“The slow-chemistry movement : Nature News & Comment” o cómo los líquenes pueden revolucionar la Química

Ya sabíamos que los líquenes se utilizan para teñir tejidos, conservarlos o como fuente de algunos fármacos antisépticos. Pero hay quien piensa más allá, en aplicar la “Ingeniería Química” de los líquenes para la síntesis de nuevas sustancias químicas que, de otra manera, tardarían semanas en sintetizarse, reduciendo, además, los residuos ambientalmente tóxicos. Si quieres leer un poco más:

The slow-chemistry movement : Nature News & Comment.

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Problemática del ozono en los líquenes

Información preparada por la alumna Noelia Fernández Prado de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.

 

Los contaminantes orgánicos del aire son sustancias de naturaleza y composición muy variada que se emiten por fuentes concretas a la atmósfera. La mayor parte de estos compuestos son procedentes de hidrocarburos o los compuestos orgánicos volátiles (COVs).

Estos COVs, en su mayoría, son el resultado de incineración de sustancias orgánicas y presentan un efecto letal para los organismos. Suelen estar formados por una cadena con carbonos y otros elementos como oxígeno, flúor, cloro, bromo, azufre o nitrógeno. La importancia del peligro de éstos es que son precursores del ozono troposférico; contribuyendo además con el smog fotoquímico al reaccionar con otros contaminantes como los NOx y con la luz solar (web magrama). Dentro de éstos nos interesan los compuestos pertenecientes a la Clase A que son los que pueden causar daños al medio ambiente.

Se conoce bastante sobre los efectos del SO2 en los líquenes, sin embargo en la actualidad son los fotooxidantes como el NOx, PAN y el O3 (junto con la deposición ácida) los compuestos que más contribuyen al declive de los bosques en función de sus características ambientales, especialmente en climas mediterráneos (Rodríguez, E. B. et al.1996; Barreno, E. & Pérez-Ortega, S. 2003).

El contaminante de interés es el O3 ya que  fue identificado como el principal contaminante que inicia el deterioro de árboles y especies epífitas, como líquenes y briófitos, debido a que aumenta la susceptibilidad a otros factores de estrés como a sequía, plagas,  temperaturas extremas, etc. además de a la mortalidad (Rodríguez, E. B. et al.1996). En cuanto a los efectos que genera, se ha observado en diversos estudios que el Ozono (1) incapacita la fotosíntesis atacando la clorofila, por lo que además también ocasiona la decoloración de los talos, (2) afecta a la respiración celular, (3) desestabiliza las membranas, (4) según a la distancia a la que se encuentre del foco emisor ocasionará la separación del liquen del sustrato e (5)  interrumpe la fijación de Nitrógeno y la transferencia de carbohidratos y nutrientes del alga o cianobacterias al hongo, lo que ocasiona la desestabilización de la estructura ocasionando la muerte(Barreno, E. & Pérez-Ortega, S. 2003; Estrada, V. H. M. & Nájera, J. M. 2011; Pellegrini, E., et al. 2014).

Por tanto, se podría definir a los líquenes como importantes bioindicadores de la calidad del aire ya que reaccionan frente a contaminantes o desviaciones de las concentraciones de los compuestos presentes en la atmósfera con respecto a las condiciones normales, generalmente por su ciclo de vida largo (Rodríguez, E. B. et al.1996). Sin embargo, pese a todos los problemas que este compuesto puede ocasionar,  y la sensibilidad de estos organismos, se ha observado en diversos estudios que no todas las especies de liquen reaccionan por igual a este compuesto. Por lo que ¿hasta qué punto son los líquenes susceptibles a contaminantes atmosféricos?

Tras experimentos de exposición de distintas especies de líquenes a diferentes concentraciones de Ozono, se observó que para el caso de las especies Lobaria pulmonaria y Pseudoparmelia sí que se redujo la fotosíntesis por blanqueo del talo, pero para el caso de Ramalina menziessi, ésta no sufrió ninguna alteración significativa (Ross, L. J. & Nash III, T. H. 1983; Sigal, L. L. & Johnston Jr, J. W. 1986). Por lo que el efecto puede depender de diferentes factores como el tiempo de exposición, la concentración de ozono a la que se encuentre expuesta (ya que se observó que los daños aparecían a elevadas concentraciones) y las características de la especie (Tarhanen, S., et al. 1997).

Esta “tolerancia”  a bajas concentraciones puede estar relacionada con los mecanismos de defensa de estos organismos, que son los llamados metabolitos secundarios contra el estrés oxidativo, en relación también con su estrategia poiquilohídrica  (Tarhanen, S., et al. 1997; Valencia-Islas, N., et al. 2007; Pellegrini, E., et al. 2014). Sin embargo al estar estrechamente relacionado con la capacidad poiquilohídrica  de estas especies, otros factores que influyen en esta tolerancia son las condiciones ambientales, ya que se vio que las lesiones se daban con mayor frecuencia en las horas más secas del día (Valencia-Islas, N., et al. 2007; Bertuzzi, S., et al. 2013).

