Articulo Macro In Vertebra Dos Y Algas Usados Como Bioindicadores

MACROINVERTEBRADOS ACUATICOS Y MICROALGAS UTILIZADOS COMO BIOINDICADORES DE LA CALIDAD DEL AGUA

Julio Cesar Nuñez. Microbiólogo Calle 13 A # 14-65, Valledupar, Colombia. [email protected] RESUMEN: La degradación de los recursos acuáticos ha sido motivo de preocupación en las últimas décadas, y aunque la contaminación del agua es ante todo un problema biológico, muchos países han dependido de los parámetros físico-químicos para su evaluación. Como una alternativa a estos procedimientos, desde hace varios años muchos países han generado conocimientos y desarrollos de técnicas de biomonitoreo basados en indicadores biológicos, un indicador biológico acuático se ha considerado como aquel cuya presencia y abundancia señalan algún proceso o estado del sistema en el cual habita, en especial si tales fenómenos constituyen un problema de manejo del recurso hídrico. De los organismos acuáticos, los macroinvertebrados acuáticos y microalgas son los dos grupos que ha menudo se recomienda usar en evaluaciones de la calidad del agua. Los macroinvertebrados acuáticos han sido el grupo más estudiado para evaluar la calidad del agua por muchos investigadores y los índices más utilizados para la evaluación de la calidad del agua son el Sistema Saprobio y el BMWP (Biological Monitoring Working Party), este ultimo solo requiere llegar hasta el nivel taxonómico de familia y es un método cualitativo. De las microalgas, las diatomeas son preferidas para los monitoreos debido a que son generalmente el grupo autotrófico dominante, entre los índices más utilizados en el estudio de diatomeas como indicadores biológicos, se han utilizado el Indice biológico diatómico (IBD), el Indice biológico general normalizado (IBGN), el Indice General Diatómico (IDG) y el Indice Sapróbico (SI); es el IDG el mas utilizado y solo requiere llegar hasta el nivel taxonómico de genero. El principal problema de los bioindicadores en Colombia esta en el desconocimiento (o conocimiento superficial) de su biología, taxonomía hasta el nivel de especie, ecología y distribución.

PALABRAS CLAVES: Bioindicador, Microalgas, Macroinvertebrados acuáticos, calidad del agua, Biomonitoreo.

INTRODUCCION La degradación de los recursos acuáticos ha sido motivo de preocupación del hombre en las últimas décadas. Por esta razón, existe un creciente interés por conocer y proteger los ecosistemas fluviales y estudiar sus cambios en el tiempo, desarrollando criterios físicos, químicos y biológicos que permitan

estimar el efecto y magnitud de las intervenciones humanas (Morris & Hawkins, 2000). La eutrofización es un proceso natural en los ecosistemas acuáticos, producidos por el enriquecimiento del cuerpo de agua con nutrientes (Ramírez & Viña, 2000),

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durante los últimos 200 años el hombre ha acelerado estos procesos de eutrofización modificando tanto la calidad de las aguas, como la estructuras de las comunidades biológicas debido al aumento en la carga orgánica e inorgánica de los cuerpos de agua (Burkholder, 2001).

presente y pasado de lo que esta sucediendo en las aguas (Alba-Tercedor, 1988). La literatura revela que de los organismos acuáticos, los macroinvertebrados y microalgas son los dos grupos que ha menudo se recomienda usar en evaluaciones de la calidad del agua (Hellawell 1986, Christie et al, 1993; Kelly & Whitton, 1995, Roldan 1999). Este trabajo hace una revisión de los principales bioindicadores utilizados en la evaluación de la calidad del agua.

Aun cuando la contaminación del agua es ante todo un problema biológico, muchos países han dependido esencialmente de parámetros físico-químicos para evaluar la calidad del agua. Para ello, se han desarrollado numerosos métodos e índices que tratan de interpretar la situación real, o grado de alteración de los sistemas acuáticos. Unos se basan exclusivamente en análisis de las condiciones químicas, que si bien “en principio” son de una gran precisión, son testigos, de las condiciones instantáneas de las aguas, y los efectos de los contaminantes se detectan si son dispuestos en el momento. Es decir, los resultados son puntuales en la dimensión cronológica y no revelan mucho de la evolución de una carga contaminante y la capacidad resiliente y amortiguadora de los ecosistemas acuáticos (Toro et al, 2003).

