¿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.

¿Sabías lo que es la contaminación agraria difusa?

Recientemente mis alumnos de la asignatura de “Contaminación ambiental y biodiversidad” del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica, han realizado una breve síntesis abordando los puntos más interesantes de este tipo de contaminación poco conocida por su “invisibilidad”, pero con grandes impactos en los agroecosistemas e incluso en la salud humana ¿Qué os parece?¿Les pongo buena nota?

A) ¿Qué es la contaminación agraria difusa?

Es la contaminación producida por la actividad agraria, principalmente por el uso de productos químicos. Se denomina difusa porque no tiene un foco puntual sino que hay muchos focos emisores distribuidos en el territorio. Es un tipo de contaminación difícil de revertir por no poder tratar los focos de emisión.

B) ¿En qué se diferencia de otros tipos de contaminación como la industrial?

La contaminación agraria procede de diversas fuentes mientras que la industrial tiene focos puntuales. Por otro lado, los contaminantes agroquímicos son liberados deliberadamente, mientras que los otros son normalmente fruto de accidentes. Por ejemplo, en la actividad agraria se utilizan estos contaminantes para obtener mayores beneficios mientras que en la actividad industrial son subproductos y no se pretende su liberación. Son mas fácilmente tratables( Algunos de sus efectos pueden ser paliados en cierta medida, por ejemplo utilización de filtros en las emisiones de fabricas y zonas industriales que atrapen parte de los contaminantes).

C) ¿Qué grupos de compuestos son típicos de la contaminación agraria difusa?

Plaguicidas como: Fungicidas, herbicidas, insecticidas y rodenticidas.

Biocidas (Nematicidas, Acaricidas, Molusquicidas).

Fertilizantes.

Feromonas.

Reguladores del crecimiento vegetal.

D) Clasificación de los efectos potenciales de cada grupo de compuestos.

Fungicida: Inhibidor metabólico y neurotóxicos. (Organomercuriales).

Herbicidas: Inhibición de la fotosíntesis, procesos metabólicos y reproductivos se ven alterados. Afectan también a la reproducción en animales.

Rodenticidas: anticoagulantes. Afecta también al ser humano.

Insecticidas: neurotóxicos. Afecta al sistema nervioso de los artrópodos y otros animales. También afectan a los mecanismos celulares y fisiológicos de los animales.

Reguladores del crecimiento en insectos: Inhibidores de quitina, bloquean la biosistesis de quítina componente esencial del exoesqueleto de los insectos lo que provoca la muerte de los artropodos al no poder mudar y continuar su desarrollo.

E) Análisis de los efectos potenciales de cada grupo de sustancias sobre los distintos taxones individuales.

Microorganismos: Los fungicidas conllevan una disminución del 80% en la formación de micorrizas. Herbicidas: reducen cantidad de bacterias metanotróficas. Insecticidas: efectos letales en protozoos, tardan en recuperarse 60 días.

Mesofauna del suelo: Fungicidas ocasionan la pérdida del 33% de nematodos que se alimentan de hongos. Insecticidas: afectan a anélidos, ácaros y larvas de dípteros. Nematodos y lombrices afectadas.

Otros invertebrados: Insecticidas producen la reducción de poblaciones de nematodos saprófitos.

Insectos: Los insecticidas (como arseniato de plomo o nicotina) no sólo afectan a la plaga objetivo, sino que también afectan a otros organismos. Muchas veces, afectan a depredadores naturales de plagas, lo que provoca un aumento de dicha plaga.

Plantas: herbicidas: disminuye la diversidad vegetal, y como consecuencia, la de artrópodos.

Vertebrados:

– Mamíferos: Rodenticidas ocasionan efectos agudos y muerte. Insecticidas lipofílicos absorbidos por vía cutánea, otros entran por inhalación. Dosis bajas de insecticidas alteran conducta, como la alimentación, por lo que hay pérdida de peso. Además también alteran parámetros hormonales ya que muchos son disruptores endocrinos. Ingestión de insecticidas y fungicidas –> distribución en la cadena trófica. Muy sensibles a inhibidores de colinesterasa.