Por todo esto podríamos concluir que el Ozono perjudicaría a estas especies, reduciendo sus poblaciones por la inhibición normal de sus funciones, ocasionándola la muerte; pero que estas afecciones dependen de muchos factores (tanto de la especie como medioambientales) y que la capacidad de cada especie para modificar o adaptar sus funciones podría ser importante para su supervivencia en los bosques afectados. Esto para algunas especies, como Lobaria pulmonaria, es un problema puesto que son especies extremadamente sensibles e importantes bioindicadores, además de que, como esta especie, algunas otras también están amenazadas en la Península Ibérica debido a su reducida área de distribución.

 

Bibliografía

Barreno, E. & Pérez-Ortega, S. (2003). Cap.6 Los líquenes y el medio. Consejería del medio ambiente, ordenación del territorio e infraestructuras del Principado de Asturias. KRK ediciones.

Bertuzzi, S., Davies, L., Power, S.A., Tretiach. M (2013). Why lichens are bad biomonitors of ozone pollution?. Ecological Indicators 34 (2013) 391– 397.

Estrada, V. H. M., & Nájera, J. M. (2011) El uso de líquenes como biomonitores para evaluar el estado de la contaminación atmosférica a nivel mundial. Biocenosis Vol. 25 (1-2).

Pellegrini, E., Bertuzzi, S., CandottoCarniel, F., Lorenzini, G., Nali, C., & Tretiach, M. (2014). Ozone tolerance in lichens: A possible explanation from biochemical to physiological level using Flavoparmelia caperata as test organism. Journal of plant physiology, 171(16), 1514-1523.

Rodríguez, E. B., Martín, S. F., & Guerra, A. S. (1996). Caracterización y tipificación de daños en vegetales para el establecimiento de una red biológica de calidad ambiental en los pinares de Tenerife (Islas Canarias). Universitat de València.

Ross, L. J., & Nash III, T. H. (1983). Effect of ozone on gross photosynthesis of lichens. Environmental and Experimental Botany23(1), 71-77.

Sigal, L. L., & Johnston Jr, J. W. (1986). Effects of acidic rain and ozone on nitrogen fixation and photosynthesis in the lichen Lobaria pulmonaria . Hoffm. Environmental and experimental botany26(1), 59-64.

Tarhanen, S., Holopainen, T., & Oksanen, J. (1997). Ultrastructural changes and electrolyte leakage from ozone fumigated epiphytic lichens. Annals of Botany, 80(5), 611-621.

Valencia-Islas, N., Zambrano, A., & Rojas, J. L. (2007). Ozone reactivity and free radical scavenging behavior of phenolic secondary metabolites in lichens exposed to chronic oxidant air pollution from Mexico City. Journal of chemical ecology, 33(8), 1619-1634.

¿Cómo se defienden los líquenes del estrés?

Recientemente el Trabajo de Fin de Grado de Alberto Coello, junto con el de otros miembros de nuestro grupo de investigación, se ha publicado en la revista internacional Microbial Ecology (impacto 3,118, ) titulado “Lichen Rehydration in Heavy Metal-Polluted Environments: Pb Modulates the Oxidative Response of Both Ramalina farinacea Thalli and Its Isolated Microalgae”. A continuación os paso un resumen que ha hecho sobre los hallazgos publicados.

Los líquenes son asociaciones simbióticas entre hongos heterótrofos (micobiontes) y organismos fotosintéticos (fotobiontes). Aunque tradicionalmente han sido organismos poco estudiados, con el paso del tiempo comienzan a descubrirse sus curiosas características, y cada una más sorprendente que la anterior.

Una de las principales características de los líquenes es que son incapaces de controlar su contenido en agua (son poiquilohidros), por lo que están sujetos continuamente a ciclos de desecación y rehidratación. Recientemente, nuestro grupo de investigación observó cómo se producía un aumento de especies reactivas de oxígeno (ROS), las cuales pueden provocar graves daños celulares, durante la rehidratación de los líquenes.

Sin embargo, se ha conseguido profundizar más en el tema, analizando no solo el liquen completo, sino cada una de sus partes. Para ello, se eligió a Ramalina farinacea, el cual es un liquen con el que este grupo de investigación ya está familiarizado, y se estudiaron también sus fotobiontes (ya que posee dos tipo de microalgas del género Trebouxia: TR1 y TR9). Además, también se estudió si la presencia de plomo durante la rehidratación afectaba a estos organismos.

