SPECII INDICATOARE - parametru de evaluare a stării ecosistemelor -

Pentru o definire corecta a noţiunii de “biomarker” putem numi substanţele chimice şi metaboliţi ai acestora, enzime şi alte substanţe biochimice prezente în ţesuturile organismelor şi tiparul comportamental specific fiecărei specii. Toate aceste elemente ne pot furniza informaţii corecte in ceea ce priveşte expunerea organismelor la anumite substanţe de sinteza chimica sau alţi factori poluanţi, toate acestea constituind factori de stres care perturbă desfăşurarea firească a activităţii biologice a organismelor.

Unii autori definesc speciile utilizate ca biomarkeri astfel:„Bioindicatorii sunt specii, populaţii, sau ansambluri de specii care, datorită variabilităţii lor (biochimice, fiziologice, etologice sau ecologice), permit caracterizarea stării unui ecosistem şi pun în evidenţă, cât mai precoce posibil, modificările naturale sau antropice ale acestuia (Blandin, 1986, citat de Lucău, 1997).”

În principiu, biomarkerii reflectă orice interacţiune între un sistem biologic şi un factor extern care prezintă un potenţial risc.

Prezenţa factorului extern, indiferent de natura lui, determină în mod automat o reacţie de apărare din partea organismului expus, iar răspunsul constă în modificări fiziologice, funcţionale, biochimice sau comportamentale ale organismului. Gradul de expunere la poluanţi se poate determina în funcţie de evidenţa cu care manifestă bioindicatorul.

Folosirea biomarkerilor în analiza proceselor sau mecanismelor toxice, în procesul de evaluare a riscului, are potenţialul de a asigura o evaluare obiectivă şi raţională a gradului de expunere şi a riscurilor implicate la nivel individual, populaţional sau de ecosistem, dar totuşi se pot identifica doar efectele probabile expunerii la contaminanţi.

Selecţia biomarkerilor potriviţi pentru evaluarea efectelor unui contaminant are o importanţă majoră deoarece de această selecţie depinde precizia evaluării riscului de expunere, aceasta fiind direct dependentă de sensibilitatea şi relevanţa biomarkerilor utilizaţi. Selecţia acestora depinde în primul rând de stadiul cunoaşterii ştiinţifice specifice temei studiate şi de influenţa factorilor sociali, etici şi economici aferenţi. Utilizarea bioindicatorilor valizi pentru monitorizarea populaţiilor şi implicit a ecosistemelor expuse fenomenelor de poluare, poate asigura intervenţia în timp util pentru protejarea integrităţii mediului şi indirect a sănătăţii populaţiei umane.

Identificarea şi validarea biomarkerilor impune cooperare şi cercetare interdisciplinară capabilă să evidenţieze şi eventual să măsoare gradul de implicare a unui poluant sau contaminant în modificarea metabolică, fiziologică şi comportamentală.

Metoda evaluării stării de sănătate a mediului cu ajutorul speciilor indicatoare este relativ recentă, ideea având origini în

secolul XX, când a fost observată capacitatea lichenilor de a indica compoziţia, puritatea si umiditatea aerului. Ulterior s-a încercat găsirea şi punerea la punct a unor metode care să ofere informaţii legate de stabilitatea ecosistemelor, de menţinerea biodiversităţii, de gestionarea eficientă a ecosistemelor cu caracter economic şi informaţii legate de răspunsul ecosistemelor faţă de schimbarea globală a climei.

„Comportamentul” reprezintă modul în care o fiinţă îşi desfăşoară activitatea în condiţii de mediu specifice sau în relaţie cu alte fiinţe.

Modificările de comportament ale organismelor din motive ecologice diverse au fost analizate pentru a aprecia răspunsul acestora la factorul de stres din mediu.

În 1966, Warner şi colaboratorii săi, au stabilit o serie de reguli în urma experimentelor, dintre care unele foarte utile pentru lucrarea de faţă, şi anume:

1. Comportamentul (sau activitatea) unui organism reprezintă rezultatul integrat final al unei diversităţi de procese biochimice şi fiziologice. Prin urmare, un parametru de comportament este mai relevator decât un parametru fiziologic sau biochimic.

2. Tiparele de comportament sunt sensibile la modificările survenite în homeostazia unui organism. Această caracteristică reprezintă elemente cheie în utilizarea biomarkerilor de comportament în explorarea stressului toxic subletal.

