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Organismos a la fuga: ¿escapan los seres vivos de la contaminación?

Por Ignacio Moreno-Garrido y Cristiano Venicius de Matos Araujo (CSIC)*

Pez cebra / Flickr-Photo-by-Lynn-Ketchum

Pez cebra / Flickr-Lynn Ketchum

Faraones, reyes, emperadores y nobles de tiempos pretéritos descubrieron, hace ya siglos, cómo funcionaban los ensayos de toxicidad. Ya que siempre hay gente interesada en cambiar unos gobernantes por otros, y dado que la mayor parte de los venenos preferidos por los asesinos actuaban por vía digestiva, era frecuente que los pretendientes al trono o sus aliados añadieran algunos simpáticos polvitos a las comidas de estos dirigentes con la aviesa intención de allanarles el camino a sus correspondientes sepulturas. Como el problema es que todo el mundo conoce el manual, estos gobernantes hacían probar la comida a sus sirvientes, y si estos ponían mala cara, mudaban el color epidérmico a tonos más verdosos y, acto seguido, se morían, aquellos solían pasar directamente a los postres obviando los segundos platos. Por supuesto, tales ensayos adolecían de rigor científico (aunque algunos tuvieran rigor mortis), y bastaba con procurarse un veneno de efecto retardado para solucionar el ligero inconveniente (y si no, que se lo cuenten al pobre emperador Claudio, por ejemplo).

Como quiera que sea, la base de los ensayos de toxicidad estaba servida: para conocer cómo de tóxica es una sustancia casi no nos queda otra que exponer material biológico a distintas concentraciones de tal sustancia, y observar qué pasa. Estos materiales biológicos, hoy día, pueden ser simples enzimas, cultivos celulares, tejidos, organismos, conjuntos de organismos o incluso ecosistemas, más o menos complejos. Sin embargo, los ensayos de toxicidad “clásicos” casi siempre se han centrado en la mortalidad (en el caso de organismos superiores) o en la inhibición del crecimiento (en el caso de poblaciones de microorganismos).

Pero, ¿qué pasa si los organismos, a concentraciones más bajas de las que les producen un efecto nocivo, detectan la contaminación y se fugan a sitios más limpios? Desde el punto de vista de la ecología, la fuga de los organismos de una zona equivale a su extinción, de modo que tal vez hayamos subestimado los efectos tóxicos de los contaminantes durante todos estos años.

Sistema lineal para estudiar el desplazamiento de los organismos / ICMAN-CSIC

Sistema lineal para estudiar el desplazamiento de los organismos / Cristiano Araújo

El primer paso que nos permite evaluar la capacidad de los organismos para huir de los contaminantes consiste en ponerlos en condiciones de elegir entre diferentes ambientes. En el Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC), miembros del grupo de investigación EEBAS (Ecotoxicología, Ecofisiología y Biodiversidad de Sistemas Acuáticos) estamos desarrollando dispositivos que simulan gradientes o manchas de contaminación en sistemas que permiten el libre desplazamiento de los organismos entre sus compartimentos, tanto en diseños lineales como en pequeños laberintos, como muestran las imágenes.

Con estos sistemas hemos realizado en el grupo de investigación diversos estudios que involucraban diferentes organismos. Ya se han llevado a cabo ensayos sobre microalgas (como la diatomea bentónica Cylindrotheca closterium), crustáceos (como el camarón Atyaephyra desmaresti o el anostráceo Artemia salina), peces (como Danio rerio –pez cebra– o Poecilia reticulata –guppy–) y renacuajos de tres especies de anfibios (Leptodactylus latrans, Lithobates catesbeianus y Pelophylax perezi). Los resultados, algunos ya publicados en revistas de ámbito internacional (Chemosphere, Environment International, Science of the Total Environment, Aquatic Toxicology o Plos One) muestran de manera inequívoca que prácticamente todos los organismos ensayados detectan la mayoría de los contaminantes y buscan las zonas menos contaminadas.

