Indicadores biologicos Indicadores biologicos del aire Bioindicadores o indicadores biológicos Ante la más mínima alteración de las condiciones de su entorno, algunos seres vivos generan una determinada respuesta, cambiando sus funciones vitales y/o su composición química o genética, o incluso acumulando el agente contaminante. Por ello, estos seres vivos se pueden convertir en unos indicadores biológicos muy útiles, fiables - y económicos - para evaluar la calidad ambiental del suelo, el aire o el agua. (Fernández Muerza, 2008). Los indicadores biológicos son atributos de los sistemas biológicos que se emplean para descifrar factores de su ambiente. Inicialmente, se utilizaron especies o asociaciones de éstas como indicadores y, posteriormente, comenzaron a emplearse también atributos correspondientes a otros niveles de organización del ecosistema, como poblaciones, comunidades, etc., lo que resultó particularmente útil en estudios de contaminación. (Wilhm, 1975). En este capítulo, veremos otra forma f orma de indicadores ambientales –los bioindicadores- los cuales son igualmente o más útiles que los indicadores estudiados hasta el momento. De esta manera, estudiaremos las potencialidades de estos indicadores, las circunstancias en que son aconsejables medirlos y los beneficios que nos traen a la hora de un análisis de calidad ambiental. El término “indicador biológico” se ha utilizado indiscriminadamente en nuestro medio sin que
exista un concepto claro sobre su significado ni sobre los eventos que tales organismos pueden llegar a indicar. Así mismo, existen diversos y hasta numerosos trabajos que de una u otra forma se requieren a especies indicadoras, pero son tan dispersos y aislados que se amerita su recopilación y análisis. (Pinilla, 2000). Los indicadores biológicos son atributos de los sistemas biológicos que se emplean para descifrar factores de su ambiente. Inicialmente, se utilizaron especies o asociaciones de éstas como indicadores y, posteriormente, comenzaron a emplearse también atributos correspondientes a otros niveles de organización del ecosistema, como poblaciones, comunidades, etc., lo que resultó particularmente útil en estudios de contaminación. Las especies indicadoras son aquellos organismos (o restos de los mismos) que ayudan a descifrar cualquier fenómeno o acontecimiento actual (o pasado) relacionado con el estudio de un ambiente. Las especies tienen requerimientos físicos, químicos, de estructura del hábitat y de relaciones con otras especies. A cada especie o población le corresponden determinados límites de estas condiciones ambientales entre las cuales los organismos pueden sobrevivir (límites máximos), crecer (intermedios) y reproducirse (límites más estrechos). En general, cuando más estenoica sea la especie en cuestión, es decir, cuando más estrechos sean sus límites de tolerancia, mayor será su utilidad como indicador ecológico. Las especies bioindicadoras deben
ser, en general, abundantes, muy sensibles al medio de vida, fáciles y rápidas de identificar, bien estudiadas en su ecología y ciclo biológico, y con poca movilidad. (Wilhm, 1975). A principios de siglo se propuso la utilización de listas de organismos como indicadores de características del agua en relación con la mayor o menor cantidad de materia orgánica. La idea de usar como indicadores a las especies se generalizó, aplicándose a la vegetación terrestre y al plancton marino. En determinadas zonas las plantas se usaron ampliamente como indicadores de las condiciones de agua y suelo; algunas plantas, de la presencia de uranio, etc. Distintos organismos planctónicos se utilizan como indicadores de eutroficación. (Margalef, 1983). En oceanografía los bioindicadores se utilizan en estudios de hidrología, geología, transporte de sedimentos, cambios de nivel oceánico, o presencia de peces de valor económico, por ejemplo. Los indicadores hidrológicos son organismos mediante los cuales se pueden diferenciar las distintas masas de agua de mar (masas que difieren en sus características físicas, químicas, de flora y fauna, y que se caracterizan, en general, por su temperatura y salinidad) y determinar sus movimientos. Los organismos pueden ser usados como sensores de una masa de agua, requiriéndose que sean fuertemente estenoicos para que no sobrevivan a condiciones diferentes a las de la masa de agua que caracterizan, o bien como trazadores de una corriente, si son más o menos resistentes a los cambios ambientales y sobreviven en condiciones diferentes, indicando la extensión de una corriente que puede atravesar varias masas de