Evaluación interdisciplinar de la presencia y distribución de las basuras marinas (macro-residuos flotantes, microplásticos y aditivos plásticos), y de sus impactos en vertebrados marinos

Abstract

La basura marina está aumentando exponencialmente en los mares y océanos de todo el mundo. En los últimos años, se han reportado y documentado sus amenazas a la fauna marina y a los ecosistemas marinos en general. Por estas razones, se están fomentando medidas de mitigación y campañas de monitoreo para determinar cuáles son las zonas de acumulación de basura marina y evaluar la eficacia de las medidas propuestas. Sin embargo, todavía falta información para determinar los niveles basales de basura marina y mejorar las metodologías de monitoreo. El objetivo general de la presente tesis es estudiar la basura marina de manera interdisciplinar para tener una visión más amplia de sus potenciales efectos sobre los vertebrados marinos. En el primer capítulo, se investigan los macro-residuos flotantes mediante fotografía aérea desde drones y los macro-residuos flotantes y megafauna marina desde avionetas y se desarrolla un modelo de aprendizaje profundo para detectar y cuantificar los macro-residuos flotantes en las imágenes aéreas. Los resultados revelan que las técnicas de teledetección son igual o incluso más efectivas que las técnicas visuales para detectar macro-residuos flotantes y megafauna marina, y el modelo de aprendizaje profundo, instalado en una aplicación web, alcanza una efectividad del 81%. En el segundo capítulo, se utilizan tres especies potencialmente bioindicadoras (la boga (Boops boops), el rorcual común (Balaenoptera physalus) y el lobo marino antártico (Arctocephalus gazella)) para determinar la ocurrencia de microplásticos. Los resultados revelan la ocurrencia de microplásticos en el 46% y 52% de bogas de la costa catalana y rorcuales comunes del Atlántico Norte, respectivamente. Por lo contrario, no se encontraron microplásticos en los excrementos de lobo marino antártico, resultado que sugiere que las aguas del Estrecho de Bransfield presentan niveles muy bajos de contaminación plástica. En el tercer capítulo, se determina la concentración de aditivos plásticos en muestras de tejido de vertebrados marinos, para analizar su relación con las concentraciones de microplásticos e investigar los procesos de bioacumulación y biomagnificación de estos contaminantes. Los resultados muestran que las bogas del Mediterráneo presentan niveles considerables, pero no preocupantes, de ésteres organofosforados en sus tejidos musculares y que estas concentraciones no están relacionadas con la ocurrencia de microplásticos en sus tractos gastrointestinales. Además, los resultados muestran que los rorcuales comunes del Atlántico Norte presentan ésteres organofosforados y ftalatos en sus tejidos musculares y, aunque parece que los niveles no sean preocupantes para la viabilidad de sus poblaciones, una exposición a largo término podría desencadenar una toxicidad crónica. Además, parece ser que los ésteres organofosforados no se bioacumulan ni biomagnifican, y que los ftalatos no presentan diferencias intra-poblacionales ni temporales en rorcual común. En conjunto, los resultados de esta tesis proporcionan información de utilidad para mejorar los programas de monitoreo de basuras marinas y datos que pueden ser usados como referencia de los valores basales de macro-residuos flotantes, microplásticos y aditivos plásticos.

Marine litter is increasing exponentially in the seas and oceans of the world. In recent years, its threats to marine fauna and marine ecosystems in general have been reported and documented. For these reasons, mitigation measures are being adopted and monitoring programmes are being set in place to determine accumulation zones and evaluate the effectiveness of adopted measures. However, the information needed to determine baseline levels of marine litter and to improve and standardize monitoring methodologies is still poor. The general objective of this thesis is to investigate marine litter through an interdisciplinary approach to gain a broader perspective of its potential effects on marine vertebrates. In the first chapter, floating marine macro-litter is investigated using aerial photography from drones; floating marine macro-litter and marine megafauna are observed with a combined visual- and photographic-based approach from aircraft, and a deep learning model is developed to detect and quantify the floating marine macro-litter in aerial images. Results reveal that remote sensing techniques are as effective or more effective than visual techniques in detecting floating marine macro-litter and marine megafauna, and the deep learning model, installed in a web application, achieves an accuracy of 81%. In the second chapter, three potential bioindicator species (i.e., the bogue (Boops boops), the fin whale (Balaenoptera physalus) and the Antarctic fur seal (Arctocephalus gazella)) are analysed to determine the occurrence of microplastics. Results reveal the occurrence of microplastics in 46% of the bogues sampled from the Catalan coast and in 52% of the North Atlantic fin whales, respectively, while no microplastics are found in Antarctic fur seal scats, suggesting that the waters of the Bransfield Strait have very low levels of plastic contamination. The third chapter aims to determine the concentration of plastic additives in samples of marine vertebrate tissues, analyse its relationship with the occurrence of ingested microplastics and investigate the processes of bioaccumulation and biomagnification of these pollutants. Results show that the levels of organophosphate esters in the muscle of the bogues from the Mediterranean Sea are considerable but not of concern and do not relate to the occurrence of microplastics in the fish gastrointestinal tracts. In addition, organophosphate esters and phthalates are detected in the muscle of North Atlantic fin whales, and although their levels do not seem of concern for the viability of the fin whale population, long-term exposure may lead to chronic toxicity. Finally, phthalate concentrations do not show intra-population or temporal differences in fin whales and organophosphate esters do not appear to bioaccumulate throughout the whale life-span and/or biomagnificate through the food web. The results of this thesis provide relevant information to improve marine litter monitoring programs as well as useful data to produce reference baseline values of floating marine macro-litter, microplastics and plastic additives.