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BIOINDICADORES Y BIOMARCADORES

RICARDO LINARES JOHN DIMATE

¿QUE ES UN INDICADOR? 

Característica medible que provee información útil sobre el estado, calidad o cambios de un ecosistema y los factores que lo afectan. INDICADORES DE PRESIÓN (ESTRÉS) CATEGORIAS

INDICADORES DE ESTADO INDICADORES DE RESPUESTA

BIOINDICADOR 

El concepto de organismo indicador se refiere a especies seleccionadas por su sensibilidad o tolerancia (normalmente es la sensibilidad) a varios parámetros. Usualmente los biólogos emplean bioindicadores de contaminación debido a su especificidad y fácil monitoreo (Washington).

Molusco de agua dulce Planorbella trivolvis es un indicador de aguas contaminadas por desechos industriales o domesticos, tomado de Bioindicadores como herramientas para determinarla calidad del agua, pag 45.

BIOINDICADOR 

La presencia de una especie en particular, que demuestra la existencia de ciertas condiciones en el medio, mientras que su ausencia es la consecuencia de la alteración de tales condiciones (Odum).

Ephemeroptera sp. Tomado de www.ephemeroptera-galactica.com/figs_photos.php

USO DE LOS BIOINDICADORES

Advertir de manera prematura las perturbaciones ambientales de un ecosistema. Identificar causa y efecto entre estresores y respuestas biológicas Evaluar las respuestas integradas de los organismos al estrés ambiental Evaluar la efectividad de las acciones remediales sobre la salud del ecosistema

ESTRÉS 

El estrés es un proceso mediante el cual los eventos ambientales o fuerzas, llamadas estresores, amenazan la existencia de un organismo y su bienestar, a través del cual el organismo responde a la amenaza (Baum, Singer & Baum).

Modelo de Seyle de síndrome general de adaptación al estrés, tomado de Estrés ambiental e impacto de los factores ambientales pag. 7.

ESTRÉS Estrés en el Organismo Estado Saludable: Ausencia de Estresores Estado Estresado o Zona 1: Presencia de estresores y efectos moderados.

Estado de Daño pero Curable o Zona 2: Efecto de los estresores de moderado a alto. Estado Irreparable e Incurable o Zona 3: Efecto dañino de los estresores; manifestaciones morbiles, incapacidad reproductiva, muerte. 

Los bioindicadores pueden ser medidos para caracterizar las condiciones fisiológicas de los organismos en cada zona de estrés. Los indicadores de la Zona 1 son más sensibles a los contaminantes estresores que en las Zonas 2 y 3.

ESTRESORES. 

Un estresor es un agente inicial que induce la aparición de estrés. Estresores utilizados como bioindicadores

Variaciones de los factores fisicoquímicos Competencia Regímenes de temperatura Disponibilidad de alimento Contaminantes en el medio

ESTRESORES.

Fuente :www.eula.cl/doc/Bioindicadores%20y%20biomarcadores%20de%20contaminacion.pdf

Bioindicadores calidad del agua Bacterias coliformes •Escherichia •Klebsiella •Enterobacter •Citrobacter

E. Coli bajo microscopio electronico de barrido tomado de footage.framepool.com/

Bioindicadores calidad del agua Protozoos

Paramecium y Ameba tomado de la pagina http://101science.com.htm

Bioindicadores calidad del agua Fitoplancton

Diatomeas , Cymbella sp, tomado de http://www.djibnet.com/photo/microscopio/cymbella-unadiatomea-comun-2705148612.html

Bioindicadores calidad del agua Macrofitas.  Briofitas  Hepaticas  Helechos  Angioespermas Eichhornia crassipes, tomado de http://tropical.theferns.info/viewtropical.php?id=Eichhornia+crassipes

Bioindicadores calidad del agua Macroinvertebrados.  Annelidae  Arthropodae  Mollusca Larva Trichoptera tomado de http://bugguide.net/node/view/249100

Larva Plecoptera tomado de http://bugguide.net/node/view/249100

Larva Odonata tomado de http://bugguide.net/node/view/249100

Bioindicadores calidad del agua

Tomado de Bioindicadores como herramientas para determinarla calidad del agua Pag 42,43,44,45.