Concepto de indicador Biológico En sentido general, todo organismo es indicador de las condiciones del medio en el cual se desarrolla, ya que de cualquier forma su existencia en un espacio y momento determinado responde a su capacidad de adaptarse a los distintos factores ambientales. Sin embargo, en términos más estrictos, un indicador biológico acuático se ha considerado como aquel cuya presencia y abundancia señalan algún proceso o estado del sistema en el cual habita, en especial si tales fenómenos constituyen un problema de manejo del recurso hídrico. Los indicadores biológicos se han asociado directamente con la calidad del agua (Mason, 1984) mas que con procesos ecológicos o con su distribución geográfica, sin que ellos impida utilizarlos en tales circunstancias.

Como una alternativa a estos procedimientos, desde hace varios años muchos países han generado conocimientos y desarrollos de técnicas de biomonitoreo basados en indicadores biológicos, a través de la evaluación de reacciones e índices de sensibilidad de organismos vivos ante la presencia de substancias contaminantes en los sistemas acuáticos. Los llamados índices biológicos informan de la situación tanto momentánea como de lo acontecido algún tiempo antes de la toma de muestras, es decir, es como tener información del

Importancia Biológicos

de

los

indicadores

El uso de especies para detectar procesos y factores en los ecosistemas acuáticos tiene varias ventajas: -

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Las poblaciones de animales y plantas acumulan información que los análisis físico-químicos no detectan. Es decir, las especies y Nuñez, J.C.

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las comunidades bióticas responden a efectos acumuladores intermitentes que en determinado momento un muestreo de variables químicas o físicas pasa por alto. -

La vigilancia biológica evita la determinación regular de un número excesivo de parámetros químicos y físicos, ya que en los organismos se sintetizan o confluyen muchas de estas variables.

-

Los indicadores biológicos permiten detectar la aparición de elementos contaminantes nuevos e insospechados.

-

Puesto que muchas sustancias se acumulan en el cuerpo de ciertos organismos, su concentración en esos indicadores puede reflejar el nivel de contaminación ambiental.

-

diferentes alteraciones de las mismas. Estos limites de tolerancia varían, y así, frente a una determinada alteración se encuentran organismos “sensibles” que no soportan las nuevas condiciones impuestas, comportándose como “intolerantes”, mientras que otros, que son “tolerantes” no se ven afectados. Si la perturbación llega a un nivel letal para los intolerantes, estos mueren y su lugar es ocupado por comunidades de organismos tolerantes. Del mismo modo, aun cuando la perturbación no sobrepase el umbral letal, los organismos intolerantes abandonan la zona alterada, con lo cual dejan espacio libre que puede ser colonizado por organismos tolerantes. De modo que, variaciones inesperadas en la composición y estructura de las comunidades de organismos vivos de los ríos pueden interpretarse como signos evidentes de algún tipo de contaminación. (Alba-Tercedor, 1996). Calidad Biológica El termino “calidad”, referido a las aguas continentales, no es un concepto absoluto o de fácil definición. Por el contrario es un concepto relativo que depende del destino final del recurso. De modo que, y a titulo de ejemplo, mientras que las aguas fecales en ningún caso podríamos considerarlas de calidad apropiada para la bebida, por los problemas sanitarios que conllevaría su uso. Sin embargo por su alto contenido en materia orgánica podrían resultar excelentes para el riego de plantas ornamentales, o de plantaciones forestales. Del mismo modo aguas de altas montaña, que intuitivamente podríamos asociar con pureza y buena calidad, podrían resultar poco apropiadas para la bebida al calmar escasamente la sed (por su bajo contenido en sales) y por su bajo pH que les confiere un carácter corrosivo del esmalte

Como no es factible tomar muestras de toda la biota de un sistema acuático, la selección de algunas pocas especies indicadoras simplifica y reduce los costos de la valoración sobre el estado del ecosistema, a la vez que se obtiene solo la información pertinente desechando un cumulo de datos difícil de manejar e interpretar.

Evaluación Biológica de la calidad de las aguas. Los organismos vivos que habitan en los cursos de aguas presentan estas adaptaciones evolutivas a unas determinadas condiciones ambientales, y presentan unos límites de tolerancia a las 3

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dental. Al evaluar la calidad de las aguas mediante el estudio de la composición y estructura de comunidades y organismos surge el término de calidad biológica. Se considera que un medio acuático presenta una buena calidad biológica cuando tiene unas características naturales que permiten que en su seno se desarrollen las comunidades de organismos que les son propias. (Alba-Tercedor, 1996).

prescinde de infraestructura sofisticada. Presentan las siguientes ventajas de acuerdo a (Rosenberg & Resh 1996): a) prácticamente universales, b) son sedentarios, c) son extremadamente sensibles a perturbaciones, d) presentan largos ciclos de vida, e) muestran una respuesta inmediata ante un determinado impacto, f) existe un patrón de estímulorespuesta ante alteraciones físicoquímicas, g) existen métodos de evaluación y conocimiento sobre taxonomía para algunas regiones.