agua. Estos métodos biológicos son más útiles que las determinaciones físicas o químicas especialmente en las zonas marginales, de cambio, y, además, informan sobre el grado de mezcla de dos tipos de agua en las zonas intermedias. (Boltovskoy, 1967). La utilización de organismos vivos como indicadores de contaminación es una técnica bien reconocida. La composición de una comunidad de organismos refleja la integración de las características del ambiente sobre cierto tiempo, y por eso revela factores que operan de vez en cuando y pueden no registrarse en uno o varios análisis repetidos. La presencia de ciertas especies es una indicación relativamente fidedigna de que durante su ciclo de vida la polución no excedió un umbral. Muchos organismos, sumamente sensibles a su medio ambiente, cambian aspectos de su forma, desaparecen o, por el contrario, prosperan cuando su medio se contamina. Cada etapa de autodepuración en un río que sufrió una descarga de materia orgánica se caracteriza por la presencia de determinados indicadores. Según su sensibilidad a la polución orgánica se clasificaron especies como intolerantes, facultativas, o tolerantes. Los indicadores de contaminación por desechos industriales generalmente son resistentes a la falta total o parcial de oxígeno, la baja intensidad de luz, etc. Los monitoreos biológicos son muy útiles, ya que, por ej., la acumulación de metales pesados en organismos acuáticos puede ser 10 millones de veces mayor a la del ambiente donde viven. (Branco, 1984). El uso de organismos indicadores de contaminación requiere conocer las tolerancias ecológicas y los requerimientos de las especies, así como sus adaptaciones para resistir contaminantes agudos y crónicos. Las investigaciones sobre organismos indicadores de polución comprenden el estudio autoecológico, en el laboratorio, para establecer los límites de tolerancia de una
especie a una sustancia o a una mezcla de ellas mediante ensayos de toxicidad; y el sinecológico, que se basa en la observación y análisis de las características ambientales de los sitios en los cuales se detectan con más frecuencia poblaciones de organismos de cierta especie. Algas, bacterias, protozoos, macroinvertebrados y peces son los más usados como indicadores de contaminación acuática. La mayoría de los estudios estiman características estructurales a diferentes niveles de organización, como cambios en la estructura celular, o en la diversidad de especies, pero, más recientemente, se han incluido características funcionales, como producción y respiración. Los resultados del estudio de las especies indicadoras de niveles de calidad de agua son más inmediatos, pero requieren un profundo conocimiento para identificar los organismos y sólo son adecuados para las condiciones ecológicas y características regionales; mientras que los resultados numéricos de los estudios de estructura de comunidades, si bien requieren su interpretación ecológica, demandando más tiempo, son independientes de las características geográficas regionales y tienen aplicabilidad aún con informaciones sistemáticas y ecológicas deficientes. En las evaluaciones de riesgo ecológico se ha propuesto el uso de indicadores de conformidad, de diagnóstico, y tempranos de daño. (Cairns & McCormick, 1992). Concepto de indicador biológico: En sentido general, todo organismo es indicador de las condiciones del medio en el cual se desarrolla, ya que de cualquier forma su existencia en un espacio y momento determinados responde a su capacidad de adaptarse a los distintos factores ambientales. Es pert inente aclarar que más que a un organismo, el indicador biológico se refiere a la población de individuos de la especie indicadora y, en el mejor de los casos, al conjunto de especies que conforman una comunidad indicadora. Características de un buen indicador biológico (Pinilla, 2000): Un indicador biológico debe llenar algunas condiciones para que sea útil y brindarle información veraz y confiable. A continuación se enumeran las más importantes:
Debe ser de fácil colección y medición (cuantificable). Debe estar relacionado con el efecto que se desea indicar. En lo posible su comportamiento debe poderse modelar o predecir. Debe existir información biológica y ecológica sobre el indicador. No debe tener mucha variabilidad natural (estrecho rango de adaptación). Preferiblemente debe tener calidad intrínseca (debe ser importante). Su identificación taxonómica debe ser al nivel de especie. Muchas especies congenéricas presentan respuestas totalmente opuestas. Debe ser comparable en situaciones y sistemas similares.