Sistema de laberinto / ICMAN-CSIC

Sistema de laberinto / Cristiano Araújo

Estos estudios de selección de hábitats también indican que, a pesar de ser la contaminación un factor capaz de expulsar organismos de una zona, la presencia de potenciales competidores en los tramos limpios o la presencia de comida en la zona contaminada pueden variar en gran medida la decisión, por parte de los organismos expuestos, de evitar o no los tramos con mayores cargas de contaminantes.

Este novedoso enfoque de estudio, que simula gradientes o manchas de contaminación, nos ha permitido incluir un nuevo concepto en los estudios medioambientales: la fragmentación química de los hábitats, basada en los efectos que un vertido contaminado puede tener impidiendo el paso de los organismos entre dos zonas limpias.

En resumen, nuestros resultados indican que los estudios sobre los efectos de los contaminantes no deberían estar exclusivamente enfocados en evaluar cómo los contaminantes dañan los organismos, ya que se ha puesto de manifiesto que el potencial “repelente” de las sustancias contaminantes, incluso a concentraciones muy por debajo de los valores letales, puede acarrear serias consecuencias para la estructura y dinámica de los ecosistemas, así como para la distribución espacial de los organismos.

* Ignacio Moreno-Garrido y Cristiano Venicius de Matos Araujo son investigadores en el Instituto de Ciencias Marinas de Andalucía (CSIC).

Petrel gigante, el vigía antártico de la contaminación química

Por Jose L. Roscales (CSIC)*

Nuestro estila de vida deja una rastro químico que llega hasta la Antartida. Ilustración cortesía de Olga de Dios.

Nuestro estila de vida deja una rastro químico que llega hasta la Antártida / Ilustración cortesía de Olga de Dios

¿Te has paseado alguna vez por la Antártida? Es más que probable que tu respuesta sea ‘no.’ Sin embargo, a pesar de ser la región del planeta más remota y ajena a nuestras frenéticas vidas, la Antártida también refleja la ‘huella química’ que dejamos. Es más, justamente por sus características, el continente helado es como un ‘lienzo en blanco’ para el estudio de la acumulación de los contaminantes químicos capaces de llegar hasta allí.

Con todo tipo de aplicaciones que sustentan nuestro estilo de vida (industriales, agrícolas, alimentarias, farmacéuticas, etc.), la variedad y el volumen de productos químicos utilizados por el ser humano no ha parado de crecer en las últimas décadas. A pesar de su gran utilidad, lamentablemente se ha subestimado el gran potencial de algunos de ellos para convertirse en peligrosos contaminantes.

Ejemplo de ellos son los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COP), compuestos caracterizados por una gran persistencia en el medio, una alta toxicidad y por la capacidad de bio-acumularse en los organismos a lo largo de su vida. Además, pueden viajar por el aire y el agua y pasar de un medio al otro. De este modo, los mecanismos de circulación global atmosférico y oceánico los dispersan por todo el planeta.

La mayoría de los COP son sustancias que fueron sintetizadas para ser utilizadas en la agricultura, como el pesticida DDT, o por sus aplicaciones industriales o en productos de consumo. Este es el caso de algunos retardantes de llama como los PBDEs (por sus siglas en inglés), usados para prevenir que ardan, por ejemplo, elementos comunes de mobiliario y electrodomésticos o dispositivos electrónicos como los teléfonos móviles.

Afortunadamente disponemos de un convenio internacional efectivo para proteger el medio ambiente y al ser humano de estos contaminantes. El Convenio de Estocolmo, ratificado por España en 2004 –potencias como EEUU e Italia están aún pendientes de su ratificación–, se encarga de la regulación de las sustancias que identifica como COP. Se puede considerar, por ejemplo, que la utilización de la mayoría de los PBDEs cesó a escala global a partir de 2009, tras su inclusión en el Convenio. Además, la investigación sobre la contaminación química permite identificar nuevos contaminantes susceptibles de ser regulados, dotando al Convenio de una constante vitalidad.

