Efecto de los herbicidas sobre la composición de las comunidades en ambientes semiáridos

Información preparada por la alumna Marina Ramos Muñoz de la asignatura de Contaminación Ambiental y Biodiversidad del Máster Oficial en Técnicas de Caracterización y Conservación de la Diversidad Biológica.
 
 

Los mecanismos que regulan la composición de las comunidades ha sido y es un tema  muy estudiado  a lo largo de la historia de la ecología (Clements, 1916; Zobel, 1997; Hubbell 2001, Götzenberger et al., 2012). Las especies de una comunidad se establecen  mediante un mecanismo denominado filtrado de especies; regulado por factores no excluyentes y jerárquicos, como: la causalidad o azar, patrones históricos de especiación y migración,  factores abióticos o ambientales (como la disponibilidad de luz o hídrica y bióticos (por ejemplo las relaciones de competencia entre especies) (Zobel 1997). Por tanto, los factores externos y las actividades antrópicas  también van a regular la dinámica de las comunidades.
Una de las formaciones vegetales más características de las zonas semiáridas mediterráneas, son los espartales compuestos principalmente por Stipa tenacissima. Muchas de estas zonas se caracterizan por una degradación del suelo, debido a actividades agrarias. En estos sistemas se utilizan herbicidas para eliminar las plantas que no se desea que aparezcan, y normalmente actúan interfiriendo en el crecimiento de estas, mediante diferentes modos de acción: detienen la germinación de las semillas o su establecimiento como plántulas; evitan que las plantas elaboren los carbohidratos, proteínas o lípidos esenciales o secan las hojas y tallos (Powles y Yu, 2010). Por tanto el uso de estos compuestos químicos está creando una preocupación acerca de su persistencia en el suelo, su toxicidad para organismos no diana, y la  resistencia que presentan muchas especies. Un ejemplo de esto último, es la resistencia que tienen muchas plantas a herbicidas inhibidores de la síntesis de los aminoácidos de cadena ramificada. Esta resistencia provoca mutaciones en los genes de las plantas, que en los biotipos resistentes muestran una disminución o un aumento en la actividad de la primera enzima de la ruta biosintética de los aminoácidos valina, leucina e isoleucina (Yu et al., 2007; Timothy et al., 2012, Johnson, 2012, Eberlein et al., 1999).

Los herbicidas se pueden clasificar dependiendo de su acción; de acción foliar y translocación; de contacto; con actividad en el suelo y con actividad foliar y a través del suelo. Por ejemplo los de acción foliar son los que actúan a través de la parte aérea de la planta y se traslocan por los haces vasculares. Muchos herbicidas a través de varios grupos químicos (por ejemplo, triazinas, triazinonas, uracilos o ureas) inhiben la fotosíntesis mediante el mismo proceso: compiten con  la plastoquinona  en el sitio de unión en la proteína D1 dentro del complejo fotosistema dos (Oettmeier, 1999).  Otros como los carbamatos afectan a los meristemos, inhibiendo el crecimiento en ápices y yemas, y en última instancia provocan deformaciones. De los herbicidas que actúan en el suelo, el DCPA es un herbicida pre-emergente utilizado en los pastos de plantas anuales. La EPA (Environmental Protection Agency) lo considera no tóxico per se,  pero alguno de sus compuestos por separado si son tóxicos (contienen dioxinas y hexaclorobencenos) y además se ha visto que puede afectar a especies diferentes de plantas anuales. Parece ser moderadamente tóxico para algunas aves juveniles, causando alta mortalidad y es poco tóxico para insectos como las abejas (tomado de U.S. Environmental Protection Agency).

Cabe decir que los herbicidas son el grupo de productos químicos más usados a escala mundial, y son  beneficiosos para el desarrollo  de los cultivos (Boutin y Jobin, 1998), pero únicamente durante el tiempo que permanecen en la zona de  influencia de las raíces de las plantas que interesa eliminar. Si una porción de los productos químicos aplicados abandona dicha zona de influencia, pueden convertirse en productos perjudiciales, actuando contra el medio ambiente (Flury 1996). Así, un herbicida aplicado al suelo, suele sufrir diversos procesos como  evaporación, lixiviación, adsorción y/o degradación (Crosby, 1998). Esto puede  modificar la función y  la estructura de las comunidades microbianas del suelo, alterando así el funcionamiento normal de los ecosistemas terrestres, que a su vez tiene implicaciones importantes para la fertilidad y calidad  del suelo (Pampulha y Oliveira, 2006). Estudios recientes han visto que el uso de dos herbicidas (glifosato y oxifluorfen), produce un efecto negativo en el metabolismo microbiano (disminuyendo la actividad deshidrogenasa del suelo y el dióxido de carbono liberado), lo que sugiere que la microbiota del suelo no es capaz de usar estos  herbicidas como una fuente de energía y nutrientes, e incluso podrían  llegar a ser tóxicos para algunos grupos microbianos. Otro ejemplo es el bromoxinil, herbicida utilizado para el control de plantas anuales. Aunque este herbicida tiene una baja persistencia en el suelo se ha visto que puede inhibir la acción de bacterias que promueven la formación de nitrito en el proceso de la nitrificación del suelo. Por tanto el bromoxinil desequilibra los flujos de materia y energía, afectando así a todas las comunidades de plantas, bacterias, hongos, insectos…
Este proceso de degradación del suelo, se intensifica con el desbroce de la vegetación natural y con factores ambientales y climáticos adversos, incluyendo períodos de baja e irregular precipitación y sequías frecuentes, que son tan característicos de los ambientes semi-aridos de la Península (García et al.,1997). Por tanto el uso indebido de herbicidas no es recomendable para desarrollar un agroecosistema sostenible en ambientes semiáridos mediterráneos, debido a que influye de forma directa en las comunidades de plantas y  microorganismos del suelo, afectando a su vez a los procesos que regulan la cantidad y la calidad de los nutrientes que entran en el suelo y su distribución espacial (Christensen, 1996).