Índices medibles en un indicador biológico:
Dependiendo del nivel a que se esté trabajando (organismo o supraorganismico), se pueden determinar diferentes parámetros en los bioindicadores: a) Nivel Bioquímico: - Concentración de hormonas y esteroides. - Cambios de la relación RNA/DNA. - Fragilidad de la membrana lisosómica. - Hermatología. b) Nivel Fisiológico: - Crecimiento organísmico. - Tasas de respiración, asimilación y alimentación. - Consumo de oxigeno. - Balance de nitrógeno. - Balance de excresión (O2/N2). c) Nivel Poblacional: - Crecimiento poblacional. - Tasas de natalidad y mortalidad. - Supervivencia. - Abundancia absoluta y relativa. - Densidad. d) Nivel Comunitario: - Diversidad. - Similitud. - Dominancia.
- Riqueza (composición). - Cobertura. - Productividad. - Biomasa. - Índices bióticos.
Principios, importancia y monitoreo ambiental La variedad de actividades que desarrollan los seres humanos en el planeta y los impactos ambientales resultantes de las mismas han dado origen a un escenario de problemas medioambientales que pueden poner en riesgo la sostenibilidad de la explotación de los recursos naturales e, inclusive, la supervivencia de la humanidad. (Aramayo Mérida, 2010). Los problemas ambientales no pueden ser analizados de manera aislada; necesitan ser considerados junto con el proceso de desarrollo, teniendo en cuenta la importancia decisiva que tiene mantener un equilibrio adecuado entre el desarrollo económico, el crecimiento de la población, el uso racional de los recursos naturales y la protección y conservación del medio ambiente. (PNUD, 1995). El monitoreo ambiental es por naturaleza una actividad a largo plazo y es fundamental para describir el estado del ambiente y sus tendencias. Esta descripción, a su vez, debe ser la base para la selección de acciones fundadas para la solución de problemas y conflictos ambientales. El monitoreo ambiental es un instrumento importante para el seguimiento de actividades, obras y proyectos implementados, así como para la determinación del impacto de las mismas sobre el ambiente. (Swedish Environmental Protection Agency - SEPA, 2003). Según Aramayo (2010), dado que los programas de monitoreo ambiental comprenden períodos prolongados de tiempo, éstos deben ser lo suficientemente flexibles como para adaptarse a situaciones nuevas, imprevisibles o temporales, tanto de origen natural como humanas, cuyas consecuencias necesiten ser evaluadas. Por ejemplo, si nos referimos al monitoreo de la calidad del agua y se detectan derrames accidentales o intencionales de sustancias tóxicas, se pueden organizar actividades no contempladas en el programa original, con la finalidad de determinar los efectos de estos eventos y poder mitigarlos. El Plan de Monitoreo Ambiental tiene por objetivo general el seguimiento del estado (cuantitativo y cualitativo) de los factores aire, agua y suelo a través de la captura sistemática y estandarizada de información para poder proponer medidas de control de los impactos ambientales generados por las actividades, obras o proyectos, así como el comportamiento y eficacia de las acciones propuestas para la mitigación de impactos negativos y consecuente conservación del medio ambiente intervenido.
