BIOINDICATORI - Alegerea bioindicatorilor, Bioindicatori in apele dulci, Bioindicatori in apele marine

BIOINDICATORI

1.1    Definitii si termeni utilizati

Pe langa termenii de indicatori biologici sau bioindicatori de utilizeaza adesea termeni precum:biomonitori,biomarkeri (bioreperi), bioavailabilty (biodisponibilitate) sau chiar bioacumulatori.

Practic aproape toti termenii sunt sinonimi in afara de ultimii termini sunt sinonimi,in afara de ultimul  termen.

Indicatorii biologici au capacitatea de a absorbi,a fixa si chiar de a acumula si concentra anumite elemente sau compusi din mediu,unii dintre acestia fiind agenti poluanti. Prin urmare,determinare si masurarea concentratiei acestor substante in corpul vietuitoarelor pot da indicii pretioase cu privire la existenta unor poluari trecute(nedetectabile in prezent in mediu).

Bioindicatorii sunt excelenti indicatori ai poluarii cornice si pot oferi un numar mare de rezultate cu sodturi scazute si cu indicii privind biodisponibilitatea poluantilor-aceea parte a continutului de poluant care poate atinge receptorii biologici.

Biomarkerii: i-parametrii care pot fii folositi spre identitatea efectelor toxice in organismele individuale si mai poate fii folosit si in extrapolarea dintre specii.

ii-indicatori in sistemul biologic care dauo masura expunerii sau o sensibilitate impresionabila.

Biomarkerii au devenit din ce in ce mai importanti in stabilirea ecologica,biomarkerii sunt puncte finale ale testelor ecologice care inregistreaza efecte potentiale in viata organismelor.

Biomonitorii sunt o subramura a monitoringului si se refera in special la folosirea vietii organismelor in procedurile de monitoring.

Bioassay este procedura pentru estimarea concentratiei sau a activitatilor biologice ale substantelor,alaturi de masurarea efectelor pe un organism comparand insusirile standard pregatite. Bioassays fixeaza anumite elemente ale experimantarii privind: durata, temperature, conditiile fizico-chimice ale apei.

Bioacumulatorii se refera strict la acele vietuitoare care scumuleaza din mediu anumite substante sau elemente chimice bine precizate. Bioacumulatorii si bioindicatorii permit evaluarea unor poluanti mai putin urmariti prin analizele clasice (metale grele, HF etc.).

Utilizarea bioindicatorilor biologici pentru caracterizarea gradului de poluare se bazeaza pe reactiile biologice ale indivizilor, ale populatiilor sau ale biocenozelor in diferite conditii de poluare a mediului.

Utilizarea bioindicatorilor se bazeaza pe faprul ca diferiti poiluanti actioneaza asupra organismelor in mod diferit si de aceea diferitele functii fiziologice vor fii influentate diferit. Unele functii sunt mai sensibile si pot fii utilizate ca indiciu al existentei sau chiar al inexistentei noxei.

In prezent, pentru monitorizarea calitatii mediului s-au pus la punct retele la nivel regional, national sau international cu puncte de masurare stabilite, aparate de masura sofisticate si extreme de precise si metode determinare chimice si fizico-chimice foarte costisitoare.

Este inca generalizata ideea ca monitoringul are ca obiect, determinare concentratiilor poluantilor monitorizati in biotopuri, respective in aer, ape si soluri-adica in componenta abiotica a ecosistemelor .Limitata la acest obiectiv, activitatea de monitoring constituie un instrument util dar fara finalitate. Finalitatea acestui demers trebuie sa fie evaluarea efectelor ecotoxicologice ce pot rezulta in situ ca urmare a poluarii analizate.

Cuplate cele doua lanturi ale monitoringului, una chimico-fizica si cealalta  ecologica, vor permite stabilirea cailor critice de contaminare a ecosistemului studiat prin care populatiile specilor cele mai sensibile sunt expuse la un anumit poluant si la ce concentratii ale poluantilor.

Considerand caci monitoringul are o dubla finalitate, aceea de a studia concentratiile si repartitia poluantilor in mediu precum si efectele lor asupra populatiilor si ecosistemelor expuse, se constata insa ca in practica monitorigul se consacra in marea majoritatea cazurilor numai detectarii concentratiilor prezente in biotopuri (apa, aer, sol, sedimente) de aceea si termenul ”monitoring” se suprapune practice cu aceasta activitate, in timp ce partea cealalta este consacrata prin biomonitoring si prin studii ecotoxicologice si studii de risc.

1.2 Alegerea  bioindicatorilor

Diferitele populatii sau specii de vietuitoare reactioneaza diferit la prezenta unor factori nocivi din mediul ambient, unele fiind mai sensibile altele mai rezistente. Aceasta sensibilitate poate fii constanta fie prin inmultirea avantajata a populatiei fie prin diminuarea sa cantitativa sau chiar a disparitiei populatiei respective.

