Un bioindicador es cualquier especie (una especie indicadora ) o grupo de especies cuya función, población o estado puede revelar el estado cualitativo del medio ambiente. Por ejemplo, los copépodos y otros pequeños crustáceos de agua que están presentes en muchos cuerpos de agua pueden monitorearse para detectar cambios (bioquímicos, fisiológicos o de comportamiento ) que puedan indicar un problema dentro de su ecosistema. Los bioindicadores pueden informarnos sobre los efectos acumulativos de diferentes contaminantes en el ecosistema y sobre cuánto tiempo puede haber estado presente un problema, lo que las pruebas físicas y químicas no pueden.[2]
Un monitor biológico o biomonitor es un organismo que proporciona información cuantitativa sobre la calidad del medio ambiente que lo rodea. [3] Por lo tanto, un buen biomonitor indicará la presencia del contaminante y también puede usarse en un intento de proporcionar información adicional sobre la cantidad e intensidad de la exposición.
Un indicador biológico es también el nombre que se le da a un proceso para evaluar la esterilidad de un ambiente mediante el uso de cepas de microorganismos resistentes (por ejemplo, Bacillus o Geobacillus ). [4] Los indicadores biológicos se pueden describir como la introducción de un microorganismo altamente resistente a un ambiente dado antes de la esterilización , se realizan pruebas para medir la efectividad de los procesos de esterilización. Dado que los indicadores biológicos utilizan microorganismos altamente resistentes , cualquier proceso de esterilización que los vuelva inactivos también habrá eliminado los patógenos más comunes y más débiles .
Descripción general
Un bioindicador es un organismo o respuesta biológica que revela la presencia de contaminantes por la aparición de síntomas típicos o respuestas medibles y es, por tanto, más cualitativo . Estos organismos (o comunidades de organismos) pueden utilizarse para proporcionar información sobre alteraciones en el medio ambiente o la cantidad de contaminantes ambientales cambiando de una de las siguientes formas: fisiológica , química o conductual . La información se puede deducir mediante el estudio de:
- su contenido de ciertos elementos o compuestos
- su estructura morfológica o celular
- procesos bioquímicos metabólicos
- comportamiento
- estructura (s) de población.
La importancia y relevancia de los biomonitores, más que de los equipos fabricados por el hombre, se justifican por la observación de que el mejor indicador del estado de una especie o sistema es él mismo. [5] Los bioindicadores pueden revelar efectos bióticos indirectos de contaminantes cuando muchas mediciones físicas o químicas no pueden. A través de bioindicadores, los científicos necesitan observar solo las especies indicadoras para controlar el medio ambiente en lugar de monitorear a toda la comunidad. [6]
El uso de un biomonitor se describe como monitoreo biológico y es el uso de las propiedades de un organismo para obtener información sobre ciertos aspectos de la biosfera. El biomonitoreo de los contaminantes del aire puede ser pasivo o activo. Los expertos utilizan métodos pasivos para observar las plantas que crecen naturalmente dentro del área de interés. Se utilizan métodos activos para detectar la presencia de contaminantes del aire colocando plantas de prueba de respuesta y genotipo conocidos en el área de estudio.
El uso de un biomonitor se describe como seguimiento biológico . Se refiere a la medición de propiedades específicas de un organismo para obtener información sobre el entorno físico y químico circundante [7].
Los indicadores de bioacumulación se consideran con frecuencia biomonitores. Según el organismo seleccionado y su uso, existen varios tipos de bioindicadores. [8] [9]
Usar
En la mayoría de los casos, se recopilan datos de referencia para las condiciones bióticas dentro de un sitio de referencia predeterminado. Los sitios de referencia deben caracterizarse por tener poca o ninguna perturbación externa (por ejemplo, perturbaciones antropogénicas, cambio de uso de la tierra, especies invasoras). Las condiciones bióticas de una especie indicadora específica se miden tanto en el sitio de referencia como en la región de estudio a lo largo del tiempo. Los datos recopilados de la región de estudio se comparan con datos similares recopilados del sitio de referencia para inferir la salud ambiental relativa o la integridad de la región de estudio. [10]
Una limitación importante de los bioindicadores en general es que se ha informado de que son inexactos cuando se aplican a regiones geográfica y ambientalmente diversas. [11] Como resultado, los investigadores que usan bioindicadores deben asegurarse de manera consistente que cada conjunto de índices sea relevante dentro de las condiciones ambientales que planean monitorear. [12]
Indicadores de plantas y hongos
La presencia o ausencia de cierta planta u otra vida vegetativa en un ecosistema puede proporcionar pistas importantes sobre la salud del medio ambiente: la preservación del medio ambiente . Hay varios tipos de biomonitores de plantas, incluidos musgos , líquenes , corteza de árbol , bolsas de corteza , anillos de árboles y hojas . Los hongos también pueden ser útiles como indicadores.