– Aves: Envenenamiento secundario al alimentarse de presas que han ingerido plaguicidas, bioacumulación y muerte. Pérdida de alimento y la falta de cobertura vegetal disminuye los refugios disponibles, así como material para confeccionar nidos. Muy sensibles a inhibidores de colinesterasa.

– Reptiles:  Insecticidas y herbicidas: muerte por aplicación directa (contacto con la piel, acumulación en pulmones, tejidos grasos y en el torrente sanguíneo). Afecta a la reproducción, provoca disrupción endocrina, alteraciones del comportamiento y biomagnificación.

– Anfibios: insecticidas y herbicidas: muerte por aplicación directa (contacto con la piel, acumulación en pulmones, tejidos grasos y en el torrente sanguíneo). Afecta también a la reproducción, provoca disrupción endocrina, alteraciones del comportamiento y biomagnificación en la cadena trófica. Muy sensibles a piretroides, menos sensibles a inhibidores de la colinesterasa.

F) Análisis de los efectos potenciales de cada grupo de sustancias en las comunidades de los agroecosistemas.

Eliminas el alimento de las especies granívoras.

Disminuye la abundancia de los invertebrados porque eliminas los cultivos a los que se encuentran asociados.

Eliminación de lombrices y bacterias que altera el ciclo de nutrientes, disminuyendo la fertilidad.

Eliminar el dosel vegetal, eliminas posible protección que dispensa dicho dosel disminuyendo tasas de reproducción y potencias depredación.

El uso de trampas de feromonas está siendo una alternativa muy eficaz para controlar la mayoría de las plagas de insectos, debido a que no impacta sobre los organismos no objetivo y los organismos no adquieren resistencia a este tipo de sustancias.
Los plaguicidas afectan a todos los organismos de los agroecosistemas (microorganismos, plantas, artrópodos, vertebrados, etc.) les puede afectar de forma indirecta, ocasionando daños a otros organismos que son parte de sus recursos, o directamente a ellos, mediante la bioacumulación, envenenamiento, reducción de fitness. Por tanto afecta a toda la cadena trófica. Además afecta a la trasformación de materia orgánica en inorgánica, lo que de nuevo afecta a la base de la cadena trófica.

Minas de Riotinto siglo XIX: paradigma de un desastre ecotoxicológico

Pozo de Peña de Hierro

Los yacimientos minerales de Río Tinto han sido explotados desde la prehistoria por su riqueza en plata, cobre y oro principalmente. Toda la región sud-occidental de la península Ibérica está sobre una gran veta de mineral. En el excelente museo minero de Río Tinto encontramos abundantes explicaciones y hallazgos arqueológicos de la zona ¡Incluso hay una reproducción de una mina romana con norias y tornillos de Arquímedes! Eso sí, no es apta para claustrofóbicos. Encontramos mapas geológicos y una generosa exposición de los minerales más frecuentes de la zona, maquetas que muestran la evolución de las explotaciones a cielo abierto y el desplazamiento obligado del casco urbano del pueblo según la mina avanzaba ya que, literalmente, las casas se caían a la mina abierta. También encontramos antiguas máquinas y vagones de tren y otra maquinaria minera del siglo. De hecho, de manera complementaria al museo se puede hacer una visita de la zona en una reproducción del tren minero que comunicaba la zona.

Foto del Museo Minero de Río Tinto Ernest Lluch
Entrada al Museo Minero de Río Tinto Ernest Lluch

Lo que más me ha impresionado ha sido la narración de las revueltas sociales que generó el desastre ecotoxicológico y para la salud humana, no ya de la mina, sino de los procesos metalúrgicos para la extracción y purificación de los metales, las teleras. El número de muertos debido a “La manta”, la densa contaminación del aire que lo hacía frecuentemente mortífero,  es desconocido. Cada vez que los procesos de obtención de metales saturaban el aire de sustancias tóxicas, muchas personas caían muy enfermas. Según la información del propio museo La Manta causaba lagrimeo, tos violenta y convulsiva, disnea y vómitos. La intoxicación aguda por respirar el aire contaminado llegaba a causar hemolisis, congestión vascular generalizada y asfixia, e incluso la muerte.