Sensibilitatea indicatorilor biologici este determinate si de faptul  ca ei sunt expusi permanent actiunii poluantilor existenti in mediul lor de viata. Astfel, ei vor evidentia nu numai efectele unui singur poluant ci si efectele de sinergism datorate mai multor poluanti existenti concomitant in mediu. De asemenea, vietuitoarele sunt cel mai adesea, expuse actiunii pe durata lunga a poluantilor si vor exprima efectele cumulative in timp ale acestora.

Caracteristicile pe care ar trebui sa le aiba un bioindicator ideal, stabilite pentru biomonitorizarea poluarii apelor, dar care pot fii generalizate, sunt urmatoarele:

a)toti indivizii speciei bioindicatoare ar trebui sa prezinte  o corelatie identical si simpla intre continutul propriu de substanta poluanta si concentratia medie a acestei substante poluante in mediu sau in alimentatie, indifferent de localizare si de conditiile de mediu.

b)specia trebuie sa fie capabila sa acumuleze poluantul fara a fii omorata si fara ca reproducerea sa fie perturbata.

c)indivizii ar trebui sa fie sedentari pt.a fii siguri de concentratiile ca sunt in raport cu localizarea geografica luata in considerare.

d)specia trebuie sa fie abundenta si sa aibe o raspandire biogeografica cat mai larga pentru a permite comparatii intre zone distincte.

e)speciile cu longevitate sunt preferabile pentru ca ele permit probarea pe diferite de varsta si pot oferi date cu privire la efectele pe termen lung.

f)specia de cercetat trebuie sa fie sufficient de mare pentru a furniza cantitatile de tesuturi necesare pentru efectuarea analizelor si trebuie sa fie sufficient de rezistenta pentru a fii dusa in laborator.

Eficacitatea cu care un bioindicator prezinta o estimare a concentratiei unui poluant in mediu este influenntata de numerosi factori. Acestia pot fii grupati in 2 categorii:

1.Factori intrinseci - care tin de caracteristicile speciei si individului bioindicator;

2.Factori extrinseci - care tin de mediul inconjurator.

Principalii factori intrinseci care conditioneaza eficienta bioindicatorilor sunt:
-ratele de acumulare si de excretie;

-starea ecofiziologica a indivizilor;

-caracteristicile populationale ale esantionului;

-interferenta poluantilor in efectele lor toxicologice asupra speciei considerate.

Raportul dintre rata de acumulare si rata de eliminare aunui poluant este diferit la diferite specii. Daca o substanta este acumulata rapid si este degradata si eliminate lent,atunci nivelul concentratiei gasitain acea specie bioindicatoare va reflecta concentratia maxima atinsa de poluant in biotop si mai putin concentratia medie a poluantului.

Intr-o populatie dintr-o specie bioindicatoare,concentratia variaza in functie de varsta si talia indivizilor. Ca regula generala, bioacumularea nu este modificata daca 2 poluanti diferiti se gasesc impreuna in mediu, organismul bioindicator va acumula fiecare poluant in functie de expunere, de concentratie si de biodisponibilitatea acestuia. Exista si cazuri cand cei doi poluanti inhiba reciproc absortia si acumularea lor in organisme.

Factorii extrinseci care influenteaza bioconcentrarea poluantilor,cuprind toti factorii ecologici abiotici, dintre care putem exemplifica: temperatura, precipitatiile, salinitatea apelor, pH-ul apelor etc.

1.3 Bioindicatori in apele dulci

Macrofite acvatice. O serie de alge, briofite, fanerogame prezinta aptitudini accentuate de concentrare in tesuturi atat a unor compusi organici xenobioti.

Muschi acvatici. Muschii acvatici cu potential de bioacumulare sunt printre altii:

-Rhichostegium

-Platyhypnidium

-Cindidotus

-Fontinalis

-Amblystegium

O serie de cercetari au stabilit ca Fontinalis  are capacitate mare de bioacumulare a Zn din apa si continutul de metal din tesuturi.

Alge. Alga rosie Lemanea este una dintre putinele macrofite care poate trai in imediata apropiere a apei dintr-un iaz steril se la o exploatare de Pb.Ea are insusirea de a se dezvolta in ape cu concentratii mari de metale toxice, putand fi gasita in ape cu continut de 1,16mg/l Zn.

Fanerogame. Thyha latifolia (papura)s-a dovedit un bioacumulator eficace al Zn,acumuland in radacini pana la 1400mg Zn/kg de sediment.

Moluste si alte nevertebrate acvatice. Acestea constitue bioindicatori excelenti pentru contaminarea apelor atat a celor continentale cat si a celor marine. Ele au capacitati considerabile de bioacumulare si in plus sunt sedentare ceea ce este foarte util in a detecta si a localiza mai precis sursa de contaminare.

In apele dulci, scoicile de talie mare ca Unio (scoica de lac) si Anodonta (scoica de rau), prezinta un interes deosebit datorita frecventei lor relativ mari. Ele au un regim alimentar microfag si vor reflecta mai bine contaminarea apei, spre deosebire de scoicile care traiesc in namol care au un regim alimentar detritofag.

Pesti. Pestii au fost utilizati pe scara larga ca bioindicatori de poluare a ecosistemelor acvatice cu metale grele sau cu alte elemente toxice.