En esta dirección, investigadores del laboratorio de Química Ambiental del Instituto de Química Orgánica del CSIC, en colaboración con la Universidad de Barcelona y el Instituto Percy FitzPatrick de Sudáfrica, han realizado un estudio que desvela nuevas claves sobre el gran potencial de la fauna antártica para mostrarnos el alcance de nuestra huella química.

Liam Quinn

Petrel sobrevolando el Atlántico / Liam Quinn

Para el puesto de bio-indicador o ‘vigilante antártico’ los investigadores seleccionaron al petrel gigante, ya que se trata de un imponente depredador que se alimenta de una alta proporción de carroña, básicamente pingüinos y focas, y de otras presas que captura en mar abierto. Estas aves presentan una amplia distribución en el hemisferio Sur y cubren distancias que pueden superar los 1.000 km para conseguir comida. Situados en lo alto de la cadena trófica, los petreles gigantes integran los COP presentes en las cadenas tróficas antárticas y de una amplísima área del hemisferio Sur.

Así, tras determinar los niveles de distintos COP presentes en la sangre de unos 50 petreles gigantes de diversas colonias situadas entre los 62º y los 40º sur, los investigadores han comprobado que alejarse de la Antártida es sinónimo de estar más expuesto a estos contaminantes.

En general, los niveles de COP en petreles son más bajos que los encontrados en el hemisferio Norte. Los resultados sugieren que la Antártida sigue estando entre las regiones más prístinas del planeta. Sin embargo, algunos COP muestran síntomas de estar acumulándose en la región polar, lo que se explica por el fenómeno de ‘la condensación fría’, un proceso por el cual debido a las bajas temperaturas los contaminantes quedan atrapados en los polos.

También se han encontrado evidencias de que retardantes de llama aún no regulados, como algunos PBDEs todavía en uso o el Declorano Plus, pueden igualmente presentar una distribución global y son por tanto posibles candidatos a COP.

Este estudio refuerza la teoría de que el transporte a larga distancia de los COP desde sus principales fuentes de producción y uso, las zonas más industrializadas del planeta, es la principal vía de entrada de estos contaminantes en la Antártida. Ahora que sabemos lo lejos que puede llegar nuestra huella química, tenemos la responsabilidad de tratar de frenarla en la medida de nuestras posibilidades.

Un consumo responsable puede contribuir a minimizar la presencia de contaminantes químicos en el medio. Esto implica alejarse del consumismo descontrolado, centrarse en explotar el total de la vida útil de los productos antes de reemplazarlos, realizar una gestión adecuada de nuestros residuos, e incrementar en la medida de lo posible el consumo de productos ecológicos, con menor contenido de sustancias químicas y más sostenibles.

Vriaciones en la presencia de Contaminantes Orgánicos Persistentes en plasma de petreles gigantes de distintas colonias de la región Antártica. Ilustración cortesía de Olga de Dios.

Variaciones en la presencia de Contaminantes Orgánicos Persistentes en plasma de petreles gigantes de distintas colonias de la región Antártica / Ilustración cortesía de Olga de Dios.

 

* José Luis Roscales es investigador del Instituto de Química Orgánica del CSIC.

Desde Norteamérica a Europa: sustancias tóxicas voladoras

Por Mar Gulis (CSIC)

Es difícil ponerle puertas al campo y también al aire. La comunidad investigadora y los gestores políticos conocen desde hace tiempo que los polibromodifeniléteres (PBDEs), una de las familias de retardantes de llama más ampliamente utilizada, se liberan con facilidad de los objetos a los que han sido añadidos y pasan al medio ambiente. Recientemente además se ha descubierto que estos compuestos que evitan la combustión pueden viajar por el aire miles de kilómetros y cruzar de un continente a otro. Así es como productos manufacturados en Estados Unidos liberan PBDEs que acaban depositados en lagos de alta montaña de Europa.