La mortalidad o morbilidad por efecto de La manta no son conocidas. De hecho, según la información del mueso, la causa de muerte de numerosos habitantes de la zona que figura en los certificados de defunción es la “falta de vida”. No sé muy bien si esta denominación nacía del sarcasmo de un médico amordazado por los propietarios de la mina o de la más profunda hipocresía. Es una de las grandes intrigas que me ha suscitado esta visita ¿A vosotros no? También me intriga si esta contaminación que invadió el medio hace 125 años provocó daños genotóxicos que estén aún afectando a la población de la zona. No he leído nada al respecto.

Sin embargo, la empresa sí que reconoció el daño ambiental causado e indemnizó a los propietarios afectados en la provincia. Los gases, al ser arrastrados por la lluvia, generaban ácido sulfúrico que corroía todo lo que mojaba y especialmente los tejidos de los seres vivos. Esta temible lluvia ácida, antes de ser famosa por los daños causados en centroeuropa, arrasó los campos de gran parte de Huelva y Sevilla. Este desastre ecológico afectó seriamente las explotaciones agrícolas de los terratenientes y caciques que, en una peculiar alianza, se unieron a los obreros de la zona minera en la denominada “Liga Antihumista” para denunciar la situación. Los Antihumistas lograron parar en el Senado in extremis una ley propiciada por la industria minera que declaraba las incineraciones a cielo abierto como de “interés general” evitando así su limitación. Dicho sea de paso, estos procedimientos ya habían sido prohibidos por su nefasto efecto hacía años en el país de origen de los propietarios de la mina, Reino Unido.

Si bien se logró parar esta ley, las manifestaciones de los obreros afectados fueron finalmente cruelmente aplastadas en un suceso trágico que ha pasado a la historia con el nombre del “Año de los Tiros”. Las manifestaciones de los trabajadores y sus familias fueron cruelmente aplastadas generando un número de muertos por disparos difícil de concretar. Decenas de muertos y un número indeterminado de heridos tiroteados en las calles por demandar respeto a su salud y a la de toda una región, no es algo que debamos olvidar. No hace muchos años se rodó una película que me encantaría ver.

Actualmente, tras intensivas campañas de reforestación, el desastre ecológico pasa más o menos desapercibido para los inexpertos en Botánica y Ecología. Es necesario que los habitantes de la zona nos cuenten que los pinos enclenques que vemos tienen más de 100 años para darnos cuenta de que los venenos que desencadenaron el desastre siguen presentes. Esta interesante parte de nuestra historia ilustra muy bien cómo la Salud Ambiental y la Ecotoxicología se enfrentan a problemas viejos con nuevas herramientas. Cómo afectan por igual a obreros y terratenientes. Cómo la permisividad con la contaminación de algunas industrias por razón del desarrollo económico y la creación de empleo puede conducir a la enfermedad y muerte de muchos ciudadanos, y a la destrucción de otras actividades económicas básicas como la agricultura. También pueden ayudarnos a entender las tensiones que surgen en países en desarrollo debido a la implantación de explotaciones industriales que causan estragos ambientales y para las poblaciones locales como plantaciones de palma, explotaciones de hidrocarburos o grandes presas hidroeléctricas. Espero que semejantes tensiones y sus dramáticas consecuencias no se repitan.

Me encantaría tener vuestros comentarios y opiniones. Igual alguno tenéis referencias directas de familiares originarios de la zona y podéis dar información de primera mano.