Bioindicadores calidad del agua Peces

De izquierda a derecha: Characidae (pirañas), Cyprinidae (carpas), Scombridae (atún), Salmonidos (trucha). Tomado de medioambientales.com

Bioindicadores calidad del agua Anfibios •Gymnophioa •Caudata •Anura Lithobates pipiens, tomado de www.ecured.cu/Rana_leopardo

Bioindicadores calidad del aire Liquenes.      

Son ubicuos. No poseen cutícula protectora y absorben nutrientes y contaminantes. Si cualquiera de los simbiontes se ve afectado por algo, ambos organismos mueren. Son relativamente longevos. Son perennes. Tienen requerimientos ecológicos restringidos o rangos de dispersión limitados.

Tomado de www.fev.org.ar/uploads/2/0/8/5/20850604/indicadores_biologicos_de_calidad_ambiental__jornada_serrana_nov2009.df

Bioindicadores calidad del aire

Sencibilidad de liquenes de acuerdo a exposición a SO2 tomado de liquenes.ticlegio.com/indicadores-y-bioindicadores.

Bioindicadores calidad del aire Plantas  Indicadoras de contaminación por Hidrocarburos, floruros, cloruros, etileno, ozono troposferico, yodo +5.

Nicotiana tabacum , exposición a ozono troposferico, tomado de alef.mx/category/medio-ambiente/page/15/

Bioindicadores calidad del aire

El etileno en grandes cantidades nutribioq.wordpress.com/tag/alimentacion/

genera

la

rápida

maduración

de

los

frutos,

tomado

de

Bioindicadores calidad del aire Abejas  Las abejas, concretamente la especie Apis mellifera, han sido empleadas como bioindicadores de la contaminación ambiental por metales pesados en áreas urbanas, pesticidas en áreas rurales y de la presencia de radionucléidos en el ambiente. Junto con otros estresantes ambientales, los productos agroquímicos son sospechosos de contribuir al Desorden del Colapso de las Colonias

Mortandad de abejas tomado de toxamb.wordpress.com/2014/12/16/bioindicadores-abejas/

Bioindicadores calidad del suelo

Organismos presentes en el suelo, tomado de vidasustentable.org/2011/04/14/el-suelo/

Bioindicadores calidad del suelo 

La mesofauna del suelo es muy sensibles a las perturbaciones naturales y antrópicas , provocando directamente cambios en su composición específica y su abundancia, teniendo como consecuencia la pérdida de especies y su diversidad, y finalmente, la disminución de la estabilidad y fertilidad.

Protura, tomado de//keys.lucidcentral.org/ Cryptostigmata, tomado de //www.agencia.cnptia.embrapa.br/

Bioindicadores calidad del suelo Plantas y hongos.  No se desplazan.  Dependen directamente del suelo para cumplir sus funciones vitales.  Tienen requerimientos específicos (plantas acidófilas, basófilas, hidrófilas, nitrófilas, esciófilas, heliófilas, etc.)  Indicadoras de muchas características del medio como metales en el suelo, acidez en el suelo y en la lluvia, alteraciones climáticas, intervención humana, presión ganadera.

Laccaria multicolor indica buena calidad del suelo, tomado de //es.pinterest.com/pin/209065607675365472/ Bouteloua aristidoides (Kunth) Griseb. Pasto elefante, indicador de suelos salinizados tomado de http://www.prota4u.org/

Condiciones de una especie para ser usada como bioindicador.     



 

a) Son fácilmente identificados, incertidumbres taxonómicas pueden confundir la interpretación de los datos. b) Pueden ser fácilmente muestreados, esto es, sin necesidad de varios operarios o equipos costosos, y cuantitativamente; c) Tener distribución cosmopolita, la ausencia de especies con requerimientos ecológicos muy estrechos y distribución limitada puede no estar asociado a la polución, etc.; d) Deben estar asociados a abundantes datos auto ecológicos, esto es de considerable ayuda en el análisis de resultados de estudios y legados de polución o índices bióticos; e) Deben tener importancia económica como recurso o perjuicio o peste: especies económicamente importantes (peces) o son perjudiciales (algunas algas) tienen interés intrínseco; f) Deben fácilmente acumular poluentes, especialmente para reflejar niveles ambientales puesto que esto facilita la comprensión de su distribución en relación al nivel de poluentes; g) Deben ser fácilmente cultivables en laboratorio, lo cual también ayuda en estudios experimentales relacionados de sus respuestas a poluentes y observaciones de campo; h) Deben tener baja variabilidad, tanto genética como en su rol (nicho) en la comunidad biológica (Hellawell, 1986)

