Un bioindicador es cualquier especie ( especie indicadora ) o grupo de especies cuya función, población o estado puede revelar el estado cualitativo del medio ambiente. Las especies indicadoras más comunes son los animales. [2] Por ejemplo, los copépodos y otros pequeños crustáceos acuáticos que están presentes en muchos cuerpos de agua pueden ser monitoreados 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, algo que las pruebas físicas y químicas no pueden. [3]
Un monitor biológico o biomonitor es un organismo que proporciona información cuantitativa sobre la calidad del medio ambiente que lo rodea. [4] 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 (p. ej. Bacillus o Geobacillus ). [5] Los indicadores biológicos pueden describirse como la introducción de microorganismos altamente resistentes a un ambiente determinado antes de la esterilización ; se realizan pruebas para medir la efectividad de los procesos de esterilización. Como los indicadores biológicos utilizan microorganismos altamente resistentes , cualquier proceso de esterilización que los deje inactivos también habrá eliminado patógenos más comunes y más débiles .
Un bioindicador es un organismo o respuesta biológica que revela la presencia de contaminantes mediante la aparición de síntomas típicos o respuestas medibles y es, por tanto, más cualitativo . Estos organismos (o comunidades de organismos) se pueden utilizar para entregar información sobre alteraciones en el medio ambiente o la cantidad de contaminantes ambientales cambiando de una de las siguientes maneras: fisiológica , química o conductualmente . La información se puede deducir mediante el estudio de:
La importancia y relevancia de los biomonitores, en lugar 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. [6] Los bioindicadores pueden revelar efectos bióticos indirectos de los contaminantes cuando muchas mediciones físicas o químicas no pueden hacerlo. A través de los bioindicadores, los científicos necesitan observar sólo una única especie indicadora para controlar el medio ambiente en lugar de monitorear a toda la comunidad. [7] También se pueden utilizar pequeños conjuntos de especies indicadoras para predecir la riqueza de especies para múltiples grupos taxonómicos. [8]
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. [ cita necesaria ]
El uso de un biomonitor se describe como seguimiento biológico . Esto se refiere a la medición de propiedades específicas de un organismo para obtener información sobre el entorno físico y químico que lo rodea. [9]
Los indicadores bioacumulativos se consideran frecuentemente biomonitores. Dependiendo del organismo seleccionado y su uso, existen varios tipos de bioindicadores. [10] [11]
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 poca o ninguna perturbación externa (por ejemplo, perturbaciones antropogénicas, cambios en el uso de la tierra , especies invasoras). Las condiciones bióticas de una especie indicadora específica se miden tanto dentro del 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. [12]
Una limitación importante de los bioindicadores en general es que se ha informado que son inexactos cuando se aplican a regiones geográfica y ambientalmente diversas. [13] Como resultado, los investigadores que utilizan bioindicadores deben asegurarse constantemente de que cada conjunto de índices sea relevante dentro de las condiciones ambientales que planean monitorear. [14]
La presencia o ausencia de determinadas plantas u otra vida vegetativa en un ecosistema puede proporcionar pistas importantes sobre la salud del medio ambiente: preservación ambiental . Existen varios tipos de biomonitores vegetales, incluidos musgos , líquenes , cortezas de árboles , bolsas de corteza , anillos de árboles y hojas . Los hongos también pueden ser útiles como indicadores. [ cita necesaria ]
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 genéticamente modificados que pueden responder a los niveles de toxicidad del medio ambiente ; por ejemplo , un tipo de pasto genéticamente modificado que crece con un color diferente si hay toxinas en el suelo. [15]
Los cambios en las poblaciones animales , ya sean aumentos o disminuciones, pueden indicar contaminación . [16] Por ejemplo, si la contaminación provoca el agotamiento de una planta, las especies animales que dependen de esa planta experimentarán una disminución de su 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 , la morfología y el comportamiento de los animales mucho antes de que las respuestas se expresen y observen a nivel poblacional. [17] Estas respuestas subletales pueden ser muy útiles como "señales de alerta temprana" para predecir cómo responderán las poblaciones.