Los líquenes son organismos que comprenden tanto hongos como algas . Se encuentran en rocas y troncos de árboles y responden a los cambios ambientales en los bosques, incluidos los cambios en la estructura forestal: biología de la conservación , calidad del aire y clima. La desaparición de líquenes en un bosque puede indicar tensiones ambientales, como altos niveles de dióxido de azufre, contaminantes a base de azufre y óxidos de nitrógeno . La composición y la biomasa total de las especies de algas en los sistemas acuáticos sirven como una métrica importante para la contaminación orgánica del agua y la carga de nutrientes como el nitrógeno y el fósforo. Hay organismos modificados genéticamente que pueden responder a los niveles de toxicidad en el medio ambiente ; por ejemplo , un tipo de césped modificado genéticamente que crece de un color diferente si hay toxinas en el suelo. [13]
Indicadores y toxinas animales
Los cambios en las poblaciones animales , ya sea que aumenten o disminuyan, pueden indicar contaminación . [14] Por ejemplo, si la contaminación causa el agotamiento de una planta, las especies animales que dependen de esa planta experimentarán una disminución de la población . Por el contrario, la superpoblación puede ser el crecimiento oportunista de una especie en respuesta a la pérdida de otras especies en un ecosistema. Por otro lado, los efectos subletales inducidos por el estrés pueden manifestarse en la fisiología , morfología y comportamiento de los animales mucho antes de que se expresen y observen las respuestas a nivel de población. [15] Estas respuestas subletales pueden ser muy útiles como "señales de alerta temprana" para predecir cómo responderán las poblaciones.
La contaminación y otros agentes de estrés pueden controlarse midiendo cualquiera de varias variables en los animales: la concentración de toxinas en los tejidos animales; la velocidad a la que surgen las deformidades en las poblaciones animales; comportamiento en el campo o en el laboratorio; [16] y evaluando los cambios en la fisiología individual. [17]
Ranas y sapos
Los anfibios, en particular los anuros (ranas y sapos), se utilizan cada vez más como bioindicadores de la acumulación de contaminantes en los estudios de contaminación. [18] Los anuros absorben sustancias químicas tóxicas a través de su piel y sus membranas branquiales larvarias y son sensibles a las alteraciones en su entorno. [19] Tienen poca capacidad para desintoxicar los pesticidas que se absorben, inhalan o ingieren al comer alimentos contaminados. [19] Esto permite que los residuos, especialmente de plaguicidas organoclorados, se acumulen en sus sistemas. [19] También tienen una piel permeable que puede absorber fácilmente sustancias químicas tóxicas, lo que los convierte en un organismo modelo para evaluar los efectos de los factores ambientales que pueden causar la disminución de la población de anfibios. [19] Estos factores permiten que se utilicen como organismos bioindicadores para seguir los cambios en sus hábitats y en estudios ecotoxicológicos debido a las crecientes demandas de los seres humanos sobre el medio ambiente. [20]
El conocimiento y el control de los agentes ambientales es fundamental para mantener la salud de los ecosistemas. [ cita requerida ] Los anuros se utilizan cada vez más como organismos bioindicadores en estudios de contaminación, como el estudio de los efectos de los pesticidas agrícolas en el medio ambiente. [ cita requerida ] La evaluación ambiental para estudiar el entorno en el que viven se realiza analizando su abundancia en el área, así como evaluando su capacidad locomotora y cualquier cambio morfológico anormal, que son deformidades y anomalías en el desarrollo. [ cita requerida ] La disminución de anuros y malformaciones también podría sugerir una mayor exposición a la luz ultravioleta y parásitos. [20] Se ha demostrado que la aplicación expansiva de agroquímicos como el glifosato tiene efectos dañinos en las poblaciones de ranas a lo largo de su ciclo de vida debido a la escorrentía de estos agroquímicos en los sistemas de agua donde viven estas especies y su proximidad al desarrollo humano. [21]
Los anuros que se reproducen en estanques son especialmente sensibles a la contaminación debido a sus complejos ciclos de vida, que podrían consistir en vida terrestre y acuática. [18] Durante su desarrollo embrionario, las alteraciones morfológicas y de comportamiento son los efectos más frecuentemente citados en relación con las exposiciones químicas. [22] Los efectos de la exposición pueden resultar en una longitud corporal más corta, una masa corporal más baja y malformaciones de las extremidades u otros órganos. [18] El desarrollo lento, el cambio morfológico tardío y el tamaño pequeño del metamorfo dan como resultado un mayor riesgo de mortalidad y exposición a la depredación. [18]
Crustáceos
También se ha planteado la hipótesis de que los cangrejos de río son bioindicadores adecuados, en las condiciones adecuadas. [23]
Indicadores microbianos
Contaminantes químicos
Los microorganismos se pueden utilizar como indicadores de la salud de los ecosistemas acuáticos o terrestres . Encontrados en grandes cantidades, los microorganismos son más fáciles de muestrear que otros organismos. Algunos microorganismos producirán nuevas proteínas , llamadas proteínas de estrés , cuando se exponen a contaminantes como el cadmio y el benceno . Estas proteínas de estrés se pueden utilizar como un sistema de alerta temprana para detectar cambios en los niveles de contaminación.
