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Asignatura: BIOINDICADORES Y ECOTOXICOLOGIA

UNIDAD 02: GENERALIDADES SOBRE LOS BIOINDICADORES Alfredo L. Loza Del Carpio Maestría en Tecnologías de Protección Ambiental – UNA Puno, Octubre - 2018

Bioindicadores

• Conceptos de bioindicadores: • Atributos de los sistemas biológicos que se usan para descifrar factores de su ambiente. • Organismos o restos de los mismos que ayudan a descifrar cualquier fenómeno o acontecimiento ambiental actual o pasado. • Organismos o comunidades cuyas funciones vitales se relacionan estrechamente con determinados factores ambientales. • Especies o comunidades cuya presencia, comportamiento o estado fisiológico presenta estrecha correlación con determinadas circunstancias del entorno, por ello se utilizan como indicadoras de estas. • Organismos que manifiestan síntomas particulares en respuesta a cambios ambientales. • Es una medida de la “salud” del ecosistema.

Bioindicadores • Especies, poblaciones o comunidades que nos manifiestan determinadas condiciones de un ecosistema. • Organismos particulares ambientales.

que manifiestan en respuesta a

síntomas cambios

• Es una medida de la “salud” del ecosistema.

• un bioindicador es un organismo o un conjunto de ellos que muestra la propiedad de responder a la variación de un determinado factor abiótico o biótico del ecosistema, de tal manera que la respuesta quede reflejada en el cambio de valor en una o más variables de cualquier nivel del organismo; estas variables o características, o sus cambios, pueden llamarse también variables bioindicadoras.

Son organismos sumamente sensibles a su ambiente (ecológicamente estenoicas, es decir, con una amplitud de tolerancia reducida respecto a uno o más factores ambientales), cambian aspectos de su forma, desaparecen o, por el contrario, prosperan ante la contaminación de su medio.

• Tipos de bioindicadores (Parmar et al. 2016)

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Tipos de bioindicadores (Parmar et al. 2016)

• Usos de los bioindicadores • Para advertir señales tempranas de algún problema ambiental. • Evaluar y correlacionar las características peculiares de un ecosistema (o bitopo) mediante mediciones cuali y cuantitativas de sistemas biológicos. • Para estimar predicciones sobre acontecimientos ambientales futuros. • Para caracterizar la complejidad de un ecosistema particular. • Identificar causa y efecto entre estresores y respuestas de los organismos. • Evaluar las respuestas de los organismos a las variaciones o estrés ambiental.

Peculiaridades de los bioindicadores • Estos organismos reaccionan mas de prisa que el hombre a productos tóxicos, perturbaciones del medio, características de un biotopo e incluso a sucesos ambientales futuros. • Entre los animales básicamente incluyen organismos invertebrados, cuyas respuestas son más medibles; los vertebrados presentan cierta dificultad en la mensuración de sus respuestas. • Entre plantas, muchas son bioindicadoras y sus respuestas medibles con relativa facilidad.

Historia de los indicadores biológicos • Desde la antigüedad el hombre hizo uso de los indicadores biológicos, por ejemplo cuando migraban las aves, era indicio que se avecinaba el invierno. • El hombre andino se guió y aun se guía de los indicadores biológicos para proceder a sus actividades del campo. • En otras latitudes (Madagascar) cuando un obeso, mayor, que orina con frecuencia y padece de dolores de cabeza, el curandero le lleva a un hormiguero, para diagnosticarle diabetes.

Terminología relacionada • Bioacumuladores: • Organismos que acumulan sustancias particulares dentro de sus tejidos, cuyas concentraciones se determinan mediante métodos químicos. • Biomonitores: • Organismos, su distribución o poblaciones,estudiados a lo largo de un tiempo, comparados con valores base. • El biomonitoreo permite establecer el impacto de la contaminación sobre los seres vivos contextualizando prácticamente todo el ecosistema, a diferencia de los métodos tradicionales que solo evalúan su parte abiótica (aire, agua, suelo). • Biomarcadores: • Cambios fisiológicos o bioquímicos ocasionados por compuestos químicos en un organismo.