La contaminación y otros agentes estresantes se pueden controlar midiendo cualquiera de varias variables en los animales: la concentración de toxinas en los tejidos animales; el ritmo al que surgen deformidades en las poblaciones animales; comportamiento en el campo o en el laboratorio; [18] y mediante la evaluación de cambios en la fisiología individual. [19]
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. [20] Los anuros absorben sustancias químicas tóxicas a través de la piel y las membranas branquiales de las larvas y son sensibles a las alteraciones de su entorno. [21] Tienen poca capacidad para desintoxicar los pesticidas que se absorben, inhalan o ingieren al comer alimentos contaminados. [21] Esto permite que residuos, especialmente de pesticidas organoclorados, se acumulen en sus sistemas. [21] 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. [21] Estos factores les permiten ser utilizados como organismos bioindicadores para seguir los cambios en sus hábitats y en estudios ecotoxicológicos debido a las crecientes demandas de los humanos sobre el medio ambiente. [22]
El conocimiento y control de los agentes ambientales es esencial para sostener la salud de los ecosistemas. 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 necesaria ] La evaluación ambiental para estudiar el entorno en el que viven se realiza analizando su abundancia en la zona, así como evaluando su capacidad locomotora y posibles cambios morfológicos anormales, que son deformidades y anomalías en el desarrollo. [ cita necesaria ] La disminución de los anuros y las malformaciones también podrían sugerir una mayor exposición a la luz ultravioleta y los parásitos. [22] Se ha demostrado que la aplicación extensiva 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 hacia los sistemas hídricos en los que viven estas especies y su proximidad al desarrollo humano. [23]
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. [20] Durante su desarrollo embrionario, las alteraciones morfológicas y de comportamiento son los efectos más frecuentemente citados en relación con la exposición química. [24] Los efectos de la exposición pueden provocar una longitud corporal más corta, una masa corporal más baja y malformaciones de las extremidades u otros órganos. [20] El lento desarrollo, el cambio morfológico tardío y el pequeño tamaño del metamorfo resultan en un mayor riesgo de mortalidad y exposición a la depredación. [20]
También se ha planteado la hipótesis de que los cangrejos de río son bioindicadores adecuados, en las condiciones adecuadas. [25] Un ejemplo de uso es el examen de la acumulación de microplásticos en el tracto digestivo del cangrejo rojo de los pantanos ( Procambarus clarkii), que se utiliza como bioindicador de una contaminación más amplia por microplásticos. [26]
Los microorganismos pueden utilizarse como indicadores de la salud de los ecosistemas acuáticos o terrestres . Los microorganismos, que se encuentran en grandes cantidades, son más fáciles de tomar muestras 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 del estrés pueden utilizarse como sistema de alerta temprana para detectar cambios en los niveles de contaminación. [ cita necesaria ]
La prospección microbiana de petróleo y gas (MPOG) se puede utilizar para identificar áreas potenciales de presencia de petróleo y gas. [ cita necesaria ] En muchos casos, se sabe que el petróleo y el gas se filtran hacia la superficie, ya que un yacimiento de hidrocarburos generalmente tendrá fugas o se habrá filtrado hacia la superficie a través de fuerzas de flotabilidad que superan las presiones de sellado. Estos hidrocarburos pueden alterar los fenómenos químicos y microbianos 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 observar el consumo de gases de hidrocarburos en una celda de cultivo. [27]
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 en abundancia en la naturaleza, son un componente esencial en muchas redes tróficas, son fáciles de cultivar y utilizar en ensayos y existen pocas, o ninguna, cuestiones éticas relacionadas con 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 las tensiones ambientales como los metales pesados o los compuestos orgánicos e inorgánicos. Las respuestas típicas son la inhibición del movimiento y un cambio de los parámetros de orientación. Además, este organismo es muy fácil de manipular y cultivar, lo que lo convierte en una herramienta muy útil para evaluaciones ecotoxicológicas. Una particularidad muy útil de este organismo es la orientación gravitatoria, que es muy sensible a los contaminantes. Los gravirreceptores 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 pruebas de corta duración, la orientación gravitatoria de E. gracilis es muy sensible. [28] [29] Otras especies como Paramecium biaurelia (ver Paramecium aurelia ) también usan orientación gravitatoria. [30]