De esta forma, se entiende por Plan de Monitoreo Ambiental a las acciones de observación, muestreo, medición y análisis de datos técnicos y ambientales, que se toman para definir las características del medio o entorno, identificar los impactos ambientales de las actividades, obras o proyectos en sus diferentes fases, y conocer su variación o cambio durante el tiempo. En las diferentes fases de las actividades, obras o proyectos, se propone realizar una serie de actividades de seguimiento ambiental, con el objetivo de asegurar que las acciones que ejecutan no afecten el medio ambiente natural y humano, así como establecer la eficiencia de las medidas de mitigación ambientales implementadas para los impactos ambientales identificados. El seguimiento ambiental de los componentes aire, agua y suelo permitirá cumplir con los estándares orientados para conservar, mejorar, defender y aprovechar ambientalmente la calidad de estos recursos. Los objetivos del monitoreo ambiental son (Aramayo Mérida, 2010): - Colectar, procesar y analizar los datos sobre la cantidad y calidad de los recursos como línea base para reconocer el estado y las tendencias en el nivel de pronóstico, debido a procesos naturales e impacto por actividades antrópicas en tiempo y espacio. - Proveer información para el mejoramiento en la planeación y diseño de políticas para la protección y conservación de los recursos naturales. Es importante reconocer la interrelación de los elementos que serán monitoreados; en muchos casos, dependerá de la calidad del agua para que el suelo no esté contaminado y viceversa, o el estado del aire para que las precipitaciones arrastren partículas suspendidas o se genere una lluvia ácida. Al conocer que los tres recursos (agua, aire y suelo) interactúan naturalmente, debemos proponer estrategias para determinar esta relación acompañada de la acción del hombre sobre la misma. Un plan de monitoreo ambiental puede incluir elementos relacionados con (Aramayo Mérida, 2010): - Medio físico (aguas superficiales y subterráneas, suelo y aire), - Recursos biológicos (flora, fauna y hábitat), - Recursos visuales, - Impactos sociales, y - Salud humana. Estos elementos relacionados no solamente deberán ser valorados cualitativamente, sino también cuantificados para que, con base en estas mediciones, se tomen decisiones que sean beneficiosas en orden de minimizar los impactos negativos y mejorar la gestión ambiental. El plan de monitoreo ambiental específico deberá ser definido con base en varios componentes, como la disponibilidad de recursos económicos, humanos capacitados, administrativos,
duración del programa y decisiones interinstitucionales. El monitoreo ambiental deberá utilizarse para documentar los impactos conocidos y provocados por las actividades, obras o proyectos y para establecer niveles de contaminación. Algunos de estos monitoreos son difíciles de realizar, en gran parte por la falta de personal adecuado y capacitado y por la necesidad de realizar otras tareas de prioridad para la gestión ambiental. En las diversas actividades, obras o proyectos se deben realizar monitoreos ambientales por las siguientes razones (Knight and CO, 2004): 1. 2.
3.
4.
Dar cumplimiento a la categoría asignada por la evaluación ambiental inicial En algunos casos, los estudios ambientales previos dan indicios de que el proyecto generará impactos, los cuales se deben evaluar para tomar decisiones para su mitigación. En los procesos de obtención de las licencias ambientales, el interés debería estar puesto en la gestión ambiental y no sólo en conseguir la emisión de la licencia ambiental mediante la aprobación de los estudios de EIA. Se reconoce que el monitoreo proporciona la oportunidad de recoger datos ambientales y de utilizarlos en ampliar el conocimiento científico de los procesos ambientales y de las presiones ecológicas, siempre y cuando los actores involucrados sean consientes de que estos instrumentos posibilitan el mejoramiento de la calidad ambiental.
Principios del monitoreo ambiental (Aramayo Mérida, 2010):
El monitoreo no constituye un valor ni un fin en sí mismo. Su justificación es la orientación hacia la sostenibilidad ambiental de los proyectos. Es imprescindible definir con claridad los objetivos de monitoreo en cada situación particular. El diseño debe concentrarse en aquellos aspectos importantes y componentes críticos de la gestión ambiental de los proyectos, obras o actividades. El monitoreo debe aportar en la identificación de las prioridades para la gestión ambiental. El proceso de monitoreo debe ser transparente para todos los actores involucrados. El monitoreo debe ser evaluado continuamente en su implementación.
Recursos a ser monitoreados: Según Aramayo (2010), El medio ambiente es un sistema que mantiene una situación de equilibrio, tanto entre los distintos grupos que lo componen como dentro de cada uno de ellos. Este equilibrio debe entenderse como un mecanismo de conservación y transformación de los principios constituyentes, materia y energía. El análisis de las condiciones ambientales toma en consideración la extensión más amplia posible de fuerzas naturales, sociales, económicas, políticas y culturales. Indaga las relaciones entre políticas y medio ambiente, demostrando la forma en que las medidas normativas tienen efecto en el medio ambiente y cómo éste puede impulsar a aquéllas.
Las áreas sectoriales sirven de puntos de entrada para el monitoreo y la evaluación. En esta actividad resalta la naturaleza interdisciplinaria; hoy no es posible que una sola disciplina académica se encuentre involucrada en los asuntos ambientales, sino que se deben considerar todos los actores de manera holística. Los recursos que serán monitoreados en el contexto de las diferentes actividades, obras o proyectos de salud son aire, agua y suelo, los mismos que, de acuerdo a la importancia que poseen, deben ser monitoreados para determinar los impactos positivos y negativos a corto, mediano y largo plazo, el estado del medio ambiente, sustentar la toma de decisiones y comprobar la eficiencia de las medidas correctivas para el mejoramiento de la calidad ambiental existente. (Aramayo Mérida, 2010).
