Empleo de bioindicadores en estudios de evaluacin de la

calidad ambientalRafael Molero Baltans

Depto. de Zoologa

Universidad de Crdoba

CONCEPTO DE BIOINDICADOR

Idea intuitiva Presencia de una determinada especie

Determinado estado del medio

Se ha estimado que la nutria un excelente bioindicador de la calidad de agua de un lugar, interpretndose su presencia en un lugar como reflejo de la calidad de sus aguas

1) DEFINICIN DEL OXFORD DICTIONARY OF ZOOLOGY

Una especie indicadora es una especie que presenta una amplitud reducida con respecto a uno o ms factores medio-ambientales y por tanto cuando estpresente es indicativa de una situacin o situaciones medioambientales particulares.

Pero otras definiciones ms recientes de bioindicador nos muestran que el trmino puede entenderse en un sentido ms general, porque:

Puede incluir a un grupo de especies y no a una sola especie

Adems de la simple presencia (casi nunca la ausencia) de una especie, existen otros parmetros que pueden medirse en los organismos

Pueden tener muchas finalidades adems de ser usados como medidores de una determinada condicin ambiental

DEFINICIN AMPLIA DE BIOINDICADOR (adaptada de varios autores): Un bioindicador es un organismo o un conjunto

de organismos, que tienen la propiedad de responder a la variacin de un determinado factor abitico o bitico del ecosistema, de tal manera que esta respuesta quede reflejada en el cambio de valor en una o ms variables de cualquier nivel de dicho organismo; estas variables o caractersticas, o sus cambios, pueden llamarse tambin bioindicadores (variables bioindicadoras).

Siguiendo el primer concepto intuitivo, los bioindicadores deberan ser especies ecolgicamente estenoicas, es decir, con una valencia ecolgica o amplitud de tolerancia reducida respecto a uno o ms factores ambientales

Factor / variable ambiental

Amplitud de tolerancia

ptimo

1: Lmite inferior de tolerancia. 2: Lmite superior de tolerancia

1 2

Especies euritermas Especies eurihalinas

Especies estenotermas Especies estenohalinas

ESPECIES EURIOICAS / ESTE'OICAS

'o seran tiles como bioindicadores ???

Seran bastante tiles como bioindicadores

Cundo est justificado el empleo de un indicador?

En los ejemplos citados, la identificacin del bioindicador se puede sustituir por el empleo de un termmetro o de un salinmetro (mtodos fsico-qumicos)?

Un bioindicador es un mtodo indirecto de medida. Representa a una variable a la que es ms difcil acceder directamente.

Emplear un determinado indicador tiene sentido cuando la informacin a la que se quiere acceder es difcil de obtener de forma directa y se recurre a mtodos indirectos

Algunos ejemplos tomados al azar La especie X es un buen bioindicador de

las dehesas La especie Y es bioindicadora de ros de

montaa

Sustituir por caracterstica de, exclusiva de

Ventajas de los indicadores biolgicos respecto a los fsico-qumicos

Por qu est justificado el enfoque biolgico en la evaluacin de la calidad ambiental?

1) Es necesario conocer si la realidad fsico-qumica tiene

un reflejo en la realidad bitica Adems de conocer qu compuestos

existen en el medio, es necesario saber quefectos tienen sobre los organismos presentes

Pueden tenerse datos generales sobre la toxicidad de los compuestos, pero como sta depende de numerosos factores, slo se suele disponer de datos en condiciones estndar que no tienen por qu ser las reales del ecosistema

2) Los bioindicadores permiten conocer la biodisponibilidad de

los contaminantes Entendemos por biodisponibilidad la diferencia entre

la cantidad del contaminante existente en el medio y la fraccin que realmente entra en contacto los organismos y llega a ser incorporada en su cuerpo Parte de los contaminantes no llegan a entrar en

contacto con los organismos Hay contaminantes con una baja tasa de permanencia

en el medio que sin embargo se acumulan en los organismos, con tasas de incorporacin y eliminacin variables segn las especies

3) El enfoque qumico no tiene en cuenta los efectos aditivos, sinrgicos y antagnicos de los

contaminantes

Hay que tener en cuenta que en los ecosistemas reales suele haber mezclas de contaminantes, y stos cuando estn presentes simultneamente manifiestan interacciones

4) Determinadas sustancias pueden experimentar

transformaciones cuando penetran en los seres vivos

Estas transformaciones pueden ser positivas (detoxificacin) o negativas (bioactivacin).