3. Evaluarea comportamentului poate fi efectuată, de obicei, fără vătămarea fizică directă a organismului.

Evaluarea impactului toxinelor în mediul acvatic implică adesea efecte subletale asupra stadiilor de viaţă cheie a speciilor ţintă, ca de pildă germinaţia şi creşterea timpurie la plante (Anderson-1988; Burridge-1995), dezvoltarea larvelor şi embrionilor (Wilson-1976; Lang-1981) sau răspândirea şi stabilirea larvelor planctonice (Rittschof-1992).

Pe scurt, biomarkerii se concretizează în:-răspunsurile senzoriale (ca fototaxia, chemotaxia, preferinţe termice, inhibarea tactilă, aşezarea larvară)- activităţile ritmice- activităţile motorii- fenomenele de condiţionare şi învăţare-răspunsurile inter-individuale ca migraţia, agresiunea şi vulnerabilitatea prădătoare.

Ca biomarkeri putem folosi anumite specii aparţinând diferitelor regnuri, precum:- Plante indicatoare – prezenţa sau absenţa vieţii vegetale, sub diferite forme, într-un ecosistem poate oferi informaţii importante privind sănătatea mediului.- Lichenii – răspund la schimbările mediului forestier, inclusiv la schimbările structurii pădurilor, a calităţii aerului si a climatului. Dispariţia lichenilor dintr-o pădure poate indica prezenţa unui factor de stres in mediu, precum cantităţi mari de poluanţi pe bază de sulfuri sau azot.- Animale indicatoare – sporul negativ sau pozitiv instantaneu al populaţiei animale poate indica „daunele” provocate de poluare asupra ecosistemului. De exemplu dacă din cauza poluării dispar sau sunt contaminate sursele de hrană şi speciile

dependente de acele surse vor dispărea sau vor acumula in ţesuturile corporale toxine. Cu ajutorul animalelor indicatoare putem detecta atât prezenţa în mediu a unui poluant chimic cât şi modificările elementelor abiotice din mediu.- Microorganisme indicatoare – microorganismele pot fi folosite ca parametri ai sănătăţii ecosistemului terestru sau acvatic. Găsite în cantităţi mari, microorganismele, pot fi manipulate şi testate mult mai uşor decât alte organisme. Unele vor produce proteine noi, numite proteine de stres, atunci când sunt expuse unor contaminanţi precum cei pe bază de cadmiu sau benzen. Aceste proteine pot constitui un semnal de alarmă pentru niveluri joase ale poluării.

În ceea ce priveşte indicatorii poluării, aceştia sunt de două tipuri: specii sensibile, care indică prezenţa unui poluant prin apariţia unor leziuni sau malformaţii şi specii acumulatoare, care concentrează poluantul în corpul lor. Mai există şi o altă categorie, şi anume specii care proliferează şi devin abundente în zonele poluate.

Bioindicatorii pentru poluare au ca avantaj, faţă de monitorizarea instrumentală, faptul că pot oferi un răspuns la efectul combinat al anumitor poluanţi, spre deosebire de instrumente care măsoară separat cantităţile fiecărui poluant şi pot da indicaţii, în urma analizei de ţesuturi, legate de cantităţi foarte mici de poluanţi din mediu, precum şi de evoluţia poluantului în timp, pe perioade mai îndelungate.

Multe specii de plante au fost utilizate ca indicatori ai poluării cu ozon; acestea pot fi încadrate în două categorii:

1) specii introduse, în general plante ierbacee, repede-crescătoare, uniforme genetic, numite “specii santinelă”.

2) specii care cresc natural într-o anumită zonă, sunt plante perene, arbuşti sau arbori, cu creştere înceată şi care au o reacţie mai lentă la creşterea concentraţiei de poluant, efectele apărând mai târziu, aceste specii fiind numite “specii detector” sau biomonitori.

Exemple pentru prima categorie sunt tutunul (Nicotiana tabacum L.) şi urzicuţa (Urtica urens L.), iar pentru speciile din a doua categorie, în S.U.A. se utilizează: mălinul american (Prunus serotina Ehrh.), pinul galben (Pinus ponderosa Laws.), frasinul american (Fraxinus Americana L.), frasinul de Penssylvania (Fraxinus pennsylvanica Marsh.), plopul temurător (Populus tremuloides L.), arborele lalea (Liriodendron tulipifera L.).