Bioacumulación

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Xenobiótico Sustancias ajenas o extrañas a los organismos vivos. Bioensayo: organismos que responden de forma cuantitativa a la aplicación de una sustancia particular. Bioconcentración Los organismos absorben xenobióticos directamente del medio que les rodea a través de la superifcie respiratoria y piel. Biotransformación Modificación que sufre un xenobiótico en su paso a través del organismo

• Biomagnificación • Cuando un xenobiótico se bioacumula y es transferido de un nivel trófico a otro incrementando su concentración a través de la cadena trófica.

Fundamentos biológicos de los bioindicadores • Todas las especies tienen requerimientos físicos, químicos, de estructura del hábitat y de relaciones con otras especies muy peculiares. • A cada especie o población le corresponden determinados límites de estas condiciones ambientales entre las cuales pueden sobrevivir. • La biósfera provee de un espacio y un nicho ecológico donde la especie encuentra las condiciones necesarias y favorables para su desarrollo y reproducción.

Fundamentos biológicos de los bioindicadores • Frente a estos factores el organismo tiene una tolerancia fisiológica determinada genéticamente o adquirida filogenéticamente que regula la capacidad de soportar estas condiciones. • Por ello tenemos organismos estenopotente (estenoicos) (poca tolerancia) y euripotentes (eurinoico) (alta tolerancia) según la amplitud de tolerancia que presenten. • Cada organismo, población o comunidad, es capaz de indicar el efecto de los factores ambientales, sean naturales o antrópicos. • Cuanto más estenoica (más estrechos sus límites de tolerancia) sea la especie, mayor será su utilidad como indicador biológico.

Formas de bioindicación • Bioindicación no específica: cuando la misma reacción puede ser provocada por diferentes factores antrópicos. P.e. aguas con cargas orgánicas o lavados de fertilizantes fosforados y nitratos propenden el crecimiento del fitoplancton. • Bioindicación específica: cuando un solo factor ambiental provoca una reacción.

• Bioindicador sensible: Si reacciona modificando su comportamiento con rapidez.

Formas de bioindicación • Bioindicación directa: si el factor antrópico actúa directamente sobre el sistema biológico. • Bioindicación indirecta: como resultado de alteraciones ambientales que provocan diferentes repuestas. • Bioindicación primaria: La primera reacción del bioindicador ante un factor antrópico. • Bioindicación secundaria: Las demás reacciones ante ese factor antrópico (si es que las tiene).

Requisitos y selección de un bioindicador • • • • • • • • •

La especie debe ser estenoica. De preferencia abundantes. Muy sensibles a los cambios de su ambiente. Fáciles y rápidos de identificar Fáciles y rápidos de cuantificar Bien estudiadas en su ecología y ciclo biológico. De preferencia con poca movilidad. Facilidad de manipuleo. Las condiciones que provocan respuestas son bien conocidas. • Su trabajo de evaluación no demanda altos costos. • Sus respuestas son fácilmente evaluadas. • Las respuestas pueden ser tratadas estadísticamente

Requisitos de un buen bioindicador • Obviamente, no se puede contar con todos los requisitos juntos en un solo bioindicador, por ello se debe considerar que por lo menos cumplan gran parte de estos. • Además, para la selección de bioindicadores, de preferencia no sólo debe considerarse a una sola especie o población sino más bien a una biocenosis, de modo que nos permita crear un índice, con el cuál además los resultados tendrán mayor certeza estadística.

Ejemplo: Bioindicadores de ecosistemas acuáticos indican:

Estresores utilizados en bioindicación • • • • •

Variaciones de los factores fisicoquímicos. Competencia Regimenes climáticos (T, PP, H) Disponibilidad de alimento Alteración de los componentes del ecosistema (p.e. sucesiones secundarias). • Contaminantes en el medio. Los organismos estan sujetos a múltiples agentes estresantes, por ello se requiere identificar y separar los efectos estresores inducidos por el hombre de los efectos estresores naturales: por ello se requieren medidas múltiples para validar la bioindicación (índices biocenóticos) Por ello: el término organismo indicador, ahora ha evolucionado a comunidad indicadora.