En exploración de petróleo y gas
La prospección microbiana de petróleo y gas (MPOG) se utiliza a menudo para identificar posibles áreas de presencia de petróleo y gas. En muchos casos, se sabe que el petróleo y el gas se filtran hacia la superficie, ya que un depósito de hidrocarburos generalmente se filtra o se filtra hacia la superficie a través de fuerzas de flotación que superan las presiones de sellado. Estos hidrocarburos pueden alterar las ocurrencias químicas y microbianas que se encuentran en los suelos cercanos a la superficie o pueden recogerse directamente. Las técnicas utilizadas para MPOG incluyen análisis de ADN , recuentos simples de insectos después de cultivar una muestra de suelo en un medio a base de hidrocarburos o al observar el consumo de gases de hidrocarburos en una celda de cultivo. [24]
Microalgas en la calidad del agua
Las microalgas han ganado atención en los últimos años debido a varias razones, incluida su mayor sensibilidad a los contaminantes que muchos otros organismos. Además, se encuentran abundantemente en la naturaleza, son un componente esencial en muchas redes tróficas, son fáciles de cultivar y de usar en ensayos y hay pocas cuestiones éticas, si es que hay alguna, involucradas en su uso.
Euglena gracilis es un flagelado fotosintético móvil de agua dulce. Aunque Euglena es bastante tolerante a la acidez, responde rápida y sensiblemente a tensiones ambientales como metales pesados o compuestos orgánicos e inorgánicos. Las respuestas típicas son la inhibición del movimiento y un cambio de parámetros de orientación. Además, este organismo es muy fácil de manipular y cultivar, lo que lo convierte en una herramienta muy útil para las evaluaciones ecotoxicológicas. Una particularidad muy útil de este organismo es la orientación gravitáctica, que es muy sensible a los contaminantes. Los gravireceptores se ven afectados por contaminantes como metales pesados y compuestos orgánicos o inorgánicos. Por lo tanto, la presencia de tales sustancias está asociada con el movimiento aleatorio de las células en la columna de agua. Para las pruebas a corto plazo, la orientación gravitáctica de E. gracilis es muy sensible. [25] [26] Otras especies como Paramecium biaurelia (ver Paramecium aurelia ) también usan orientación gravitáctica. [27]
Es posible realizar un bioensayo automático utilizando el flagelado Euglena gracilis en un dispositivo que mide su motilidad a diferentes diluciones de la muestra de agua posiblemente contaminada, para determinar la CE 50 (la concentración de la muestra que afecta al 50 por ciento de los organismos) y el valor G ( factor de dilución más bajo en el que se puede medir un efecto tóxico no significativo). [28] [29]
Macroinvertebrados
Los macroinvertebrados son indicadores útiles y convenientes de la salud ecológica de las masas de agua [30] y los ecosistemas terrestres. [31] [32] Casi siempre están presentes y son fáciles de muestrear e identificar. Esto se debe en gran parte al hecho de que la mayoría de los macroinvertebrados son visibles a simple vista, suelen tener un ciclo de vida corto (a menudo la duración de una sola temporada) y, en general, son sedentarios. [33] Las condiciones de los ríos preexistentes, como el tipo de río y el caudal, afectarán a los conjuntos de macroinvertebrados, por lo que varios métodos e índices serán apropiados para tipos de corrientes específicos y dentro de eco-regiones específicas. [33] Si bien algunos macroinvertebrados bentónicos son muy tolerantes a varios tipos de contaminación del agua, otros no lo son. Los cambios en el tamaño de la población y el tipo de especie en regiones de estudio específicas indican el estado físico y químico de arroyos y ríos. [7] Los valores de tolerancia se utilizan comúnmente para evaluar la contaminación del agua [34] y la degradación ambiental , como las actividades humanas (por ejemplo, tala selectiva e incendios forestales ) en los bosques tropicales. [35] [36]
Indicadores bentónicos para pruebas de calidad del agua