Los PBDEs se empezaron a comercializar en los años 70 en productos como ropa, aparatos electrónicos, tapicerías o mobiliario, para evitar su inflamación. Estos aditivos se añaden durante el proceso de fabricación de tal forma que no quedan ligados por enlaces químicos a los materiales; lo que facilita que puedan ser emitidos al medio ambiente durante su utilización y cuando se desechan.

A principios del siglo XXI se comenzaron a descubrir sus efectos para la salud y el medio ambiente. Diversas investigaciones comprobaron que son persistentes y que se acumulan en los seres vivos. En los últimos años se ha observado que los niños de madres con niveles altos de PBDEs en sangre muestran una disminución de peso, de circunferencia abdominal y de diámetro de la cabeza durante la gestación. También hay indicios de cierto retraso intelectual en niños que han recibido dosis altas de PBDEs mediante alimentación materna.

En Estados Unidos se prohibió el uso de estos compuestos en el año 2006. En Europa se hizo escalonadamente entre 2004 y 2013. Desde 2009 forman parte de la lista de los Contaminantes Orgánicos Persistentes (COPs) de la Convención de Estocolmo. Sin embargo, los productos que fueron fabricados en años previos siguen estando en el mercado y liberando PBDEs al medio ambiente.

Detectores PBDEs

Sistemas de recogida de muestras en los lagos de montaña europeos / Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (CSIC).

La alta volatilidad de estos compuestos favorece su transporte por el aire y su deposición en ecosistemas acuáticos y terrestres. De hecho, una investigación desarrollada por el Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua (IDAEA) del CSIC ha identificado sustancias procedentes de Norteamérica en zonas de alta montaña de Europa. El estudio se desarrolló entre los años 2004 y 2006, durante los cuales se tomaron muestras directas de agua y nieve en cuatro zonas de alta montaña del continente. Concretamente en el lago Redón (Pirineo catalán), en Gossenköllesee (Alpes, Austria), Lochnagar (Grampian Mountains, Escocia) y Skalnate (Tatras, Eslovaquia). Estas zonas ya habían sido objeto de estudio por parte de diferentes grupos de investigación, lo que permitía contar con datos para la comparación.

Los estudios de deposición atmosférica han mostrado un incremento de estos compuestos en los lagos situados más al oeste, Lochnagar y Redon, cuando las masas de aire vienen de esta dirección. Sin embargo, en los lagos del centro de Europa esto no se observa porque la emisión continental europea de estos compuestos sobrepasa el aporte transcontinental. “La coincidencia de resultados entre los lagos pirenaicos y escoceses situados a una distancia de 1.600 kilómetros y con regímenes climáticos diferentes pone de manifiesto lo que influye la transferencia transoceánica”, explica Joan Grimalt, uno de los investigadores autores del estudio y director del IDAEA del CSIC.

En el caso de Lochnagar y Redón “hemos visto un aumento en la concentración de retardantes de llama con la entrada de masas de aire provenientes del Atlántico Norte, lo que significa que estas muestras deben de proceder de Norteamérica”, apunta Pilar Fernández, también investigadora del equipo del CSIC. Es decir, por primera vez se demuestra que existe una transferencia continental de contaminantes entre América y Europa.

En investigaciones previas se había comprobado la presencia de retardantes de llama en estas zonas de alta montaña, pero las muestras se habían tomado en nieve acumulada o en peces, por lo que no se podía conocer cuándo habían llegado, desde dónde y bajo qué circunstancias. La última investigación ha tomado muestras en nieve nueva a lo largo de un tiempo, lo que ha permitido ver cómo se iba produciendo la contaminación.

Otro resultado del estudio confirma que se da un aumento de la concentración de estas sustancias cuando las temperaturas son más elevadas y cuando hay mayor deposición de lluvia y de partículas, añade Grimalt.