Información interesante:

http://lafactoria-cuencaminera.blogspot.com.es/2012/02/1888-ano-de-los-tiros-un-movimiento_18.html

http://huelvabuenasnoticias.com/2013/09/10/leon-brazquez-desvela-en-riotinto-nuevas-informaciones-de-sus-investigaciones-sobre-el-ano-de-los-tiros/

 

Las microalgas de los líquenes son muy sensibles a ciertos fármacos

Fruto de una colaboración entre los grupos de investigación en Simbiogénesis (Symbiogenesis Team) y Toxamb – Grupo de Investigación en Salud Ambiental y Ecotoxicología, se publica en el mes de Enero de la revista Environmental Ecotoxicology and Safety el artículo “Preliminary assessment of terrestrial microalgae isolated from lichens as testing species for environmental monitoring: Lichen phycobionts present high sensitivity to environmental micropollutants”. En él se da a conocer el potencial de las algas asociadas a líquenes, o también conocidas como ficobiontes, a la hora de llevar a acabo microbioensayos de toxicidad. Estas algas son de origen terrestre, muy distintas de las altamente estudiadas algas de vida libre, de origen acuático.

Entre otras cosas, las algas de origen terrestre o ficobiontes permiten ampliar el número de taxones disponibles a la hora de llevar a cabo microbioensayos de toxicidad, ya que en la actualidad éste número es muy reducido, y especialmente escasos son los taxones representativos de ecosistemas naturales terrestres. Constituyen un modelo ideal para estudiar los impactos ambientales sobre sistemas mutualistas y sus resultados podrían también dar información sobre otros organismos simbióticos de relevancia fundamental para los ciclos biogeoquímicos como las micorrizas o las rizobacterias.  Además, son organismos que permiten reducir los costes económicos de dichos microbioensayos, debido a características tales como rápido crecimiento in vitro. Por último, destacar que son capaces de proporcionar un enfoque holístico y una alta sensibilidad a la toxicidad, así como completar la información necesaria para hacer una adecuada evaluación de riesgos ecotoxicológicos en el ecosistema terrestre.

Este trabajo constituyó el Prácticum de su primera autora, Noelia Domínguez Morueco, en una novedosa unión entre los campos de la liquenología, la biología celular y la ecotoxicología. Junto con el trabajo de Helena Moreno Traba, se ha solicitado recientemente una patente con el fin de proteger esta invención que tiene prometedoras aplicaciones biotecnológicas y comerciales.

A continuación, os dejamos el resumen de nuestro artículo por si quisierais más información al respecto.

“Los bioensayos constituyen una herramienta para el análisis de la contaminación que proporciona un enfoque holístico y una alta capacidad de detección de toxicidad. Los microbioensayos permiten evaluar la toxicidad de muchas muestras, lo que implica menores costes económicos y permite llevar a cabo una vigilancia continua y un control de la contaminación. Sin embargo, las pruebas realizadas hasta ahora se limitan a la utilización de un pequeño número de taxones. Los líquenes, de gran importancia ecológica, son excelentes bioindicadores de la contaminación. Los estudios demuestran que la parte del liquen compuesta por algas fotosintéticas (ficobionte) es más sensible a los contaminantes que la parte compuesta por hongos heterótrofos (micobionte). Los ficobiontes poseen características tales como la adaptación a anhidrobiosis y rápido crecimiento in vitro, lo que permite adaptarse a los microbioensayos ampliando el número de taxones disponibles. Nuestro objetivo es determinar la sensibilidad de los ficobiontes a distintos microcontaminantes como son los fármacos carbamazepina y diclofenaco, paso previo para el desarrollo de un ensayo microbiológico de toxicidad basado en ficobiontes. La dispersión óptica y la autofluorescencia de la clorofila se utilizaron como criterios de valoración de la toxicidad de dos especies de algas o ficobiontes en suspensión (Trebouxia TR9 y Asterochloris Erici), las cuales mostraron ciclos y patrones específicos de agregación. Las suspensiones de Trebouxia TR9 presentaron un alto grado de agregación celular, mientras que las células de Asterochloris Erici no. Ambos microcontaminantes (carbamazepina y diclofenaco) alteraron las propiedades ópticas de las suspensiones de ambas especies de ficobiontes. No se observó ninguna alteración significativa en la autofluorescencia de la clorofila causada por la carbamazepina. La autofluorescencia de la clorofila de A. Erici mostró que es extremadamente sensible al diclofenaco pero el efecto no es dependiente de la concentración del fármaco o del momento de la exposición. A diferencia de A. Erici, TR9 sólo mostró alteraciones de la autofluorescencia de la clorofila puntuales. Las fluctuaciones en la dispersión óptica pueden indicar cambios en la estructura de la población de las especies, incluyendo la estrategia reproductiva. A. Erici resultó ser la más sensible a los microcontaminantes, se caracteriza mejor y está disponible a partir de colecciones comerciales.”