Macroinvertebrados acuáticos: El uso de macroinvertebrados para valorar y determinar la calidad del agua tiene cuando menos 100 años de antigüedad. De estas técnicas, los insectos acuáticos (entre un 70-90% de la fauna de macroinvertebrados dulceacuícolas) han sido el grupo más estudiado para evaluar la calidad del agua por muchos investigadores (Hellawell, 1986; Abel; 1989; Rosenberg & Resh; 1993, 1996).

(Ghetti y Bonazzi, 1981) consideran a los macroinvertebrados acuáticos como los mejores bioindicadores de la calidad del agua. Les siguen, en su orden, las algas, los protozoos, las bacterias y en menor grado, los peces, las macrófitas, los hongos y los virus. Los índices más utilizados para la evaluación de la calidad del agua con macroinvertebrados bentónicos son el Sistema Saprobio (Kolkwitz & Marsson 1909), BMWP (Biological Monitoring Working Party), desarrollado para Gran Bretaña y BMWP/Col, adaptado a Colombia por (Roldan, 1997,1999), (Zúñiga de Cardoso et al, 1997), (Zamora, 1999), IBF (Indice Biótico de Familias) utilizado en EEUU. El método BMWP solo requiere llegar hasta el nivel de familia y los datos son cualitativos (presencia o ausencia). El puntaje va de 1 a10 de acuerdo con la tolerancia de los diferentes grupos a la contaminación orgánica. Las familias más sensibles como Perlidae y Oligoneuriidae reciben un puntaje de 10; en cambio, las más tolerantes a la contaminación, por ejemplo, Tubificidae, reciben una puntuación de 1 (Armitage, et al., 1983). La suma de los puntajes de todas las

Figura 1. A) Estructura de un macroinvertebrado, larva de un insecto del orden Trichoptero, B) Agallas abdominales, C) Uña anal. Los macroinvertebrados acuáticos son generalmente abundantes, relativamente fáciles de recolectar y tienen el suficiente tamaño para ser observados si necesidad del microscopio, o cuando menos se 4

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familias proporciona el puntaje total BMWP. (Tabla 1). CLASE

CALIDAD

PUNTAJE

SIGNIFICADO

COLOR CARTOG

I

Muy buena

>121

Aguas muy limpias

Azul oscuro

II

Buena

101 - 120

Aguas limpias

Azul claro

III

Aceptable

61 - 100

Aguas medianamente contaminadas

Verde

IV

Dudosa

36 - 60

Aguas contaminadas

Amarillo

Naranja

Rojo

V

Crítica

16 - 35

Aguas muy contaminadas

VI

Muy crítica

<15

Aguas fuertemente contaminadas

que son generalmente el grupo autotrófico dominante, además que la identificación de las especies de diatomeas es más simple que la de otros componentes (Cianobacterias, Chlorophyceae, etc.), además, las diatomeas están presentes a lo largo de todo el río, y presentes a través de todo el año, no presentan complicaciones en su ciclo y ecológicamente son mejor conocidos que otros grupos (Round 1993). No obstante, el uso de diatomeas bentónicas como bioindicadores del estado de los ecosistemas acuáticos, ha sido menos desarrollada que los macroinvertebrados bentónicos. Se asume que esta deficiencia esta dada por la dificultad metodológica y taxonómica que conlleva su utilización. Sin embargo, debido a que estos microorganismos son capaces de responder a los cambios del medio de manera rápida, puesto que su crecimiento depende de la incorporación directa de substancias disueltas en el agua (nutrientes, sales, metales), pueden ser de gran utilidad como factores de referencia del medio en el que están.

Tabla 1. Indice BMWP. Las ventajas de la mayoría de estos índices, es que para su utilización sólo se necesita conocer a nivel de familia cada uno de los grupos presentes en el sistema acuático, lo que soluciona el gran problema de nuestro país respecto a la falta de especialistas, taxónomos de los estados inmaduros de insectos acuáticos. Microalgas: En los sistemas acuáticos las microalgas constituyen el primer eslabón de la cadena trófica. En su condición de productor primario, el fitoplancton permite la entrada de energía al ecosistema, regula el régimen gaseoso y tiene acción depuradora, por lo que se considera uno de los indicadores más importantes de las alteraciones del medio marino (Loza, 1994). Los ensayos con algas han sido reconocidos por las autoridades reguladoras como relevantes y sensibles, considerándose indicadores primarios de contaminación (Fargašová, 1997).