Bibliografía:
Clements, F.E (1916). Plant Succession. Washington. Washington Press.

Crosby, D. 1998. Environmental Toxicology and Chemistry. Chapter 4: Environmental Transport. p. 51-67. Oxford University Press, New York, USA.

Boutin, C., Jobin, B., 1998. Intensity of agricultural practices and effects on adjacent habitats. Ecol. Appl. 8 (2), 544–557.

Christensen, B.T., (1996). Matching measurable soil organic matter fractions with conceptual pools in simulation models of carbon turnover: revision of model structure. In: Powlson, D.S., Smith, P., Smith, J.U. (Eds.), Evaluation of Soil Organic Matter Models Using Existing Long-Term Datasets. Global Environmental Change. Springer Berlin, pp. 143–160.
Eberlein, C. V., Guttieri, M. J., Berger, P. H., Fellman, J. K., Mallory-Smith, C. A., Thill, D. C., … & Belknap, W. R. (1999). Physiological consequences of mutation for ALS-inhibitor resistance. Weed Science, 383-392.
Edwards I.R., Ferry D.G., Temple W.A .(1991) Fungicides and related compounds. In: Hayes WJ, Laws ER (eds) Handbook of pesticide toxicology. New York: Academic Press pp. 1436–1451.

Flury, M. (1996). Experimental evidence of transport of pesticides through field soils—a review. Journal of environmental quality, 25(1), 25-45.

Garcia, C., Roldán, A., Hernández, T., (1997). Changes in microbial activity after abandonment cultivation in a semiarid mediterranean environment. Journal of Environmental Quality 26, 285–291.
García-Orenes, F., Guerrero, C., Roldán, A., Mataix-Solera, J., Cerdà, A., Campoy, M., & Caravaca, F. (2010). Soil microbial biomass and activity under different agricultural management systems in a semiarid Mediterranean agroecosystem. Soil and Tillage Research, 109(2), 110-115.

Götzenberger, L., de Bello, F., Bråthen, K.A., Davison, J., Dubuis, A., Guisan, A., Lepš, J., Lindborg, R., Moora, M. (2012). Ecological assembly rules in plant communities—approaches, patterns and prospects. Biological Reviews 87: 111-127.

Hubbell SP. (2001). The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography. Princeton University Press, USA.
Oettmeier, W. (1999). Herbicide resistance and supersensitivity in photosystem II. Cellular and Molecular Life Sciences CMLS, 55(10), 1255-1277.
Pampulha, M. E., & Oliveira, A. (2006). Impact of an herbicide combination of bromoxynil and prosulfuron on soil microorganisms. Current microbiology, 53(3), 238-243.
Powles, S. B., & Yu, Q. (2010). Evolution in action: plants resistant to herbicides. Annual review of plant biology, 61, 317-347.
Smith E. A (1980) An analytical procedure for bromoxynil and its octanate in soils; persistence studies with bromoxynil octanoate in combination with other herbicides in soil. Pest Sci 11: 341–346.

Timothy L. Grey, George S. Cutts III, and Jerry Johnson (2012) Imidazolinone-Resistant Soft Red Winter Wheat Weed Control and Crop Response to ALS-Inhibiting Herbicides. Weed Technology: July-September, Vol. 26, No. 3, pp. 405-409
U.S. Environmental Protection Agency. Health Advisory for 50 Pesticides: Dacthal. Office of Drinking Water, Washington, DC, 1988.7-36.
Yu, Q., Collavo, A., Zheng, M. Q., Owen, M., Sattin, M., & Powles, S. B. (2007). Diversity of acetyl-coenzyme A carboxylase mutations in resistant Lolium populations: evaluation using clethodim. Plant Physiology, 145(2), 547-558.
Zobel, M. (1997). The relative role of species pools in determining plant species richness: an alternative explanation of species coexistence? Trends in Ecology & Evolution 12, 266–269.