Speciile-santinelă reacţionează rapid la creşterea concentraţiei de ozon din aer, fiind folosite pentru a semnala din timp prezenţa acestuia. Reacţia rapidă este caracteristică doar stadiilor primare şi din acest motiv plantele trebuie reintroduse periodic. Ele sunt în prealabil cultivate în aer curat, lipsit de poluanţi şi transplantate apoi în zonele monitorizate. Fiind uniforme genetic, reacţia lor la poluant fiind relativ uniformă.

În Austria se utilizează frecvent bioindicatori vegetali, respectiv ace de molid (Picea abies), ace de pin (Pinus sylvestris şi Pinus nigra),frunze de fag (fagus sylvatica), lichenii şi muşchii, deoarece arealul de răspândire este vast şi cumulează impactul diferiţilor factori din mai multe zone.

Aceasta este o metodă utilă deoarece poate evidenţia şi emisiile transfrontaliere. Probele se recoltează o dată pe an, la sfârşitul perioadei de vegetaţie, din al şaptelea rând de ramuri, de la vârf în jos.

Specii de plante utilizate ca bioindicatori pentru diferiţi poluanţi se pot menţiona: sunătoarea (Hypericum perforatum L.) pentru acid fluorhidric, urzicuţa (Urtica urens L.) pentru ozon şi pentru peroxiacetil-nitraţi, zâzania (Lolium multiflorum Lam.) pentru acid fluorhidric şi metale grele, fetica (Valerianella locusta Betke.) pentru metale grele, lucerna (Medicago sativa L.) pentru dioxidul de sulf, orzul (Hordeum vulgare L.) pentru metale grele şi compuşi ai florului, porumbul (Zea mays L.) pentru acid fluorhidric, dioxid de sulf, metale grele.

La noi în ţară, ca bioindicatori se folosesc frecvent amfibienii, deoarece sunt afectaţi atât de poluarea apelor cât şi de poluarea solului.

Pe lângă acestea, amfibienii au tegumentul semipermeabil, lucru care îi face mai vulnerabili şi mai receptivi la schimbările suferite de ecosistem. Acestea sunt principalele motive pentru care monitorizarea populaţiilor de amfibieni este utilă şi necesară. În imaginea ce urmează puteţi observa cât sunt de evidente schimbările morfologice în cazul expunerii la contaminant:

Ca bioindicatori ai poluării se folosesc şi insectele, cum sunt albina (Apis mellifera L.) pentru acid fluorhidric, sau păduchele socului (Aphis sambucci L.) pentru dioxid de sulf. Furnicile (Formicidae, Hymenoptera) sunt utilizate ca bioindicatori în condiţiile reconstrucţiei ecologice în zone degradate de activităţi miniere sau distruse de incendii sau ca bioindicatori ai diversităţii. În general, se studiază ansamblul de specii de furnici din zonele respective şi relaţiile lor cu prada sau prădătorii (Andersen, 1997).

Carabidele şi coleopterele sunt indicatori fideli al modului de distribuţie a vegetaţiei: există specii caracteristice mediului alpin, subalpin sau forestier. Aceste specii au exigenţe foarte stricte faţă de condiţiile abiotice. În plus carabidele sunt caracterizate printr-o mare mobilitate, astfel încât orice perturbare a microclimatului lor specific determină o reacţie rapidă şi deplasarea indivizilor spre un habitat mai convenabil. Răspunsul insectelor la modificările mediului este mai rapid ca al vegetaţiei. Inventarierea, la un anumit interval de timp, a ansamblului de specii de carabide şi stocarea acestor informaţii în baze de date poate oferi, prin comparaţie, informaţii privitoare la dinamica ecosistemelor (Pena, 2001).

Fluturii (Lepidoptera) pot oferi informaţii despre reapariţia şi succesiunea speciilor vegetale pe teren denudat (Doucet, 1999).

Păsările sunt foarte buni bioindicatori ai schimbărilor de mediu, la care reacţionează prin modificarea structurii de specii din cadrul biocenozei, prin comportament nefiresc, prin modificarea aspectului şi a capacităţii de reproducere. Păsările pot fi utilizate pentru a examina efectele pe termen lung ale fragmentării habitatelor lor, a introducerii de noi specii în ecosistem, pentru monitorizarea calităţii apelor, pentru evaluarea sănătăţii populaţiilor de peşti, pentru identificarea unor poluanţi, cum sunt pesticidele organoclorurate, metalele grele sau substanţele radioactive. Un avantaj al utilizării păsărilor ca bioindicatori este faptul că au fost în amănunt studiate în trecut şi se dispune deja de numeroase date privind răspândirea lor naturală, ecologia şi etologia lor, care pot fi comparate cu date noi, obţinute din ecosisteme afectate de degradare sau perturbări diverse (Mckown, 2003).