Se han usado especies indicadoras por mucho tiempo, sin embargo, en cada fase de desarrollo han tenido un papel diferente. La primera generación consistió en especies indicadoras monofactoriales como las aves canoras presentadas, igualmente como especies de líquenes para indicar la contaminación con metales pesados, o la variedad Bel-W3 de tabaco para indicar niveles elevados de ozono en el aire(Becker & Utermohlen, 1995). En la segunda fase de indicadores ecológicos las especies biológicas no jugaban un papel dominante, m as se enfocaba en parámetros físicos o químicos del ecosistema. Como indicadores de sostenibilidad, de nuevo las especies indicadoras tienen un rol clave, tanto las especies individuales monofactoriales en sistemas de alerta temprana como grupos de especies para fenómenos más complejos de estrés múltiple. Desde hace ya algunos años, se está intentando disminuir el progresivo aumento de emisiones de sustancias tóxicas a la atmósfera, sobre todo en áreas fuertemente industrializadas, ante el incremento de los problemas que afectan directa o indirectamente al entorno natural. Para ratificar la eficiencia de los métodos correctores propuestos en fuentes contaminantes, es necesario realizar un control continuo de la calidad del aire. En las últimas décadas se han dirigido gran número de estudios hacia la búsqueda de indicadores de la calidad del aire, que representan el único modo de integrar y cualificar el grado de calidad del aire de una zona concreta. En el momento en que la reacción de estos indicadores se puede relacionar cuantitativamente con concentraciones de contaminantes en la atmósfera, se convierten en bioindicadores de la contaminación atmosférica. (Fernández Salegui, Terrón, & Barreno, 2006). Un bioindicador es un ser vivo que manifiesta una respuesta clara frente a una determinada sustancia y a una determinada concentración de esa sustancia. Existen algunos vegetales que son buenos bioindicadores de la contaminación atmosférica, como los musgos y los líquenes, no por los efectos que sobre ellos se producen sino porque son bioacumuladores (perfecta correlación entre la concentración en la atmósfera y concentración en el ser vivo); otros
bioindicadores son algunas plantas que manifiestan signos externos como respuesta a la presencia en el aire de determinadas sustancias (Contraloria de Cali, 2005). “Las plantas, los musgos y los líquenes nos informan sobre la calidad del aire”
Esas sustancias, denominadas fitotóxicas, como el SO2, O3, Pb, NOx, producen signos visibles en los vegetales que dependen de la exposición y de la concentración del contaminante. Desde hace mucho tiempo, los animales y las plantas se han utilizado para indicar y prevenir los efectos no deseados sobre el medio ambiente. Por ejemplo, los mineros llevaban canarios a las minas y si éstos perdían el sentido, este hecho les alertaba de la presencia de gases inodoros y mortales. Hace un centenar de años, la desaparición de los líquenes de los árboles en los pueblos y ciudades se consideró un signo de mala calidad del aire. En los últimos 30 años, se han perfeccionado diversos métodos científicos que usan seres vivos (a los que llamamos bioindicadores) para conocer la calidad del medio ambiente y proteger a los seres humanos, animales y plantas (Contraloria de Cali, 2005). Otra definición posible para los bioindicadores puede ser: son organismos o comunidades de organismos que reaccionan con el medio ambiente cambiando sus funciones vitales y/o su composición química, lo que nos permite obtener conclusiones sobre el estado del medio ambiente. El uso de plantas en el campo de la bioindicación es particularmente útil ya que se basa en técnicas simples y relativamente económicas. Los indicadores biológicos de contaminación del aire, son indicadores estáticos como los líquenes, briofitos, insectos arbóreos y plantas vasculares, los cuales son afectados principalmente por los isotopos radiactivos, el smog fotoquímico, el ozono (O 3) el SO2, HF, C2O6, S, Pb o F. Los líquenes es una asociación simbiótica de un hongo (microbionte) y un alga (fotobionte), que carecen de raíz, sistemas de conducción y epidermis. Estos organismos son autótrofos y dependen directamente de la atmosfera y del sustrato donde viven. Son perennes, de crecimiento lento y de gran longevidad. Se consideran bioindicadores de contaminantes como el SO2, HF y ClH y bioacumulador de Isotopos radiactivos, Pb, S y F. Las briofitas (musgos), Son plantas inferiores que no poseen tejidos conductores, que se alimentan de sustancias disueltas en la humedad del ambiente y del sustrato donde viven. Las briofitas se consideran bioindicadores de contaminantes como SO 2, HF y O3 y bioacumuladores de Zn, Pb, Fe, Cu, Ni y Cd y de isotopos radiactivos (Zr, Nb, Cs, Be). Las plantas vasculares por su parte, son bioindicadoras mediante su destrucción de clorofila y manchas (tabaco), mientras que son bioacumuladoras, cuando se realiza el análisis foliar de corteza continua de exposición a condiciones atmosféricas; las plantas vasculares se pueden clasificar en epífitas, árboles y arbustos. Dentro de los insectos arbóreos, tenemos por ejemplo la colonia de abejas (Córdova – Apoidea), con las cuales se desarrollan evaluación de niveles de contaminación por metales pesados, pesticidas o isotopos radiactivos.