Domínguez-Morueco et al. (2014) Preliminary assessment of terrestrial microalgae isolated from lichens as testing species for environmental monitoring: Lichen phycobionts present high sensitivity to environmental micropollutants. Environ. Ecotox. Saf. 99: 35-44

Enlace directo al texto del artículo (gratuito desde una biblioteca universitaria)

Los polutantes orgánicos volátiles (VOPs), implicados en el daño ambiental a líquenes

Recientemente hemos publicado un artículo en el que proponemos la implicación de los polutantes orgánicos en el daño que causa la contaminación atmosférica en los líquenes. Un polutante es un contaminante tóxico para los seres vivos y los líquenes son unos organismos simbióticos interesantísimos, con propiedades impresionantes y de los que sabemos poco. Lo que sí sabemos hace tiempo es que los líquenes se mueren en áreas donde el aire esta contaminado y de hecho se utilizan como bioindicadores de calidad del aire. Si veis muchos líquenes alrededor, confiad en que el aire es puro.

Los estudios realizados hasta el momento se habían centrado en contaminantes inorgánicos. Sabemos que polutantes como el ozono o el dióxido de azufre los dañan, pero no esta claro cómo, ni que produzcan suficientes daños cómo para matarlos. Nosotros presentamos pruebas de que un polutante orgánico (el hidroperóxido de cumeno) podría tener un efecto tipo “perturbador endocrino”, interfiriendo con la regulación los sistemas antioxidantes internos. En particular con el óxido nítrico (NO) endógeno, una pequeña hormona gaseosa, presente en todas las células y con funciones muy relevantes tanto en animales cómo en plantas. Por ejemplo, es necesario para la relajación de los vasos sanguíneos y prevención de infartos, para la defensa frente a infecciones o para estabilizar la clorofila durante la fotosíntesis. Como curiosidad os puedo decir que en los humanos esta molécula media la acción de medicamentos como la aspirina o el sildenafilo (Viagra).

Entre las funciones más extendidas e importantes del NO se encuentra la tolerancia al estrés, tanto abiótico (luz, temperatura, deshidratación, etc) como biótico (defensa inmune y contra patógenos). En el caso de los líquenes, demostramos hace un par de años que el NO protegía de la oxidación durante la rehidratación, un momento de gran estrés para cualquier organismo adaptado a la anhidrobiosis (vida sin agua). Tienen que volver a poner en marcha toda la maquinaria celular de golpe, es como volver a encender todos los reactores de una industria. Además, observamos que esta protección era especialmente importante para proteger la clorofila de los ficobiontes (algas simbiontes).

Nuestro estudio presenta pruebas de que el óxido nítrico también es importante en la comunicación entre células de diferentes reinos, como los hongos y las algas que forman los líquenes. Además, hemos averiguado que el peróxido de cumeno afecta e interferir con las funciones del NO. Hasta ahora no se había investigado si los polutantes orgánicos volátiles (VOPs), liberados por las combustiones industriales o urbanas (calefacciones, tráfico, etc), afectaban a los líquenes. Ya hace tiempo que se conoce que estos compuestos afectan a la salud humana a pequeñas concentraciones, causando enfermedades tan graves como el cáncer. Nuestro estudio aporta indicios de que los VOPs también pueden estar perturbando la Biología Celular y la comunicación entre los simbiontes liquénicos.

Podéis leer este artículo pinchando aquí desde un ordenador de la propia Universidad (si no, sólo tendréis acceso libre al resumen)