Diferite specii de bufniţe au fost şi ele utilizate ca specii santinelă, pentru avertizare precoce în cazul degradării ecosistemelor. La fel ca şi alte specii de prădători, bufniţele au fost utilizate ca indicatori deoarece sunt larg răspândite, au un comportament teritorial, nu sunt migratoare, au o rată de înmulţire ridicată şi un metabolism rapid. Fiind consumatori de ordin superior, bufniţele concentrează în corpul lor diverse substanţe poluante care pot afecta comportamentul legat de obţinerea hranei sau capacitatea de a o obţine. Bufniţele s-au dovedit sensibile la o variată gamă de poluanţi, cum sunt pesticidele (organoclorurate sau organofosforice), metalele grele, floruri, pe care le asimilează în ţesuturi. Speciile folosite ca indicatori în diverse zone ale globului, mai ales în America de Nord (Canada şi S.U.A.), Europa (Norvegia, Olanda, Spania, Marea Britanie) şi Africa (Africa de sud) sunt reprezentate de ciuful de pădure (Asio otus L), striga (Tyto alba L.), buha (Bubo bubo L., Bubo virginianus L.), ciuful de câmp (Asio flameus L.), ciuvica (Glaucidium perlatum L.). Utilizarea acestor specii ca bioindicatori presupune studii privind modificare a comportamentului legat de reproducere.

Un alt bioindicator care a fost frecvent utilizat şi bine studiat este şoimul călător (Falco peregrinus L.), ale cărui populaţii au înregistrat în trecut o drastică diminuare datorită expunerii la D.D.T şi la alte insecticide organoclorurate. După interzicerea acestor insecticide, populaţiile speciei s-au refăcut în numeroase ţări şi interesul pentru această specie ca bioindicator a mai scăzut, locul ei fiind luat de diferitele specii de bufniţe menţionate anterior (Sheffield, 1997).

Din rândul mamiferelor, s-a utilizat ca bioindicator şobolanul (Rattus rattus) şi s-au cercetat metode de folosire a

chiţcanilor (Soricidae) şi a liliecilor (Chiroptera) ca bioindicatori ai efectului defrişărilor, a utilizării pesticidelor, a diminuării diversităţii biotopurilor şi a fragmentării habitatelor.

În cazul tuturor speciilor indicatoare se urmăreşte în primul rand modificarea comportamentului, a efectivului populaţional şi migraţia în cazul speciilor mobile, fără a interacţiona direct cu speciile în cauză, deci fără riscul de a perturba chiar noi activitatea normală a indivizilor. Biomonitorizarea prin această metodă nu necesită nici dispozitive speciale pentru imitarea condiţiilor naturale, deci costuri scăzute.

După părerea mea, observarea speciilor indicatoare constituie una dintre cele mai eficiente metode de evaluare a stării mediului, deoarece ne oferă din timp posibilitatea de a lua măsuri pentru îndreptarea eventualelor greşeli.

Bibliografie:1. Anca Măciucă – Bucovina Forestieră XI, cap. Aspecte privind utilizarea

bioindicatorilor în supravegherea ecosistemelor.2. Cristina Trimbacher – Twinning Project RO/2004/IB/EN/02 – 2007,

http://www.unece.org/env/lrtap/lrtap_h1.htm, http://www.environment.fi/default.asp?node=6318&lan=EN

3. Dan Cogălniceanu – Amfibienii.4. Sheffield, S., 1997 – Owls as Biomonitors of

Environmental Contaminants, http://nrcs.fs. fed.us/epubs/owl/SHEFFIE.pdf

5. Pena, M., 2001 – Les Carabides (Coleoptera) des hauts-sommets de Charlesvoix: assemblages et cycles d’activité dans les environnements alpin, subalpin et foresti?r, http://www.crad.ulaval.ca/Maurice_Pena.pdf

6. Lucău Anca, 1997 – Conceptul de bioindicator, revista Natura, Editura Universităţii Bucureşti, pag. 50-57.

7. Brooks, R., et al. 2000 – Progress Report: Using Bioindicators to develop a Calibrated Index of Regional Ecological Integrity for Forested Headwater Ecosistems, http//es.epa.gov/ncer/progress/grants/97/ecoind/brooks99.html.

8. Andersen, A. 1997 – Using ants as bioindicators: Multiscale Issues in Ant Community Ecology, http://www.consecol.org/vol1/iss1/art8.