Los macroinvertebrados bentónicos se encuentran dentro de la zona bentónica de un arroyo o río. Están formados por insectos acuáticos , crustáceos , gusanos y moluscos que viven en la vegetación y los lechos de los ríos. [7] Las especies de macroinvertebrados se pueden encontrar en casi todos los arroyos y ríos, excepto en algunos de los entornos más hostiles del mundo. También se pueden encontrar en casi cualquier tamaño de arroyos o ríos, prohibiendo solo aquellos que se secan en un corto período de tiempo. [37] Esto hace que sea beneficioso para muchos estudios porque se pueden encontrar en regiones donde los lechos de los arroyos son demasiado poco profundos para albergar especies más grandes como los peces. [7] Los indicadores bentónicos se utilizan a menudo para medir los componentes biológicos de arroyos y ríos de agua dulce . En general, si se considera que el funcionamiento biológico de una corriente está en buen estado, se supone que los componentes químicos y físicos de la corriente también están en buenas condiciones. [7] Los indicadores bentónicos son la prueba de calidad del agua más utilizada en los Estados Unidos. [7] Si bien los indicadores bentónicos no deben usarse para rastrear el origen de los factores estresantes en ríos y arroyos, pueden proporcionar antecedentes sobre los tipos de fuentes que a menudo se asocian con los factores estresantes observados. [38]
Contexto global
En Europa , la Directiva Marco del Agua (DMA) entró en vigor el 23 de octubre de 2000. [39] Requiere que todos los estados miembros de la UE demuestren que todas las masas de agua superficiales y subterráneas están en buen estado. La WFD requiere que los estados miembros implementen sistemas de monitoreo para estimar la integridad de los componentes biológicos de las corrientes para categorías específicas de agua subterránea. Este requisito aumentó la incidencia de la biometría aplicada para determinar la salud de los arroyos en Europa [11] En 2006 se diseñó un sistema de biomonitoreo remoto en línea. Se basa en moluscos bivalvos y el intercambio de datos en tiempo real entre un dispositivo inteligente remoto en el campo ( capaz de trabajar durante más de 1 año sin intervención humana in situ ) y un centro de datos diseñado para capturar, procesar y distribuir la información web derivada de los datos. La técnica relaciona el comportamiento de los bivalvos, específicamente la actividad de apertura del caparazón, con los cambios en la calidad del agua. Esta tecnología se ha utilizado con éxito para la evaluación de la calidad del agua costera en varios países (Francia, España, Noruega, Rusia, Svalbard ( Ny-Ålesund ) y Nueva Caledonia). [dieciséis]
En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) publicó Protocolos de bioevaluación rápida, en 1999, basados en la medición de macroinvertebrados, así como perifiton y peces para la evaluación de la calidad del agua . [1] [40] [41]
En Sudáfrica , el método Southern African Scoring System (SASS) se basa en macroinvertebrados bentónicos y se utiliza para evaluar la calidad del agua en los ríos sudafricanos. La herramienta de biomonitoreo acuático SASS se ha perfeccionado durante los últimos 30 años y ahora se encuentra en la quinta versión (SASS5) de acuerdo con el protocolo ISO / IEC 17025 . [33] El método SASS5 es utilizado por el Departamento de Asuntos del Agua de Sudáfrica como método estándar para la Evaluación de la Salud de los Ríos, que alimenta el Programa Nacional de Salud de los Ríos y la Base de Datos Nacional de Ríos.
El fenómeno de imposex en la especie de caracol de mar del caracol de perro conduce al desarrollo anormal del pene en las hembras, pero no causa esterilidad. Debido a esto, se ha sugerido que la especie es un buen indicador de contaminación con compuestos orgánicos de estaño artificiales en los puertos de Malasia . [42]
Ver también
- Integridad biológica
- Grupo de trabajo de seguimiento biológico (un procedimiento de medición)
- Biofirma
- Indicador ecológico
- Indicador ambiental
- Valor del indicador
- Especies centinela
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Otras lecturas
- Caro, Tim (2010). Conservación por poder: indicador, paraguas, piedra angular, buque insignia y otras especies sustitutas . Washington, DC: Island Press. ISBN 9781597261920.
enlaces externos
- Iniciativa de Biomarcadores Ambientales en el Laboratorio Nacional del Noroeste del Pacífico - Departamento de Energía de EE.
- Programa de monitoreo de voluntarios - EPA de EE. UU.
- El Programa Nacional de Salud Fluvial - Sudáfrica
- Pyxine cocoes Nyl. - Un liquen folioso como potencial bioindicador / biocontrolador de la contaminación del aire en Filipinas: una actualización de Isidro AT Savillo
- Indicadores biológicos para la esterilización - Protak Scientific