Studiul bioacumularii cu la Salmo gairdneri (pastravul curcubeu) a demonstrat o foarte buna corelatie intre concentratia de Cu din corpul pestelui si continutul din apa si in corelatie cu durata de expunere. Esox lucius (stiuca) s-a dovedit un excelent bioindicator pentru monitorizarea poluarii ecosistemelor dulcicole cu Hg. In acest caz s-a stabilit o corelatie foarte buna intre continutul corporal de Hg si continutul de Hg in sedimente.

1.4 Bioindicatori in apele marine

In apele marine, in special molustele lamelibranhiate sunt utilizate ca bioindicatori datorita calitatilor lor principale:

-capacitate de bioacumulare;

-corelatia intre continutul de poluanti sic el din corpul vietuitoarelor;

-viata lor relative sedentara si ciclul lung de viata.

Lichenii. Lichenii constitue bioacumulatori puternici datorita capacitatii lor de a prelua poluantii prezenti in aerul atmospheric.Lichenul fiind o simbioza ciuperca –alga,nu are o membrana exterioara de aceea aerul si umiditatea patrund usor in corpul lichenilor,astfel lichenii acumuleaza diferite elemente si compusi fara selectie,iar materialele absorite acumuleaza neexistand un sistem de executie.

Avand o sensibilitate deosebita fata de poluanti,lichenii sunt utilizati ca bioindicatori,pentru diverse categorii de poluanti:SO2,NOX,HF,CL2,O3,metale grele,elemente radioactive,pesticide,erbicide.

Ca metoda de testare pentru acumularea poluantilor se poate proceda la prelevarea de probe de tal din licheenii care cresc spontan in zona studiata,sau o alta metoda se bazeaza pe utilizarea unor licheni dintr-o zona nepoluata care sunt transplantati in zona de studio.

Cel mai larg utilizat bioindicator este lichenul Hypogymnia physodes,el poate acumula foarte multe metale realizand valori mari ale factorului de concentrare.

Muschii. Muschii(briofitele)prezinta o sensibilitate deosebita fata de poluarea aerului.Ca urmare,numarul speciilor de briofite a fost mult diminuat in zonele urbane si in centrele industrializate intens poluate.

In cazul metalelor grele s-a stabilit urmatoarea secventa a toxicitatii acestora pentru briofite:

Hg>Pb>Cu>Cd>Cr>Ni>Zn

Pleucozium schreberu a fost utlizat pentru monitorizarea caderilor de La,Zr si alte elemente in urma testelor nucleare.

Ceratodon purpurens,Tortula ruralis si Bryum argeneteum s-a urilizat pentru pentru biomonitorizarea caderilor de Cs dupa accidentul de la Cernobal.

Unele specii au o capacitate deosebit de mare de acumulare a metalelor uneori pana la concentratii extreme de mari ex.Hyloconium splendens.

Specii ierboase. Majoritatea plantelor ruderale sunt capabile sa acumuleze cantitai mari de poluanti,inclusive metale grele fara aparitia unor simptome externe.

Diferite organe ale plantei contin cantitati diferite de metale grele.Cele mai mari cantitati pot fii detectate in radacini si in frunze in timp ce mugurii,florile si fructele contin cantitati mici.

Loliu perene si Lolium multiflora sunt foarte adecvate pentru a fii utilizate ca indicatori de expunere. Aceste plante sunt frecvente in parcuri.marginea drumurilo, a soselelor. Pe langa metale grele, ele sunt indicatori si pentru S si F.

Alte specii ierboase utilizate ca bioindicatori pentru metale grele sunt:

-Thlaspi(pungulita):Ni,Zn

-Calamagrostis epigeios(trestia)

-Hedera helix(iedera):Pb,Cu,Zn,Cd,Hg

Testele standard se efectueaza cu Lolium multiform-pentru metale grele, SO2, F. Expunerea se face pe o durata de 14-28 zile utilizand ghivece cu plante crescute din seminte(plante de 6-8 saptamani).

Foioase. Frunzele arborilor fixeaza metale grele din zonele poluate atat din sol cat si direct din aer.Continutul de metale acumulat in frunze variaza cu specia, gradul de poluare dar si cu varsta frunzelor.Toamna, frunzele au concentratia cea mai mare si este perioada optima pentru determinare.

-Specii sensibile: Betula pendula (mesteacan), Tilia cordata(tei);

-Specii considerate rezistente:Salix alba(salcie),Sambucus nigra(soc negru);

-Specii relative rezistente:Quercus robur(stejar),Fagus sylvatica(fag)

Conifere. Coniferele sunt indicatori mai sensibili decat foioasele datorita faptului ca durata de viata a celor este de 3-4 ani si sunt expuse poluarii si pe perioadele de iarna. Asadar, acele de conifere retin si fizeaza poluantii o perioada mai lunga de timp.

Indicarea poluarii cu metale grele se face prin acumularea acestora, mai ales in acele de coniferelor.Astfel, Picea abies, Pinus silvestris, Pinus nigra, Taxus baccata, sunt specii adecvate pentru indicarea poluarii cu Fe, Zn, Cu, Mn, Pb, Cd, Al, Hg .