Tipos y usos específicos de bioindicadores • Indicadores de calidad de aguas continentales: vegetación acuática, bentos y plancton como indicadores de eutrofiación. Organismos sensibles cambian aspectos de su forma, desaparecen o prosperan cuando su medio se contamina. • En oceanografía: para estudios de transporte de sedimentos, presencia de peces de valor económico y otros, tipos de aguas marinas (según temperatura, salinidad), grados de mezcla de dos tipos de agua (estuarios).

Tipos de bioindicadores según usos específicos • Calidad de la atmósfera: por ejemplo líquenes son sensibles a contaminantes atmosféricos • Características del suelo: por ejemplo plantas nitrófilas indican suelo altamente nitrogenados. La violeta indica suelos con zinc, el garbancillo suelos con selenio. • Indicadores de toxicidad de pesticidas: P.e. riesgos de DDT se supieron cuando se redujo población del halcón peregrino, el envenenamiento por mercurio en el mar Baltico se detectó por la disminución de ejemplares del águila pescadora.

Tipos de bioindicadores según usos específicos • Bioindicadores del clima: que pueden predecir épocas de lluvias o sequías, etc. • Indicadores biogeográficos: caracterizan la estructura de un ecosistema. • Indicadores del grado de complejidad de un ecosistema: por la medida de la diversidad de especies. • Indicadores del deterioro o cambio de comunidades: plantas que participan en sucesiones secundarias, organismos nuevos (colonizadores), etc. TENER EN CUENTA: los bioindiadores son importantes porque permiten una supervisión previa fundamentalmente de los cambios en el ecosistema.

Ventajas del uso de bioindicadores • Una vez identificado el bioindicador, este nos proporciona información rápida del estado del ecosistema. • En la mayoría de los casos no resulta dificultoso su análisis. • Suele ser de mas bajo costo que un análisis de laboratorio. • Útil para evaluaciones ecológicas y ambientales rápidas y preliminares. • Una vez identificado y reconocido el indicador no se necesita de una especialización complicada para el análisis.

Ventajas del uso de bioindicadores • Nos proporciona información del estado real del ecosistema, no es sólo una fotografía del momento. • Por tanto nos permite conocer el estado ecológico y la SALUD DEL ECOSISTEMA.

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La salud del ecosistema representa el punto final deseado en la gestión ambiental, pero requiere una definición y evaluación adaptables y continuas. Un ecosistema saludable es un ecosistema sostenible, tiene la capacidad de mantener su estructura (organización) y su función (vigor) a lo largo del tiempo frente al estrés externo (resiliencia) (Costanza 1999).

Desventajas del uso de bioindicadores • La dificultad radica principalmente en el hecho de identificar el bioindicador, ya que esto requiere investigación previa sobre su ecología, comportamiento y experimentos con alto sustento estadístico. • No tiene tanta precisión como un análisis químico – físico en laboratorio. • No nos da información cuantitativa de los estresores o de la calidad del biotopo. • Se requiere conocer las especies indicadoras a nivel taxonómico de preferencia.

Indicadores a nivel de especie/individuo • Cuando se observan las respuestas en una sola especie particular. P.e. Al presenciar algunas lenteja de agua en el lago asumimos que este tiene altos niveles de eutroficación. • Si se observa respuestas en un individuo particular de la especie. Por ejemplo, si una o algunas plantas de un grupo de plantas presentan las hojas amarillentas, esta nos indica que el suelo tiene bajos niveles de nitrógeno. • Generalmente tienen baja susceptibilidad a análisis estadísticos.

