Biomonitoreo

Medio ambiente. Contaminación ambiental. Biorremediación. Evaluación de contaminación. Ecosistemas. Microalgas. Macroinvertebrados bentónicos. Microtox. MetPlate. Bioensayo. Efluentes industriales y cloacales. Consideraciones metodológicas

  • Enviado por: Mailen Fulqueris
  • Idioma: castellano
  • País: Argentina Argentina
  • 16 páginas
publicidad

Biomonitoreo para la limpieza del ambiente

Junto con el desarrollo acelerado de la industria, ha crecido también la cantidad de desechos y compuestos tóxicos que se acumulan en el ambiente. En respuesta, se ha incrementado el interés de la ciencia por conocer y proteger el ambiente, y por elaborar criterios físicos, químicos y biológicos para estimar el impacto de la actividad humana sobre el ecosistema. En ese contexto, la biotecnología ofrece herramientas que permiten detectar compuestos tóxicos (biomonitoreo) y descontaminar el ambiente empleando microorganismos y plantas (biorremediación, ver Cuadernos Nº 36, 46, 79).

¿En qué consiste el biomonitoreo?

El biomonitoreo es un conjunto de técnicas basadas en la reacción y sensibilidad de distintos organismos vivos a diversas sustancias contaminantes presentes en un ecosistema. En otras palabras, es la evaluación de los efectos deletéreos de una sustancia tóxica sobre distintos organismos. Estos organismos son empleados como indicadores biológicos de la toxicidad de un compuesto que se mide a través de diferentes índices biológicos (alteraciones en el desarrollo, en funciones vitales, etc.).

La evaluación de contaminación por biomonitoreo puede realizarse de dos modos:

  • Mediante el estudio de los efectos sobre los organismos indicadores preexistentes en el ecosistema de interés,

  • Mediante la toma de muestras del ambiente de interés y el análisis en el laboratorio de la presencia de contaminantes sobre organismos indicadores modelo (ver Cuaderno nº50).

  • Estos índices biológicos pueden dar información no solo de las condiciones momentáneas, sino también de lo sucedido en momentos previos a la toma de las muestras. Junto con la medición de parámetros físicos y químicos, el biomonitoreo permite evaluar el impacto que la actividad humana tiene en el medio ambiente, ya sea en ecosistemas abiertos como en efluentes industriales o cloacales.

    Biomonitoreo mediante organismos indicadores presentes en el ecosistema de interés

    El organismo indicador seleccionado para el estudio de biomonitoreo depende del ecosistema en estudio y de los compuestos tóxicos a determinar. Los organismos más empleados para realizar biomonitoreo de ambientes acuáticos, que están entre los más afectados por diversas contaminaciones, son:

  • Microalgas: dentro de este grupo se destacan las diatomeas, un grupo de algas unicelulares pertenecientes a la Clase Bacillariophyceae, que poseen un tamaño de entre 50 y 500 µm (microplancton). Constituyen el grupo más importante del fitoplancton debido a que contribuyen con cerca del 90% de la productividad de los sistemas. Se las considera ideales para biomonitoreo dado que son fáciles y rápidas de muestrear en grandes cantidades y sobre pequeñas áreas superficiales. Además, algunas especies de este grupo son muy sensibles a los cambios ambientales ya sea en cortos o largos períodos de tiempo, y esto les otorga a las diatomeas gran importancia en la detección de compuestos vertidos ocasionalmente. Otra característica que las hace ideales como organismos indicadores es que estas algas son particularmente manejables gracias a que sus paredes celulares de sílice son raramente dañadas al ser removidas de los sustratos naturales o artificiales, y son fácilmente cultivables. Además, existe mucha información ecológica referida a sus rangos de tolerancia ambiental.

  • Figura 1. Microscopías de diatomeas. La imagen izquierda muestra una microscopía óptica de diatomeas, y la imagen derecha una microscopía electrónica de diatomeas que revela su estructura exterior (imágenes tomadas del Laboratorio de Diatomeas Continentales-Morfología Vegetal, Departamento de Biodiversidad y Biología Experimental, FCEyN - UBA).