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE BIOINDICADORES VENTAJAS

DESVENTAJAS

Bajo o nulo coste, sin mantenimiento ni coste energético. El biomonitoreo permanente de las comunidades resulta ser económico comparado con los análisis fisicoquímicos.

No ofrecen mediciones puntuales, sino en todo el tiempo que el organismo lleva expuesto.

Suministran datos de situaciones pasadas

La variación genotípica y la edad pueden dificultar el estudio.

Amplio grado de dispersión.

Existe la posibilidad de que hayan sido expuestos previamente a ciertos elementos.

Fácil identificación de fuentes contaminantes.

Pueden ser influidos por el entorno (suelo, estructura del hábitat singular, etc.)

Posibilidad de observar efectos fisiológicos.

El muestreo implica mayor tiempo.

La existencia de manuales con métodos establecidos de colecta y registro de información, hacen que sea posible su realización por personas sin amplios conocimientos de biología.

La información es cualitativa, no cuantitativa; sólo utilizando índices biológicos obtendremos más información.

Las comunidades reflejan muchas condiciones del sistema (físicas, químicas, biológicas y ecológicas).

Para la identificación experiencia.

taxonómica

se

requiere

Para obtener una evaluación integral es necesario realizar análisis fisicoquímicos o pruebas de toxicidad.

Tipo de bioindicadores Criterio

Tipos de Bioindicadores

Grado de Sensibilidad

Muy Sensibles Sensibles Poco sensibles Resistentes

Forma de Respuesta

Detectores Explotadores Centinelas Acumuladores Organismos test o bioensayo

GRADO DE SENSIBILIDAD Muy sensibles Collembola. Tomado de tolweb.org/Collembola

Sensibles Briofitas Tomado dewww.natureduca.com/

Poco sensibles Bufo bufo Tomado dewww.natureduca.com/

Resistentes Clostridium perfringens Tomado de medicine.academic.ru/1665/Clostridium_perfringenshttp

FORMA DE RESPUESTA Detectores Viven en un área, muestran respuestas como cambio de vitalidad, mortabilidad y cambios en reproducción. Briofitos. Tomado de www.flickr.com

Explotadores Indican perturbación ya que de forma repentina se hacen muy abundantes debido a la falta de competidores que han sido eliminados por la perturbación. Ortiga Urtica sp.

Tomado de www.flickr.com

FORMA DE RESPUESTA Centinelas Sensibles o muy sensibles, se introducen de manera artificial en un medio y funcionan como alarmas, para detectar contaminantes. Bubo bubo Tomado de www.flickr.com

Acumuladores Resistentes a ciertos compuestos siendo capaces de absorberlos y acumularlos en cantidades medibles. Pistia stratiotes

Tomado de www.flickr.com

FORMA DE RESPUESTA Test o bioensayo Se utilizan en laboratorio a modo de reactivos para detectar la presencia y reacción de contaminantes. Mus musculus

Tomado de www.flickr.com

BIOMARCADORES 

Cambio inducido por un contaminante en un componente bioquímico o celular de un proceso, estructura y función que puede ser medido en un sistema biológico. Natural Resources and Environment (NRC).

BIOMARCADORES 

Cambio bioquímico, celular, fisiológico o del comportamiento que puede ser medido en un tejido, fluido biológico, organismo o población y que proporciona evidencia de exposición a, y/o efectos de uno o más contaminantes (Depledge,).

CARACTERISTICAS DE LOS BIOMARCADORES

Cuantificable Dependiente de la dosis o del tiempo de exposición Reproducibilidad, sensibilidad, especificidad, reversibilidad, aplicabilidad en diversos taxones

La aplicación apropiada permite integración en gradientes espaciotemporales

USOS DE LOS BIOMARCADORES Detectar la presencia de una exposición . Determinar las consecuencias a la exposición. Detectar los estados iniciales e intermedios de un proceso patológico.