¿Fuego o contaminación? Un dilema en la prevención de incendios

Ethel EljarratPor Ethel Eljarrat*

El fuego es una fuente importante de daños a la propiedad y de pérdida de vidas. Por ejemplo, en 2006 se produjeron a nivel mundial en torno a 7 millones de incendios que causaron 70.000 muertes y 500.000 heridos. Además, se estima que el coste económico total de los incendios representa en torno al 1% del producto interior bruto en la mayoría de los países avanzados. Así pues, existe una necesidad de proteger los materiales contra posibles incendios y de allí que haya normativas de seguridad específicas. Con el fin de cumplir con estas normas de seguridad contra incendios, se aplican sustancias ‘retardantes de llama’ o ‘materiales ignífugos’ a los materiales combustibles, tales como plásticos, maderas, papel, textiles y equipos electrónicos. Se trata de productos químicos que se añaden a los materiales combustibles para aumentar su resistencia al fuego, dificultando su ignición o impidiéndola en forma completa si el fuego es pequeño.

Incendio en Nueva Orleans

El objetivo de los retardantes de llama es evitar incendios / DirectNIC.com.

Actualmente, las sustancias químicas que se comercializan como retardantes de llama están presentes de manera generalizada en nuestros hogares. Pueden integrar del 5 al 30% del peso total de los productos que los llevan. Además, algunos de ellos son simples aditivos de los materiales sin estar demasiado unidos químicamente a ellos. Con el tiempo, los retardantes de llama se liberan y contaminan nuestros hogares, nuestros cuerpos y nuestro medio ambiente, incluso en lugares distantes de donde se fabricaron y se usaron.

Las vías de exposición humana a estos compuestos son, mayoritariamente por ingesta de alimentos, así como por inhalación de aire. Debido a las propiedades físicoquímicas de los retardantes de llama, estos tienden a acumularse en los alimentos más grasos, como los de origen animal: pescados, carnes, lácteos y huevos. Los retardantes de llama, una vez emitidos al medio ambiente, son biodisponibles y por eso se acumulan en los tejidos de diferentes organismos tanto acuáticos como terrestres. Cuando una persona se alimenta de estos organismos, incorpora ese contaminante a sus propios tejidos donde queda acumulado.

Dentro de los retardantes de llama se cuentan algunos que preocupan hoy en día a la comunidad científica por su toxicidad, alta persistencia y capacidad de difundirse por el medio ambiente. Durante décadas se han realizado estudios de presencia y comportamiento ambiental, así como de efectos tóxicos de una de las familias de retardantes de llama más ampliamente utilizada, los polibromodifeniléteres (PBDEs). La exposición humana a los PBDEs provoca la alteración del equilibrio de las hormonas tiroideas, daños permanentes en el aprendizaje y la memoria, cambios de conducta, pérdida de audición, retraso en inicio de la pubertad, disminución del número de espermatozoides, malformaciones fetales y, posiblemente, cáncer (como el de tiroides).

Debido a la preocupación creciente en el ámbito de la salud pública, se han tomado medidas internacionales para su regulación y eliminación. La Unión Europea ha dictado normas para eliminar o reducir la presencia de algunas de estas sustancias. También han sido incluidas en el Convenio de Estocolmo sobre contaminantes orgánicos persistentes a fin de reducir su presencia a nivel mundial. A consecuencia de estas y otras medidas, estos PBDEs identificados como conflictivos están siendo sustituidos por otras sustancias.

salón

Los retardantes están presentes en nuestros hogares en los muebles, edredones, alfombras, etc. / Wikipedia.

Sin embargo, la industria química ha respondido a estas legislaciones reemplazando los PBDEs por otras sustancias químicas de propiedades muy similares a las ya prohibidas. Estos nuevos retardantes de llama están apareciendo ahora en el medio ambiente, en la fauna silvestre y en los seres humanos en todas partes del mundo, ¡con lo que podríamos estar repitiendo la misma historia que con los PBDEs!