Indicadores a nivel de población • Cuando los niveles poblacionales de alguna especie, se alteran (aumentando o reduciéndose) por causa de algún factor ambiental que asumimos. P.e. Si las cantidades de lenteja incrementan altamente, hay mayor razón para asumir niveles de eutroficación. • Si observamos a Chenopodium chaernosolium incrementar sus poblaciones en un determinado suelo, asumimos que se presenta salinización. Si apreciamos disminución en las poblaciones de aves en el lago, podemos asumir como causa que algún factor estresor deteriora el ambiente. • Los cambios poblacionales pueden ser cuantificados y confrontados estadísticamente.

Indicadores a nivel de comunidad/biocenosis • Cuando el efecto se observa en varias poblaciones del ecosistema, cambiando la estructura del componente biótico, lo que implica a su vez un cambio del ecosistema. • Por ejemplo, si varía la estructura del planton o del bentos en un lago (varias poblaciones) podemos asumir con mayor certidumbre su efecto como bioindicador. • Además es mensurable cualitativa y cuantitativamente y susceptible a análisis estadísticos. • Se pueden elaborar índices que nos proporcione valores característicos para determinado tipo de ecosistema.

Estudio de la estructura de comunidades/biocenosis • FASE PREVIA • Determinar el objeto u objetivos del estudio. • Definir los métodos y técnicas mas adecuados de muestreo y evaluación. • Definir los materiales a usar. • Planificar un diseño experimental (que incluya estadística), considerando siempre un control o testigo. • FASE EJECUTORA o de campo • Mantener meticulosidad al momento del muestreo y evaluación. • Identificar las especies que conforman las poblaciones muestreadas. • Las especies no identificadas pueden ser denominadas con algún código hasta gabinete.

Estudio de la estructura de comunidades • Proceder al conteo del número de individuos que conforman las poblaciones o en su defecto preservarlas en algún medio hasta llegar a gabinete. • Tener siempre las muestras rotuladas convenientemente (lugar, fecha, código, etc.). • FASE DE GABINETE • Proceder a identificar y/o contar las muestras obtenidas (uso de equipos si es necesario). • FASE DE ANALISIS • Proceder a tabular los datos. • Plantear un procedimiento matemático y/o estadístico. • Redacción del informe o reporte.

Para el estudio o determinación de indicadores • Seleccionar y separar especies comunes a los tipos de ecosistemas. • Seleccionar y separar especies que sólo se encontraron en uno de los tipos de ecosistemas evaluados. • Plantear índices de diversidad e índices bióticos, obtenidos de literatura u proponer alguno. • En lo posible obtener datos de evaluaciones físico químicas al mismo momento de hacer la evaluación de la biocenosis (pH, nutrientes, oxígeno, DBO, salinidad, temperatura, etc si se ha evaluado un ecosistema acuático por ejemplo). • Esto nos permitirá realizar análisis de regresión y correlación con los datos de la estructura de la biocenosis. Con lo cuál se asumirá con mayor precisión las respuestas de los organismos y elevará la certeza de su utilidad como bioindicador.

Indicadores biológicos tradicionales • • • • • •

Para calidad de aguas y alimentos: Coliformes totales: Bacilos Gram negativos, que fermentan la lactosa con producción de ácido y gas a 37 ºC dentro de las 24 horas. Coliformes termotolerantes o fecales: Parte de los coliformes totales, fermentan la lactosa a 44 – 45ºC. Predomina Scherichia coli, incluyen géneros Citrobacter, Klebsiella, Enterobacter. Es un índice de contaminación fecal y se usa para vigilancia de calidad del agua.

ECAs Nº0152015-MINAM

heces

BIOINDICADORES DE LA CALIDAD DE LAS AGUAS

Alfredo L. Loza Del Carpio

Macroinvertebrados como bioindicadores • Incluye diversos grupos taxonómicos de invertebrados de apariencia conspicua. • Evaluación: • se puede utilizar diversos tipos de redes o trampas. Entre las conocidas están la draga Elkman, utilizado para zonas profundas, que permite evaluar cuantitativamente la bentos (No/área); consiste en una garra que arrojada al fondo y al activar un dispositivo se cierra automáticamente atrapando los organismos del fondo. También existen redes tipo cuchara, redes rectangulares de arrastre, para lagos de profundidad o ríos. Están también las trampas fijas, que se recogen luego de un tiempo.