5) Las medidas fsicas y qumicas slo dan informacin sobre las condiciones que existen en los

instantes en que se obtienen las muestras (fotografa).

Los bioindicadores, por el contrario, permiten obtener datos sobre la exposicin durante un periodo largo de tiempo (pelcula)

Los seres vivos estn presentes en el medio durante todo el tiempo y a todos los contaminantes presentes y reflejan informacin continua en lugar de los datos discontinuos y parciales que aportan los anlisis fsico-qumicos

6) En comparacin con los anlisis fsico-qumicos, muchas tcnicas

de seguimiento con bioindicadores no suelen ser caras ni requieren una instrumentacin sofisticada.7) Los bioindicadores son capaces de reflejar impactos no relacionados directamente con la contaminacin

Qu ocurre cuando las degradaciones no consisten directamente en la introduccin de

sustancias o energas extraas? Los bioindicadores son especialmente

adecuados para evaluar efectos de alteraciones tales como:

Deforestacin de las riberas Introduccin de especies exticas Sobrepastoreo Etc.

ESTRESANTE: cualquier estmulo que provoca una respuesta adversa a cualquier nivel de organizacin bitica: organismo, poblacin o ecosistema.

Inconvenientes del empleo de bioindicadores

Cada una de las limitaciones que se indican a continuacin son superables

El empleo de los bioindicadores como herramientas de evaluacin de la calidad ambiental es un procedimiento indirecto, no mide directamente las variables abiticas. Se hacen necesarios estudios adicionales que demuestren la correlacin entre variables biticas y abiticas, as como la relacin causa efecto entre la variable que se quiere medir y la medida bioindicadora

Desde el punto de vista de la conservacin de las especies, representan un procedimiento directo de evaluacin de lo que se quiere proteger

Tienen limitaciones de precisin, en comparacin con los mtodos fsico-qumicos (por ejemplo, muchos bioindicadores no ofrecen datos cuantitativos)

Las conclusiones a partir de los datos biolgicos pueden ser altamente significativas si se realiza una cauta evaluacin e interpretacin de los resultados

Tienen limitaciones de reproducibilidad, tanto a una escala espacial como temporal, es decir, resulta difcil aplicar la misma metodologa en dos lugares o momentos diferentes, porque las circunstancias o ambientes son diferentes. No se pueden extrapolar los resultados de una zona o poca a otra distinta

Se hace necesaria la estandarizacin de los protocolos de seguimiento biolgico del medio ambiente, que tengan en cuenta las diferencias entre ecosistemas, circunstancias climatolgicas, etc

?

Con pocas excepciones, la mayora de las respuestas biolgicas proporcionarn seales tiles despus de algn tiempo, de un modo retrospectivo, es decir, cuando ya el impacto puede ser irreversible; por tanto no suelen tener un valor preventivo

Sin embargo, existen bioindicadores centinelas que pueden servir para ponernos en alerta del empeoramiento de la calidad medioambiental de una zona. Por otro lado, los bioindicadores retrospectivos pueden formar parte de estudios que sirvan de experiencia para la toma de decisiones en casos posteriores.

El empleo de bioindicadores en general (y el de bioindicadores animales en particular) requiere una preparacin multidisciplinar, con la limitacin del posible desconocimiento de los grupos taxonmicos que se quieren estudiar.

Este inconveniente se salva con la asistencia de especialistas taxonmicos, empleando especies bien conocidas o realizando estudios sin precisin especfica, lo cual requiere una menor formacin

Paralelismo indicadores econmicos / biolgicos?

Sistema econmico Sistema ecolgico

Indicadores econmicos numricos (IPC, PIB, etc)

Indicadores biolgicos

Confianza en su empleo

Desconfianza actual en su empleo ??

Por qu la desconfianza en el empleo de indicadores biolgicos?

Tradicionalmente se han utilizado ms los indicadores de variables abiticas

Los bioindicadores no han gozado de aceptacin universal porque sus presupuestos tericos han sido peor comprendidos: la desconfianza surge del desconocimiento por parte de la comunidad no especializada

No se ha desarrollado an un consenso en cuanto a su xito y eficacia

Por qu hay que confiar en los indicadores biolgicos?

