowest pH condition (pH:7,5) compared to modest pH (7,8) and control pH (8,1). Sediment distribution coefficients (Kd: the transfer of metal/radionuclide from deep sediment to water) of 110mAg increased by lowered pH, while 109Cd and 134Cs remains unaffected. Transfer factor value was independent of pH, while the 110mAg concentration factor value increased with decreasing pH in manila clam (Ruditapes philippinarum). Po-210 bioaccumulation in Ruditapes philippinarum was not affected by pH.
The physiology and metabolic rate affects metal bioaccumulation in marine organisms. Therefore, filtration rate, haemocyte viability, immunomodulation (neutral red uptake) and circulating cell-free nucleic acids were determined in Mytilus galloprovincialis exposed to lowered pH over 82 days period. Filtration rate and haemocyte viability significantly lessen at lowered pH (7,5) compared to control condition while circulating cell-free nucleic acids and immune system remain unchanged. 
To sum up, effect of ocean acidification on metal and radionuclide bioaccumulation in bivalves and shrimp dependent on the exposure pathway and duration, development stage, select species and radionuclides/metals. We also inferred that lowered pH can modulate some metabolic rate and physiology parameters, but not immune defence and circulating cell free nucleic acid in mussel (Mytilus galloprovincialis). The result of this study also suggests that the effects of ocean acidification on bioaccumulation of metal and radionuclides in a marine organism should be supported by the information provided by metabolic and physiological status of organism as well as biochemical potential biomarker.