  • Macroinvertebrados bentónicos: incluyen, por ejemplo, insectos acuáticos y cangrejos, empleados desde hace más de 100 años para estimar la calidad de cuerpos de agua. Los macroinvertebrados son utilizados como bioindicadores por varias razones, entre ellas: son relativamente abundantes, tienen el tamaño suficiente para ser observados con equipamientos sencillos sin necesidad de microscopios; son muy sensibles a perturbaciones; tienen un ciclo de vida lo suficientemente largo como para ser afectados por las condiciones de la calidad del agua; están relativamente inmóviles; tienden a formar distintas comunidades que están asociadas con condiciones físicas y químicas muy particulares; son fáciles de recolectar; existen métodos de evaluación y conocimiento sobre taxonomía para varias regiones.

  • Tabla 1. Respuestas típicas de las comunidades de macroinvertebrados a diferentes condiciones de estrés ambiental

    Estrés

    Número/Biomasa

    Diversidad

    Sustancia tóxica

    Se reduce

    Se reduce

    Cambios de temperatura

    Se reduce

    Se reduce

    sedimentos

    Se reduce

    Se reduce

    pH bajo (acidez)

    Se reduce

    Se reduce

    Enriquecimiento orgánico

    aumenta

    Se reduce

    Tabla 1. Cambios medidos cuando un sistema acuático es sometido a diferentes alteraciones o tipos de estrés. Parámetros como la diversidad (número de diferentes tipos de organismos) y la abundancia (número total de individuos) de macroinvertebrados en un ecosistema son útiles si se considera la estructura de la comunidad total y los cambios en el tiempo.

    Así, en los ríos de montaña de aguas frías, muy transparentes y muy bien oxigenadas, se espera siempre encontrar poblaciones dominantes diferentes a las que existirán en los ríos y quebradas que están siendo contaminados con materia orgánica (de aguas turbias y con poco oxígeno). De hecho, una persona con la suficiente experiencia para reconocer a simple vista todos estos organismos en el campo, en unos pocos minutos después de levantar algunas rocas y troncos sumergidos, y de acuerdo a las características de olor y color de las aguas, puede afirmar con relativa certeza si el ecosistema no está perturbado o, si por el contrario, está siendo impactado por distintos tipos de contaminación (residuos municipales, agrícolas, industriales e impactos de otros usos del suelo sobre los cursos de aguas superficiales).

    Biomonitoreo a partir de muestras tomadas de los ecosistemas sobre organismos indicadores modelo

    Otra forma de analizar el grado de contaminación y la presencia de compuestos tóxicos en un determinado lugar, es tomar muestras y ponerlas en contacto con organismos o sus derivados y evaluar las alteraciones que en ellos se producen.

    La Tabla 2 compara los resultados de ensayos de sensibilidad de distintos sistemas de biomonitoreo. Es decir, qué concentración de los distintos contaminantes (metales pesados en este caso) es detectada por cada sistema, expresada en algunos casos como EC50 (concentración media efectiva) y LC50 (concentración media letal).

    La EC50 se define como la concentración de una sustancia en un medio que se espera produzca un cierto efecto en el 50% de los organismos testeados de una población bajo ciertas condiciones (IUPAC, 1993).

    La LC50 representa la concentración del compuesto tóxico que resulta letal para el 50% de los organismos expuestos durante un período especificado.

    En otros sistemas, no se utilizan valores de EC50 o LC50, sino que se determinan parámetros propios, como por ejemplo, las alteraciones o aberraciones en el ADN del organismo bioindicador (por ejemplo, los ensayos en cebolla).

    Tabla 2. Ensayos empleando bioindicadores de diferente naturaleza


    Ensayo empleado

    Parámetro evaluado

    Concentración de metales pesados, EC50 o LC50, para cada metal evaluado

    Cu2+ (mg/L)

    Cd2+

    (mg/L)

    Pb2+

    (mg/L)

    Ni2+

    (mg/L)

    Zn2+

    (mg/L)

    Ensayos con cultivos celulares, bacterias, invertebrados, peces y mamíferos

    Ensayo con MetPLATE en E. coli

    EC50 de actividad

    galactosidasa

    0,2

    0,03

    10

    1

    0,1

    Microtox

    EC50

    0,6

    40,8

    ND*

    ND

    14,5

    Pez Pimephales promelas

    LC50

    0,02-0,1

    0,01-2,2

    0,81-5,4

    3,4

    0,33-1,7

    Invertebrado Daphnia magna (pulga de agua)

    EC50

    0,02-0,54

    0,02-4,7

    3,6-4,9

    7,6-11

    0,07-5,1