Freshwater and estuarine diatom composition and seasonal variation: influence of environmental factors and its forensic application

Abstract

As diatomáceas são microalgas unicelulares amplamente distribuídas em sistemas aquáticos que têm demonstrado ser uma ferramenta útil nas ciências forenses. Diferentes espécies e comunidades são características dos ecossistemas onde são encontradas permitindo fazer associações temporais e locais. De facto, a composição característica de diatomáceas de um sistema aquático, o seu pequeno tamanho, a alta resistência à degradação e o facto de não ocorrerem naturalmente no corpo humano podem dar informação relevante em situações de investigação forense (por exemplo, estabelecer índices associativos entre lugares, indivíduos e/ou objetos, e determinar a causa da morte em casos de afogamento). No entanto, a sua composição varia com a sazonalidade e local de colheita. Este trabalho teve como objetivo a realização de um estudo preliminar e comparativo sobre a composição de diatomáceas de três sistemas aquáticos com características hidrológicas e antropogénicas diferentes, tentando perceber a influência da sazonalidade e dos parâmetros físico-químicos na composição de diatomáceas desses sistemas aquáticos. Para isso, foram colhidas sazonalmente (verão, outono, inverno e primavera) amostras de águas de superfície dos três tipos de sistemas aquáticos (uma ribeira, um estuário e dois poços), tendo-se amostrado em dois locais diferentes da ribeira e do estuário. As amostras foram processadas e analisadas por microscopia ótica para identificar e quantificar as diatomáceas. Os parâmetros físico-químicos das amostras de água tais como temperatura, pH, condutividade, oxigénio dissolvido e nutrientes (nitratos, nitritos e fosfatos) foram determinados de acordo com metodologias já estabelecidas. Os resultados demonstraram diferenças na composição de diatomáceas relativamente aos tipos encontrados e abundância nos três diferentes sistemas aquáticos demonstrando que sistemas aquáticos com características hidrológicas e antropogénicas diferentes vão apresentar composições de diatomáceas diferentes. Para além disso, verificaram-se diferenças sazonais e espaciais. As amostras colhidas na ribeira e no estuário apresentaram a maior diversidade e abundância de espécies, sendo as amostras do estuário as que apresentaram uma maior diversidade. De forma geral, para ambos os sistemas, a maior abundância de diatomáceas foi verificada no verão seguida do inverno e da primavera para a ribeira e o estuário, respetivamente. As águas colhidas nos poços, situados em duas regiões geográficas diferentes, mostraram composições diferentes sendo que no poço localizado na região da Póvoa de Varzim, não se detetaram diatomáceas em nenhuma das colheitas realizadas, enquanto que as águas colhidas no poço da região de Paredes demonstraram a ocorrência de um número muito reduzido de diatomáceas. Os parâmetros físico-químicos demonstraram variar de acordo com a sazonalidade e foi possível relacionar a ocorrência de alguns tipos de diatomáceas com as características físico-químicas dos sistemas aquáticos. No entanto, este estudo é preliminar e para estabelecer uma relação da ocorrência entre os tipos de diatomáceas e os parâmetros físico-químicos estudados será necessário um maior número de pontos de colheita. Este estudo demonstrou, maioritariamente, a diferença na composição de diatomáceas de diferentes sistemas aquáticos e a relação com a sazonalidade e o local de colheita. Apesar de ser um estudo piloto, será o ponto de partida para a realização de trabalhos futuros que permitam o desenvolvimento de uma base de dados para apoiar estudos de investigação forense.

Diatoms are unicellular microalgae widely distributed in aquatic systems that have proven to be a useful tool in forensic sciences. Different species and communities are characteristic of the ecosystems where they are found, allowing temporal and local associations to be made. In fact, the characteristic diatom composition of an aquatic system, their small size, high resistance to degradation and the fact that they do not occur naturally in the human body can provide relevant information in forensic investigation situations (for example, establishing associative indices between places, individuals and/or objects, and determining the cause of death in drowning cases). However, their composition varies with seasonality and collection site. The aim of this work was to perform a preliminary comparative study of the diatom composition of three aquatic systems with different hydrological and anthropogenic characteristics, trying to perceive the influence of seasonality and physicochemical parameters on the diatom composition of these aquatic systems. To this end, surface water samples were taken from three types of aquatic systems (a stream, an estuary and two wells) on a seasonal basis (summer, autumn, winter and spring), sampling at two different locations for the stream and the estuary. The samples were processed and analyzed using optical microscopy to identify and quantify the diatoms. The physicochemical parameters of the water samples such as temperature, pH, conductivity, dissolved oxygen, and nutrients (nitrates, nitrites, and phosphates) were determined according to established methodologies. The results showed differences in diatom composition in terms of the types found and abundance in the three different aquatic systems, demonstrating that aquatic systems with different hydrological and anthropogenic characteristics will present different diatom compositions. In addition, there were seasonal and spatial differences. The samples taken from the stream and the estuary showed the greatest diversity and abundance of diatoms, with the estuary samples showing the greatest diversity. In general, for both systems, the greatest abundance of diatoms was found in summer, followed by winter and spring for the stream and estuary, respectively. The water collected from the wells, in two different geographical regions, showed different compositions. In the well located in the Póvoa de Varzim region, no diatoms were detected in any of the samples taken, while the water collected from the well in the Paredes region showed the occurrence of very small numbers of diatoms. The physicochemical parameters were shown to vary according to seasonality, and it was possible to relate the occurrence of some diatom types to the physicochemical characteristics of the aquatic systems. However, this study is preliminary and to establish a relationship between the occurrence of diatom types and the studied physicochemical parameters, a greater number of sampling points will be required. This study has mainly demonstrated the difference in the composition of diatoms of different aquatic systems and the relationship with seasonality and collection site. Despite being a pilot study, it will be the starting point for future work to develop a database to support forensic investigation studies.