Identificar a los individuos sensibles de una población Fundamentar la decisión de intervenir , tanto a nivel individual como ecosistémico.

VENTAJAS Y DESVENTAJAS DEL USO DE BIOMARCADORES VENTAJAS

DESVENTAJAS

Cuantifica solo los contaminantes Relación del biomarcador y las biodisponibles de relevancia condiciones de la enfermedad. biológica. Como una medida de los efectos ellos pueden integrar efectos de múltiples estresores y pueden ayudar a elucidar mecanismos de acción.

Potencial de predecir un efecto ecológicamente relevante (i.e. mortalidad, impedimento reproductivo antes que los efectos se manifiesten en el ambiente). Predice el daño antes que sea demasiado tarde. Facilidad de uso y relación coste/efectividad adecuado.

Dificultad en relacionar la respuesta bioquímica o molecular a la salud del organismo y los efectos adversos de la población, el tipo de información que generalmente es la linea de base del monitoreo ambiental.

Tomado de Uso de biomarcadores para la identificación, cuantificación y monitoreo de microcontaminantes en sistemas fluviales

EJEMPLOS DE BIOMARCADORES La determinación de los grupos sanguíneos, inicialmente el sistema ABO, con incorporación posterior de otros sistemas como por ejemplo el Rh, marcó un hito revolucionario en la medicina transfusional. Las pruebas sanguíneas u otros biomarcadores pueden servir como marcadores de enfermedad en los ensayos clínicos y como posibles objetivos terapéuticos. Expresión de genes de estrés, usando genes reporteros como el gen de la lucifererasa que produce una proteína luminiscente ante la exposición a un contaminante. • En el caso de las anemias nutricionales constituyen biomarcadores de gran importancia: el hierro sérico, la ferritina, la transferrina y otras nuevas proteínas reconocidas recientemente. También la vitamina B12, transcobalaminas y folatos son biomarcadores imprescindibles en el estudio de estas anemias. • La presencia de anticuerpos son biomarcadores fundamentales en las anemias hemolíticas y también en algunas situaciones como son las infecciones virales o bacterianas, entre otras. • La t (9;22), cromosoma Filadelfia, en la Leucemia Mieloide Crónica (LMC) y la t (15;17) en la Leucemia Promielocítica (LPM). El CD5 se ha sugerido como un BIOMARCADOR de mal pronóstico en el linfoma con células B grandes difuso tratado con Rituximab y CHOP.

Diferencias entre bioacumulador y bioindicador

Tomado de http://www.eula.cl/doc/Bioindicadores%20y%20biomarcadores%20de%20contaminacion.pdf

¿POR QUÉ UTILIZAR BIOINDICADORES/BIOMARCADORES? El análisis de los compartimentos ambientales está sometido a variaciones muy drásticas en función de la fuente de emisión ya sea puntual o difusa. Las concentraciones en el aire y en el agua son de 1 a 4 órdenes de magnitud inferiores en relación a aquellas presentes en los organismos. Los valores entregados por los análisis químicos de los distintos compartimentos ambientales, no involucra el conocimiento de los efectos y de la biodisponibilidad de las sustancias contaminantes sobre los organismos. Los bioindicadores proveen de un dato integrado en el tiempo. Los bioindicadores, a través de los biomarcadores proporcionan información relativa a exposicion y efectos de las sustancias y también de procesos interactivos bajo condiciones naturales (sinergismo, antagonismos).

Bibliografía 

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Principios de ecotoxicología: diagnóstico, tratamiento y gestión del medio ambienteMiguel Andrés Capó Martí, Editorial Tebar, 2007 Bioindicadores como herramientas para determinar la calidad del agua - Gabriela Vazquez Silva, 2006 Estrés ambiental e impacto de los factores ambientales, Aurora de Jesús Mejía Castillo Indicadores biológicos de calidad ambiental, Maria Betriz Jofré. Biomarcadores en medicina, P. Hernandez, 2008.