Microplásticos e contaminantes associados no ambiente aquático: potenciais impactos à saúde de plantas aquáticas

Microplásticos (MPs) são partículas plásticas de dimensões entre 1 μm e 1 mm, insolúveis em água, sendo classificados de acordo com muitas de suas características físico-químicas. Essas partículas acumulam-se nos ecossistemas, incluindo ambientes de água doce, essenciais para a sobrevivência humana, representando uma séria ameaça ambiental. Apesar da vulnerabilidade de diversos organismos aquáticos, muitos mecanismos de interação e efeitos tóxicos de MPs nesses ambientes, ainda são pouco investigados. Os efeitos em decorrência da combinação entre MPs e outros poluentes em macrófitas aquáticas é especialmente preocupante. Uma revisão sistemática, mapeou o estado da arte de pesquisas com MPs focadas em plantas vasculares aquáticas. Esta revisão fundamentou os experimentos subsequentes, que priorizaram polímeros amplamente produzidos, como o polietileno (PE), o policloreto de vinila (PVC) e o politereftalato de etileno (PET), e elegeu como organismos-modelo as macrófitas flutuantes Lemna minor e Spirodela polyrhiza, reconhecidas por sua sensibilidade a contaminantes e relevância ecológica. Especificamente, buscou-se avaliar os efeitos tóxicos de MPs isolados e associados a outros contaminantes na macrófita L. minor, utilizando MPs-PE e o fármaco medroxiprogesterona (MPA). Um teste crônico analisou os pigmentos fotossintéticos, o número de frondes e a adesão de MPs às plantas. Embora MPs e MPA não tenham afetado significativamente a taxa de crescimento ou o número de frondes, a exposição combinada reduziu os pigmentos fotossintéticos, sugerindo maior estresse causado pelo MPA. A adesão das partículas a L. minor indica seu potencial como via de entrada de MPs nas cadeias alimentares. A metabolômica não direcionada foi utilizada para investigar os efeitos crônicos e sutis de MPs-PVC em S. polyrhiza. A exposição prolongada a concentrações ambientalmente relevantes não alterou os parâmetros fisiológicos convencionais, como o conteúdo de pigmentos. No entanto, a análise do metaboloma revelou uma profunda reprogramação bioquímica na planta. Foram observadas perturbações no ciclo dos ácidos tricarboxílicos, acúmulo de aminoácidos compatíveis como prolina e ácido gama-aminobutírico, e uma remodelagem nos perfis de lipídios e compostos fenólicos. A investigação final voltou-se para a combinação de MPs-PET com íons de cobre (Cu²⁺), metal frequentemente aplicado no controle de florações de cianobactérias em corpos hídricos brasileiros. Os resultados apontaram para uma interação complexa, na qual os MPs-PET parecem modular a toxicidade do Cu²⁺ para L. minor, atuando potencialmente como transportadores que alteram a biodisponibilidade do metal. Esta dinâmica revela que o risco ecológico dos MPs transcende seus efeitos diretos, incluindo sua capacidade de alterar o destino e o efeito de outros contaminantes já presentes no ambiente. Ao demonstrar que esses poluentes induzem desde respostas fisiológicas mensuráveis até profundas reorganizações metabólicas, a pesquisa alerta para os riscos subletais e crônicos que podem comprometer a saúde das populações de macrófitas a longo prazo. A contaminação por MPs, especialmente em sinergia com outros poluentes, representa uma ameaça silenciosa, porém significativa, à base da sustentabilidade dos ecossistemas aquáticos continentais, sublinhando a urgência de políticas de gestão de resíduos e monitoramento ambiental que considerem essas interações complexas.

Resumo (inglês)

Microplastics (MPs) are plastic particles with dimensions ranging from 1 μm to 5 mm, insoluble in water, and classified as primary (directly manufactured at reduced sizes) or secondary, originating from the fragmentation of larger plastics. These particles accumulate in various ecosystems, including freshwater environments, where they undergo degradation processes; factors such as temperature, humidity, solar radiation (UV), and fragmentation influence the degradation rate. Due to their ubiquity, freshwater ecosystems, which are essential for human survival, are continuously exposed to MPs, representing a serious environmental threat. Despite the vulnerability of various aquatic organisms, many mechanisms of interaction and the toxic effects of MPs in these environments remain poorly investigated. The effects arising from the combination of MPs with other pollutants on aquatic macrophytes are particularly concerning. A systematic review mapped the state of the art and confirmed the scarcity of research focused on aquatic vascular plants. This review established the need for subsequent experiments, which prioritized widely produced and discarded polymers such as polyethylene (PE), polyvinyl chloride (PVC), and polyethylene terephthalate (PET), and selected the floating macrophytes Lemna minor and Spirodela polyrhiza as model organisms, recognized for their sensitivity and ecological relevance. Specifically, the study aimed to evaluate the toxic effects of MPs alone and associated with other contaminants on the macrophyte L. minor, using PE-MPs (81.03 ± 20.32 μm) and the pharmaceutical medroxyprogesterone (DMPA). A seven-day chronic test analyzed photosynthetic pigments, frond number, and MP adhesion to the plants. Although MPs and DMPA did not significantly affect the growth rate or frond number, the combined exposure reduced photosynthetic pigments, suggesting increased stress caused by DMPA. The adhesion of particles to L. minor indicates their potential as an entry pathway for MPs into food chains. Untargeted metabolomics was employed to investigate the chronic and subtle effects of PVC-MPs on S. polyrhiza. Prolonged exposure to environmentally relevant concentrations did not alter conventional physiological parameters, such as pigment content. However, metabolomic analysis revealed profound biochemical reprogramming in the plant. Disruptions in the tricarboxylic acid cycle, accumulation of compatible amino acids such as proline and gamma-aminobutyric acid, and remodeling of lipid and phenolic compound profiles were observed. The final investigation focused on the combination of PET-MPs with copper ions (Cu²⁺), a metal frequently applied in controlling cyanobacterial blooms in Brazilian water bodies. The results pointed to a complex interaction, in which PET-MPs appear to modulate the toxicity of Cu²⁺ to L. minor, potentially acting as carriers that alter the metal's bioavailability. These dynamic reveals that the ecological risk of MPs extends beyond their direct effects, including their capacity to alter the fate and impact of other contaminants already present in the environment. By demonstrating that these pollutants induce measurable physiological responses as well as profound metabolic reorganizations, this research highlights the sublethal and chronic risks that may compromise the health of macrophyte populations in the long term. Aquatic macrophytes perform irreplaceable ecosystem functions. Any impairment of their vitality, whether due to reduced photosynthetic efficiency or the diversion of energy resources to stress mechanisms, can trigger cascading effects. Contamination by MPs, especially in synergy with other pollutants, represents a silent yet significant threat to the foundation of continental aquatic ecosystem sustainability, underscoring the urgency for waste management policies and environmental monitoring that consider these complex interactions.

Palavras-chave

Plantas de água doce, Contaminantes emergentes na água, Microplásticos, Toxicologia ambiental, Freshwater plants, Emerging contaminants in water, Microplastics, Environmental toxicology

Idioma

Português

Citação

MARTINS, Thaís Fabiane Gomes. Microplásticos e contaminantes associados no ambiente aquático: potenciais impactos à saúde de plantas aquáticas. 2026. Tese (Doutorado em Ciências Ambientais) - Instituto de Ciência e Tecnologia, Universidade Estadual Paulista, Sorocaba, 2026.