Gracias a este trabajo se ha podido observar que tanto el liquen como sus fotobiontes presentan potentes mecanismos defensivos durante la rehidratación y, posiblemente, reforzados por la presencia de plomo. Además, sorprendentemente, parece ser que el fotobionte dominante en el talo es quien modula la respuesta oxidativa de todo el liquen. Esto último aspecto es, por tanto, extremadamente importante desde el punto de vista ecofisiológico y adaptativo, ya que la proporción de los talos liquénicos puede variar de población a población.

Semana de la Ciencia: Laboratorio de Biología

Entre las actividades de la Semana de la Ciencia, impartiré un laboratorio práctico de aislamiento celular. Si os gusta la Biología Celular ¡apuntaos! No hay requerimientos especiales de formación o edad.

¿Cuándo? El viernes, 7 de noviembre

¿Dónde inscribirse? Laboratorio de Biología: Inscripción

¿A qué hora? 10:00-14:00

¿Qué vamos a hacer? Descripción: Aislamiento y purificación celular: fotobiontes de líquenes. Se dará a conocer un método general de aislamiento y purificación celular, así como las peculiaridades biológicas de los líquenes.

¿Dónde? Lugar: Aula 202, edificio Laboratorio II (aforo 16).

Tipo de público: Público general

Créditos ECTS: No

El trabajo fin de grado del alumno de ToxAmb Alberto J. Coello obtiene la calificación de 9,8

En la convocatoria de Julio de este curso 13-14 se ha defendido el primer TFG del Grado de Biología realizado en el seno de nuestro grupo de investigación dirigido por mi en íntima colaboración con el Prof. Leonardo Casano (UAH), del Symbiogenesis Research Team (dirigido por la catedrática Eva Barreno, UV).

Tras una defensa extraordinaria, el tribunal calificó el trabajo con un 9,8, sin duda bien merecido por la dedicación y estudio que Alberto ha dedicado durante el último curso. Son necesarias muchas horas de laboratorio, lectura de bibliografía y escritura de borradores para obtener este resultado ¡Enhorabuena! También es de agradecer toda el apoyo y ayuda que, me consta, ha recibido de sus compañeros de equipo para revisar los últimos borradores y hacer los últimos ensayos.

Alberto ha titulado su trabajo “Efecto de la rehidratación con plomo sobre los fotobiontes de Ramalina farinacea (L.) Ach. y la función del óxido nítrico en el proceso” y ha redactado unos párrafos para explicaros su contenido:

Los líquenes son el resultado de una asociación simbiótica entre un hongo heterótrofo (micobionte) y un compañero fotosintético (fotobionte). Además, una peculiaridad de algunos líquenes es la presencia de dos tipos de fotobiontes dentro del mismo talo, tal y como ocurre en Ramalina farinacea, que posee dos especies del género Trebouxia.

Los líquenes, entre sus muchas características, destacan por carecer de cutículas o capas protectoras, lo que ocasiona que sean las condiciones ambientales las que determinan su contenido en agua, sufriendo repetidos ciclos de desecación y rehidratación. Además, al carecer de cutículas, toda su superficie es capaz de absorber sustancias, por lo que son muy buenos bioindicadores de la contaminación ambiental.

Durante el metabolismo normal de las células se producen gran cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS). Sin embargo, los procesos de estrés abiótico (como la rehidratación) provocan un aumento excesivo de ROS, al igual que puede suceder con algunos contaminantes ambientales (como los metales pesados). Finalmente, el exceso de ROS en las células se traduce en graves daños a varias moléculas, donde destaca la peroxidación lipídica de las membranas.

Una de las defensas de las células frente al exceso de ROS es el óxido nítrico (NO), el cual puede actuar eliminando ciertas ROS. Sin embargo, es muy escaso el conocimiento acerca de la fisiología liquénica, el cual es aún menor cuando se trata de la fisiología de cada simbionte.

En este trabajo se estudió como afectaba el plomo a la fisiología de los fotobiontes de R. farinacea y que papel desempeñaba el óxido nítrico en el proceso, analizando los niveles de daño peroxidativo en los fotobiontes durante la rehidratación.

En base a los resultados obtenidos se pudo ver que los fotobiontes mostraban una respuesta compensatoria homeostática al disminuir el daño peroxidativo, con respecto a las condiciones fisiológicas, cuando eran rehidratados en presencia de plomo, lo que se conoce como hormesis. Además se pudo ver que, aunque la inhibición de la actividad del NO no afectaba a los niveles de peroxidación lipícida, sí es una molécula de que disponían los fotobiontes para hacer frente al plomo durante la rehidratación, aunque no es la única defensa que poseen.

Por todo ello se ha podido ver en este trabajo que el plomo afecta significativamente a la fisiología liquénica, siendo el NO una defensa frente a este contaminante, por lo que su inhibición aumentaría la sensibilidad frente al plomo, pudiendo llegar a afectar en última instancia a las poblaciones liquénicas.