Según (Fernández Salegui, Terrón, & Barreno, 2006), entre todos los seres vivos, se ha comprobado que los líquenes epífitos presentan características que les confieren gran capacidad de bioindicación, ya que presentan menor influencia del sustrato, especialmente los fruticulosos y en menor medida los foliáceos, y están mundialmente reconocidos como los organismos más sensibles frente a los efectos nocivos de la contaminación atmosférica, actuando como monitores continuos e integradores de las condiciones ambientales y de sus cambios. Las Briofitas o, estrictamente, los musgos, son vegetales inferiores, fotosintéticos, cuya estructura recuerda por analogía al tallo y las hojas de las plantas superiores. Entre las plantas verdes, son las más simples, tanto morfológica como anatómicamente, no poseen tejidos conductores, se multiplican vegetativamente con gran facilidad y son totipotentes, es decir, cualquier célula viva puede reproducir una planta. Obtienen muchos de sus nutrientes de sustancias disueltas en la humedad ambiente y otros son probablemente absorbidos directamente del sustrato por difusión a través de las células. Viven en los más variados sustratos, especialmente húmedos, sobre suelo, rocas, troncos y ramas de árboles y arbustos o troncos caídos, sobre huesos, estiércol, etc., desde el Ártico al Antártico, en desiertos y altas montañas, en aguas dulces, solamente son más raros en las cercanías del mar. Hay algunas especies con un hábitat tan específico que su sola presencia indica precisas condiciones ecológicas como suelos quemados, con pH elevado y alto contenido de potasio (K) o suelos con alto contenido de cobre (Cu). (LE BLANC & RAO, 1973). Hay amplias evidencias que las briofitas son excelentes indicadores de la contaminación ambiental y algunos autores (Taoda, 1973) han sugerido usarlos como “briómetros”, instrumentos para medir la fitotoxicidad de la polución
ambiental utilizando briofitas. Muchos ecólogos en el mundo, han investigado el dramático empobrecimiento de las comunidades briofíticas en y alrededor de las grandes ciudades y áreas industriales. Aún más, muchas especies de briofitas han perdido su fertilidad o se han extinguido en las áreas urbanas por su gran sensibilidad a la polución ambiente (LE BLANC & RAO, 1973), (Barkman, 1969). La sensibilidad de las briofitas a la polución crece desde las formas terrícolas a las saxícolas y las epífitas. Esta sensibilidad de las briofitas ha sido especialmente investigada para los gases tóxicos del aire como el dióxido de azufre (SO 2), ácido fluorhídrico (HF) y ozono(O3). También son capaces de concentrar metales pesados en grandes cantidades, como Zinc (Zn), Plomo (Pb), Hierro (Fe), Cobre (Cu), Níquel (Ni) y Cadmio (Cd), entre otros. Finalmente se ha demostrado que los céspedes de musgos tienen una alta capacidad para retener agentes radioactivos [Circonio ( 95Zr), Niobio (95Nb), Cesio (137Cs), Berilio (7Be), etc.] derivados de emisiones accidentales o deliberadas en Rusia y Japón y comparativamente mucho mayor que las plantas vasculares (Gorham, 1959).