Terminología importante • Bentos: organismos del fondo. Incluyen caracoles, camaroncillos, insectos, etc. • Macrófitas: Plantas conspicuas del ecosistema acuático, pueden ser plantas superiores (totora, llachos) o inferiores (algas visibles). • Plancton: organismos suspendidos, fitoplancton (algas microscópicas, son el primer eslabón de la cadena trófica) y el zooplancton (animales diminutos como crsutáceos, protozoarios, etc.). • Perifiton: organismos que habitan sobre plantas (algas, moluscos). • Necton: organismos mayores que se desplazan en el cuerpo acuático (peces, anfibios).

Efectos de la contaminación orgánica de un río sobre sus biocenosis (Europa)

Otros bioindicadores de calidad de aguas: Peces, anfibios, aves • PECES: Orestias luteus (carachi amarillo) logra tolerar altos niveles de eutroficación, pero no hipertrofías. Orestias ispi (ispi) y trichomycterus rivulatus (suche) habitan sólo aguas limpias y oligotróficas. El pejerrey tiene amplio rango de tolerancia pero difícilmente tolera aguas muy hipertroficas (Pineda, 2002). • ANFIBIOS: Telmatobius culeus (el endémico rana gigante del Titicaca, Kelli), es una especie exclusiva de aguas oligotróficas, limpias y transparentes. • AVES: Rollandia microptera (zambullidor del Titicaca)y Podiceps occipitalis (zambullidor blanquillo), son considerados indicadores de aguas oligotróficas, limpias y profundas. Oxyura jamaicensis (pato pana) prefieren aguas mesotróficas a eutróficas. Plegadis ridgwayii /yanavico, makerancho), es mas frecuente en aguas mesotróficas e hipertróficas pero de muy poca profundidad.

Rollandia microptera “keñola”

Podiceps occipitalis

Telmatobius culeus

Oxyura jamaicensis “pato pana”

Fulica ardesiaca “choka”

Plegadis ridgwayi “yanavico”

¿Los peces son buenos indicadores de contaminación?

Los peces necesitan oxígeno para vivir en le agua. El agua contaminada tiene efecto en los niveles de oxígeno. Si el agua está contaminada los niveles de oxígeno son bajos y los peces mueren. Por ello los peces son buenos indicadores de contaminación.

Contaminación atmosférica • Emisión de humos: • De diferentes fuentes, contienen CO (altamente tóxico, bloquea transporte oxígeno en la sangre, produce anemia), CO2, Pb, óxidos de nitrógeno (NO, NO2). • El NO2 es muy dañino al ser inhalado, forma ácido nítrico con humedad de los bronquios y por reacciones fotoquímicas forman nitroperoxiacetilo y nitroperoxibenzoilo que irritan los ojos, la garganta y daños en agricultura, decoloración de objetos y daños en edificaciones de piedra, forma parte del smog. Se origina por automóviles, industrias. • Los óxidos de azufre como el SO2 tiene olor picante y es venenoso, con la humedad se transforma en SO3 que con el agua se vuelve H2SO4. Destruye el epitelio pulmonar que causa tos y asfixia, daña las hojas de las plantas, dañan cosechas, destruye monumentos de piedra y mármol.

Líquenes como bioindicadores Liquenes son algas y hongos que viven simbióticamente

• Hypogymnia farinacea

• Parmelia quercina

• Ascolichenes • Gymnocarpales • Parmeliaceae • Xanthoria parietina

Indicadores de buena de calidad de suelos

Bioindicadores del clima: altiplano de Puno

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Pseudalopex culpaeus “zorro”

Phleocryptes melanops “totorero”

• Echinopsis “sancayo”

Bioindicadores calidad de productos. Cultivos amigables: caso café

• En Chanchamayo (Junín) se consiguió vender un quintal de café (46 kilos) a un precio récord de 2,350 dólares (2016). • Café amigable u otros especiales: hasta 10000.00 dólares en subastas internacionales. • Café convencional: S/ 340.00