Machos de avutarda ingieren veneno para resultar más atractivos a las hembras y tener más éxito reproductivo – Actualidad Medio Ambiente

Machos de avutarda ingieren veneno para resultar más atractivos a las hembras y tener más éxito reproductivo – Actualidad Medio Ambiente.

Abierto el plazo de preinscripción para “Magister en Sanidad Ambiental” URJC-UCM

El plazo de preinscripción en el Magister en Sanidad Ambiental URJC-UCM ya se encuentra abierto, desde el pasado día 2 de abril hasta el 20 de octubre de 2014.

El precio de la preinscripción es de 40,00 € que deben abonar todos los alumnos sin excepción alguna, ya que se trata de un concepto ajeno a la matrícula y es por tanto una tasa por apertura de expediente. La documentación aportada por el estudiante deberá entregarse en la Secretaría de Estudiantes del Centro adscrito.

Respecto a la reserva de plaza, en el caso de que haya sido solicitada, el plazo será del 2 de junio al 30 de junio. Cuyo importe será descontado del importe total del precio del Magister.

En concreto el Magister en Sanidad Ambiental cuenta con acuerdos con consultorías medioambientales, laboratorios de aguas, así como con diferentes administraciones que trabajan en temas concretos de aire, agua, suelos o toxicología ambiental. Además, para la realización de prácticas externas se tendrá en cuenta siempre las preferencias de los estudiantes.

Aquellos alumnos de último año o aquéllos a quienes les quede únicamente la realización de prácticas externas, éstas se podrán convalidar por las del propio Magister.

Para cualquier duda, podéis contactar con Yolanda Valcárcel

(yolanda.valcarcel@urjc.es) o Miguel Ángel Casermeiro (caserme@farm.ucm.es).

Más información en: http://www.ucm.es/edafologia/magister-en-sanidad-ambiental

 

 

La exposición al DDT asociada a un mayor riesgo de padecer Alzheimer

La ciencia no ha logrado esclarecer aún las causas de esta enfermedad, aunque su aparición en personas de avanzada edad se vincula con factores genéticos, ambientales y también con el estilo de vida. Un nuevo estudio publicado en la revista JAMA Neurology afirma que la exposición prolongada a los pesticidas aumenta el riesgo de desarrollar este trastorno neurodegenerativo. En concreto, el trabajo habla de los productos elaborados con DDT, un compuesto cuyo uso ha sido prohibido por la Organización Mundial de la Salud (OMS) a causa de su toxicidad, su persistencia en el medio ambiente durante décadas y su acumulación en el organismo de los seres vivos, incluido el ser humano.

 

Defensa de Prácticum

El pasado viernes 24 Patricia Morales defendió su Prácticum titulado “Toxicidad del disruptor endocrino nonilfenol en plantas” obteniendo una nota excelente (8,7). Patricia ha realizado su investigación en ToxAmb durante los últimos meses y ha concluido que el nonilfenol tiene un fuerte efecto sobre el desarrollo vegetal. El resumen del trabajo es el siguiente:

En los últimos años se han detectado diversas sustancias de origen antrópico en las aguas internacionales, a estas sustancias se las ha denominado contaminantes emergentes. Dentro de estos contaminantes se encuentra una clase de sustancias denominada disruptores endocrinos. Los disruptores endocrinos afectan al sistema hormonal, pueden ser distintitos tipos de sustancias como fármacos. En las aguas estudiadas en la Comunidad de Madrid se ha localizado un disruptor endocrino determinado, el nonilfenol. El nonilfenol se encuentra, sobre todo, en productos de limpieza, tanto de uso domestico como industrial.
Sobre los disruptores endocrinos hay pocos estudios en cuanto a bioensayos realizados con plantas vasculares, y muchos menos utilizando el nonilfenol como sustancia de estudio. Por ello se decidió realizar un bioensayo con esporas del helecho Polystichum setiferum para ver cómo afecta esta sustancia al desarrollo vegetal. Se tomó como biomarcador la actividad mitocondrial de estas esporas. Para llevar este bioensayo a cabo se utilizaron cinco concentraciones distintas de nonilfenol, tomando como referencia la concentración que se puede encontrar en el medio ambiente, y dos tipos de controles para poder realizar una comparación. Posteriormente se realizó también un análisis con la autoflorescencia de la clorofila como biomarcador, para tener unos datos más fiables sobre la toxicidad de esta sustancia.
En cuanto a los resultados obtenidos, se observa que el nonilfenol no interfiere en la producción de clorofila, pero si en la respiración mitocondrial de las esporas, reduciendola. Por ello se deduce que el nonilfenol es tóxico para el desarrollo vegetal. A pesar de estos resultados, es necesaria la realización de más bioensayos con el nonilfenol, utilizando otro tipo de biomarcadores como son el análisis del ADN en estas mismas esporas de Polystichum setiferum.

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

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