Su empleo posee una base trica aceptable, incluso ms slida que la de la teora econmica

La comunidad biolgica tiene grandes cualidades y expectativas para convertirse en herramienta eficaz de evaluacin de la calidad ambiental

Ya existen bioindicadores con un xito demostrado en su empleo

Diversifican la capacidad de deteccin de las alteraciones ambientales

SI UN ECOSISTEMA EST FORMADO POR COMPONENTES BITICOS Y ABITICOS Y SUS INTERACCIONES FUNCIONALES, LAS VARIABLES QUE PUEDEN TOMARSE COMO POTENCIALMENTE INDICADORASPUEDEN SER EXTRADAS DE:

Cualquiera de los COMPO'E'TES ABITICOS DEL ECOSISTEMA

Cualquiera de los COMPO'E'TES BITICOS DEL ECOSISTEMA(bioindicadores)

Cualquiera de las I'TERACCIO'ES Cualquiera de las PROPIEDADES

EMERGE'TES (FU'CIO'ES) Cualquiera de los VALORES del

Ecosistema

Un consistente programa de seguimiento y evaluacin de la calidad ambiental de un ecosistema podra (y debera, para ser lo ms adecuado y completo posible), utilizar un conjunto seleccionado de todos los tipos de indicadores potencialmente elegibles

Cada categora de indicador proporciona lneas de informacin convergentes, que se complementan mutuamente y no han de considerarse mutuamente excluyentes

LAS VARIABLES BIOINDICADORAS PUEDEN SER EXTRADAS DE CUALQUIER NIVEL JERRQUICO DE ORGANIZACIN

No solo es utilizable como indicador biolgico la presencia de una especie, sino cualquier variable a nivel molecular, fisiolgico, de poblacin, comunidad, etc.

RESPUESTA DE LOS SERES VIVOS A LA INTRODUCCIN DE CONTAMINANTES:

Advierten su presencia

Posibilidad de huida Incorporacin

Ausencia Tasa de incorporacinTasa de

eliminacin

Si No

Depende deSi

No

INCORPORACIN DE CONTAMINANTES POR LOS ANIMALES. RUTAS DE ENTRADA:

Inhalacin o transpiracin de contaminantes presentes en el aire

Consumo de contaminantes presentes en el agua, al ingerir sta

Absorcin a travs de la piel de contaminantes presentes en el medio

Consumo de contaminantes presentes en el alimento (habiendo penetrado en el alimento por alguna de las vas anteriormente citadas)

ELIMINACIN DE CONTAMINANTES POR LOS ANIMALES. RUTAS DE ELIMINACIN: Detoxificacin:

conversin metablica en sustancias de menor o nula toxicidad

Excrecin: eliminacin mediante rganos excretores (nefridios, riones, etc.)

Retirada de las sustancias txicas en tejidos especializados

Biomagnificacin:Incremento de la bioacumulacin de contaminantes a lo largo de las cadenas trficas

Tomado de www.wdict.net

Bioacumulacin: incremento de la bioconcentracin a lo largo del tiempo en un organismo cuando la tasa de incorporacin es superior a la de eliminacin

RESPUESTA DE LOS ORGANISMOS A LA ACUMULACIN DE CONTAMINANTES O XENOBITICOS

DAOS O EFECTOS ADVERSOS

RESISTENCIA

DIRECTOSPOR BIOACTIVACIN*

(Efectos a nivel individual)

Daos o efectos adversos

Disminucin de la reproduccin Muerte

Enfermedad Cncer

Enzimas de detoxificacin

Modificaciones de funcionamiento

Modificaciones inmunolgicas

AD'/ protenas de modificacin y de resistencia

R

E

S

P

U

E

S

T

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D

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EXPOSICI' AL CO'TAMI'A'TE (Concentracin x tiempo)

La progresiva aparicin de respuestas adversas del organismo conforme el nivel de contaminante crece puede ser aprovechada para evaluar diferentes grados de contaminacin del medio. De aqu surge el concepto ecotoxicolgico de bioindicador.