Es posible realizar un bioensayo automático , utilizando el flagelado Euglena gracilis en un dispositivo que mide su motilidad en 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 no se puede medir ningún efecto tóxico significativo). [31] [32]
Los macroinvertebrados son indicadores útiles y convenientes de la salud ecológica de los cuerpos de agua [33] y los ecosistemas terrestres. [34] [35] Casi siempre están presentes y son fáciles de muestrear e identificar. Esto se debe en gran medida al hecho de que la mayoría de los macroinvertebrados son visibles a simple vista, normalmente tienen un ciclo de vida corto (a menudo la duración de una sola temporada) y generalmente son sedentarios. [36] Las condiciones preexistentes de los ríos, como el tipo y el caudal del río, afectarán a las asociaciones de macroinvertebrados, por lo que varios métodos e índices serán apropiados para tipos de corrientes específicos y dentro de ecorregiones específicas. [36] Si bien algunos macroinvertebrados bentónicos son altamente 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 los arroyos y ríos. [9] Los valores de tolerancia se utilizan comúnmente para evaluar la contaminación del agua [37] y la degradación ambiental , como las actividades humanas (por ejemplo, la tala selectiva y los incendios forestales ) en los bosques tropicales. [38] [39]
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 lechos de los ríos. [9] Las especies de macroinvertebrados se pueden encontrar en casi todos los arroyos y ríos, excepto en algunos de los ambientes más hostiles del mundo. También se pueden encontrar en arroyos o ríos de cualquier tamaño, prohibiéndose solo aquellos que se secan en un corto período de tiempo. [40] Esto hace que sean beneficiosos 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. [9] Los indicadores bentónicos se utilizan a menudo para medir los componentes biológicos de ríos y corrientes de agua dulce . En general, si se considera que el funcionamiento biológico de una corriente está en buen estado, entonces se supone que los componentes químicos y físicos de la corriente también están en buenas condiciones. [9] Los indicadores bentónicos son la prueba de calidad del agua más utilizada en los Estados Unidos. [9] Si bien los indicadores bentónicos no deben usarse para rastrear los orígenes 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. [41]
En Europa , la Directiva Marco del Agua (DMA) entró en vigor el 23 de octubre de 2000. [42] Requiere que todos los estados miembros de la UE demuestren que todas las masas de agua superficiales y subterráneas se encuentran en buen estado. La DMA 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 [13]. En 2006 se diseñó un sistema remoto de biomonitoreo 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 funcionar 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 abrir las conchas, 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). [18]
En Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA) publicó Protocolos de Bioevaluación Rápida, en 1999, basados en la medición de macroinvertebrados, así como de perifiton y peces para la evaluación de la calidad del agua . [1] [43] [44]
En Sudáfrica , el método del Sistema de Puntuación de África Meridional (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 . [36] El método SASS5 es utilizado por el Departamento de Asuntos Hídricos 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. [ cita necesaria ]
El fenómeno imponex en la especie de caracol de mar 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 la contaminación con compuestos orgánicos de estaño fabricados por el hombre en los puertos de Malasia . [45]
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )Herek, JS, Vargas, L., Trindade, SAR, Rutkoski, CF, Macagnan, N., Hartmann, PA y Hartmann, MT (2020). ¿Pueden las concentraciones ambientales de glifosato afectar la supervivencia y causar malformaciones en los anfibios? Efectos de un herbicida a base de glifosato sobre Physalaemus cuvieri y P. gracilis (Anura: Leptodactylidae). Investigación sobre ciencias ambientales y contaminación, 27(18), 22619–22630. https://doi.org/10.1007/s11356-020-08869-z