Un comité de expertos del Convenio de Estocolmo propone alternativas como pueden ser cambios en el diseño de los productos, procesos industriales y otras prácticas que no requieran el uso de ningún retardante de llama. Por ejemplo, las alternativas no químicas en los muebles pueden ser telas sintéticas o barreras inherentemente retardantes de llama que además resistan las fuentes de ignición que arden sin llama. Los productos electrónicos pueden ser rediseñados para separar las partes con alto voltaje de las cubiertas externas, o protegidos con metal en vez de plástico. Las técnicas de construcción con resistencia al fuego pueden eliminar la necesidad de usar sustancias químicas retardantes de llama en el material de aislamiento, reemplazándolo por materiales alternativos, como los hechos con fibras.

En el Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua del CSIC llevamos 15 años estudiando el impacto de los retardantes de llama en el medio ambiente, en organismos vivos y en humanos. Diversos estudios han proporcionado los primeros datos de niveles en España de PBDEs en suelos, fangos de depuradora, sedimentos, peces, aves y leche materna. Asimismo, y a raíz del uso de los nuevos retardantes de llama, actualmente la actividad científica de nuestro grupo de investigación se centra en tener un mejor conocimiento del impacto ambiental de estos sustitutos de los PBDEs.

* Ethel Eljarrat es investigadora en el Instituto de Diagnóstico Ambiental y Estudios del Agua del CSIC

Este edificio se come la contaminación

Por Mar Gulis

Aunque lo parezca, no es ciencia ficción. Entre el sinfín de aplicaciones de la nanotecnología, esta es una más: la construcción de edificios capaces de absorber los gases nocivos del aire. La iglesia del Jubileo en Roma es un buen ejemplo.

Igleisa

Fachada de la iglesia del Jubileo de Roma, obra del arquitecto Richard Meier

Inaugurada en 2003, el artífice de esta obra fue el arquitecto norteamericano Richard Meier, que resultó ganador de un concurso después de competir con colegas de la talla de Fran Gehry, Peter Eisenmman o Tadao Ando. En un simple vistazo, lo que llama la atención de este edificio son sus líneas simples, su armonía y el dominio absoluto del color blanco. La elección de este tono no fue casual. Además de ser el favorito de Meier, el blanco simboliza la pureza, por lo que pareció el más idóneo para caracterizar una iglesia con la que además se pretendía revitalizar el barrio romano de Tor Tre Teste. Pero se planteaba un problema: ¿cómo evitar que la blancura inicial se echase a perder con el paso del tiempo? Esto, en un enclave como Roma, una ciudad con elevados índices de contaminación, era una cuestión de primer orden.

La solución vino de la mano de TX Millenium, un cemento que, al contener dióxido de titanio, garantiza la blancura del material a pesar de la polución y las inclemencias meteorológicas.

¿Cómo se consigue esto? Los avances en la nanotecnología obran el ‘milagro’. La superficie de este tipo de edificios ‘verdes’ se recubre con un material -en este caso el cemento TX Millenium- que es un fotocatalizador, es decir, descompone los óxidos nitrosos de la atmósfera. En la iglesia de Meier son las nanopartículas de dióxido de titanio las que atrapan la suciedad y luego la descomponen en contacto con la luz solar. De este modo el edificio se convierte en una especie de gran ambientador, tal y como explica el experto en nanomateriales Pedro Serena.

El problema es que, al tratarse de una tecnología en pleno desarrollo, conlleva unos elevados costes de fabricación. Son precisamente los catalizadores incrustados en formato de nanopartículas lo que encarece estos cementos. Aún hace falta producirlos en masa, pero la idea, según señala el investigador, es que toda una ciudad pudiese ser un gran sistema descontaminante.

La nanotecnología es una ciencia relativamente nueva que, al trabajar en una escala sumamente pequeña (un nanómetro equivale a una mil millonésima parte de un metro) permite la manipulación de los materiales a nivel molecular. Propiedades como la masa, la fuerza, la conductividad o la elasticidad pueden ser alteradas para crear materiales totalmente diferentes. Y no es un milagro, es ciencia.

 

Si quieres más ciencia para llevar sobre nanomateriales, consulta el libro de Pedro Serena Nanotecnología (CSIC-Catarata).