Tipos de bioindicadoresClasificacin segn el nivel de organizacin de la variable indicadora (Kushlan, 1993):

- Bioindicadores S.O. = biomarcadores(parmetros a niveles de organismo y sub-orgnicos)

- Bioindicadores P.C.E. (parmetros a nivel de poblacin-comunidad-ecosistema)

Algunos bioindicadores S.O.1. GENOTOXICIDAD2. ACTIVIDAD DE LAS MONOOXIGENASAS3. INHIBICIN DE LAS ESTERASAS4. INDUCCIN DE METALOTIONEINAS5. ALTERACIONES EN LA RUTA SINTTICA DE LA HEMOGLOBINA6. OTROS BIOINDICADORES FISIOLGICOS7. BIOACUMULACIN DE CONTAMINANTES 8. CALIDAD DE LA CSCARA DEL HUEVO

9. HEMATOLOGA: SANGRE Y SISTEMA INMUNE10. HISTOPATOLOGA11. TASAS DE RESPIRACIN Y OTROS PARMETROS FISIOLGICOS12. TAMAO Y PESO DE RGANOS CLAVE13. TASAS DE CRECIMIENTO Y OTROS CAMBIOS SOMTICOS14. TERATOLOGAS15. ALTERACIONES EN EL COMPORTAMIENTO

Algunos bioindicadores P.C.E.Bioindicadores de poblacin

XITO REPRODUCTIVOPRESENCIA / AUSENCIA Y USO DEL HBITATFRAGMENTACIN DEL HBITATCAMBIOS EN LA DISTRIBUCIN GEOGRFICAPARMETROS DEMOGRFICOS (TAMAO, DENSIDAD DE POBLACIN, TASAS DE NATALIDAD O MORTALIDAD ESTRUCTURA DE EDADES, DINMICA POBLACIONAL, ETC)

Bioindicadores de comunidadRIQUEZA DE ESPECIES Y BIODIVERSIDAD (EQUIDAD)ESTRUCTURA Y DINMICA DE LA COMUNIDADNDICES BITICOS

Bioindicadores del ecosistemaCAMBIOS EN LAS CADENAS Y REDES TRFICAS

Bioindicadores biosfricos (CAMBIO CLIMTICO, POLUCIN GLOBAL)

Otras clasificaciones de los bioindicadores

Especficos / inespecficos Directos / Indirectos Con valor cuantitativo / cualitativos Activos / Pasivos Detectores / Oportunistas Acumuladores y Centinelas Medioambientales / Ecolgicos

Potencialidad de los bioindicadores

Para numerosos tipos de problemas ambientales

En diferentes medios ambientes (terrestre, acutico)

Con diferentes tipos de organismos y parmetros bioindicadores como herramientas de deteccin y evaluacin

Algunos ejemplos:

Medio terrestre (areo-epigeo) Adelgazamiento de la

cscara de los huevos en rapaces e ictifagas como indicador de la presencia de DDT y otros pesticidas relacionados

Utilizacin de lquenes como indicadores de la contaminacin del aire

Empleo de abejas para la biomonitorizacinactiva y pasiva de la contaminacin del aire

Medio terrestre edfico Uso de la diversidad y

la estructura de la comunidad edfica como indicadora de la agresividad de las operaciones agrcolas intensivas

Uso de la fauna edfica para la biomonitorizacin de la contaminacin radiactiva del suelo

Medio terrestre-edfico

Uso de lombrices y gasterpodos terrestres para la evaluacin de los efectos de la lluvia cida

Empleo de la capacidad detectora de lombrices y musaraas para la evaluacin de la contaminacin del suelo

Medio dulceacucola Empleo de las malformaciones

en los apndices de las larvas de Quironmidos (antenas, mandbulas, etc.) como indicador de presencia de pesticidas y metales pesados en las masas de agua dulce

Utilizacin de ndices biticos de la comunidad (sistema de los saprobios, ndices IBMWP y MEDPACS, etc.) basados en macroinvertebrados dulceacucolas para el seguimiento de la contaminacin fluvial

Medio marino Proyecto Internacional

Mussel-Watch que utiliza mejillones como centinelas de la contaminacin marina

Blanqueamiento del coral como indicador del calentamiento global de las aguas ocenicas

Malformaciones en el sistema reproductor de moluscos gasterpodos (Imposex) como indicadores de la contaminacin por TBT

Programas de biomonitorizacin Definicin de objetivos Seleccin de especies y de variables

bioindicadores Prueba de la adecuacin de los

bioindicadores seleccionados Diseo del programa de

biomonitorizacin Resultados Comunicacin

Muchas gracias por su atencin