Las ventajas de emplear diatomeas como indicadoras de la calidad de las aguas pueden ser resumidas de la siguiente manera: a) son cosmopolitas, b) algunas especies de este grupo son muy sensibles a los cambios ambientales, mientras otros son muy tolerantes, c) son sensibles a cambios ambientales ya sea en cortos o largos períodos de tiempo (paleolimnología), d) fáciles y rápidas de muestrear en grandes cantidades y sobre pequeñas áreas superficiales, e) el material utilizado para el montaje de las preparaciones, puede ser preservado, rechequeado y distribuido a otros laboratorios, f) las preparaciones hechas para la identificación son permanentes, entonces, comparaciones pueden ser

De las microalgas, las diatomeas son preferidas para los monitoreos debido a 5

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realizadas por otros investigadores, g) estas algas son particularmente manejables, debido a sus paredes celulares de sílice (generalmente denominadas como frústulos) (Figura 2) son raramente dañadas al ser removidas de los sustratos naturales o artificiales, h) son fácilmente cultivables y por lo tanto muy adecuados para trabajos experimentales bajo condiciones controladas para determinar respuestas a cambios, i) existe mucha información ecológica referida a sus rangos de tolerancia ambiental. (Toro et al, 2003)

finalidad la identificación de las diatomeas a nivel de genero (frente al índice IBD que exige una clasificación taxonómica hasta el nivel de especie), dándole así cierta ventaja a la hora de la identificación. El índice diatómico general (IDG), viene determinado por tres variables: Sensibilidad a la polución de cada especie (S), con valores entre 1 (más resistente) y 5 (más sensible). Amplitud ecológica (V), que va desde 1 (forma ubicua) hasta 3 (Forma característica). Abundancia (A). El índice diatómico se calcula mediante la siguiente fórmula: 𝐽

𝐴𝐽 𝑆𝐽 𝑉𝐽 𝐽 =1

IDG = _______________ 𝑛

𝐴𝐽 𝑉𝐽 𝐽 =1

Aj= Abundancia (%) Figura 2. Estructura de una microalga (Diatomea).

Sj= Sensibilidad a la polución (1 a 5) Vj= Valor indicativo de la especie (1 a 3)

Entre los índices más utilizados en el estudio de diatomeas como indicadores biológicos, que se han utilizado exitosamente en otros países están a) Indice biológico diatómico (IBD), b) Indice biológico general normalizado (IBGN), c) Indice General Diatómico (IDG), d) Indice Sapróbico (SI).

Los valores de IDG van en orden decreciente de los niveles de contaminación. Para la creación de este índice los autores tomaron como referencia un número de 106 taxones. Con esta fórmula el valor del índice que obtenemos podrá variar entre 1 y 5, rango establecido para la clasificación de la calidad de las aguas. (Tabla 2).

Es el índice diatómico general (IDG) es uno de los mas usados en los estudios de biomonitoreo. Éste método tiene como 6

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VALOR

SIGNIFICADO

IDG> 4.5

Calidad biológica óptima.

4< IDG< 4.5

Calidad normal. Polución débil.

3.5
Polución moderada. Eutrofización.

cambios estacionales tropicales, así como trabajos sobre las diferentes comunidades acuáticas, las cuales pueden indicar los procesos y fenómenos ecosistemicos de forma mas confiable que si se hiciera con una sola especie indicadora. (Pinilla, 1993).

Polución media. Eutrofización 3
acentuada.

REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS Desaparición de especies sensibles. 2
Polución fuerte.

1
Polución muy fuerte.

IDG = 0

La población es considerada como inexistente (polución tóxica). Por debajo de 10 individuos. Por mm2.

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Tabla 2. Clasificación de la calidad de las aguas adoptadas según el índice IDG.

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Situación en Colombia Los grupos mas utilizados en Colombia como indicadores biológicos corresponden al fitoplancton (especialmente las Desmidiaceas y Diatomeas) y a los macroinvertebrados acuáticos (básicamente insectos). Otros taxas se han usado con menor intensidad y en algunos casos los trabajos de bioindicacion se han reducido ha especies cosmopolitas de uso muy generalizado, como es el caso de las bacterias, de las cuales se desconocen las facultades de muchas especies nativas como indicadoras. Otro tanto podría decirse de los peces.

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El principal problema de los bioindicadores en Colombia esta en el desconocimiento (o conocimiento superficial) de su biología, taxonomía hasta el nivel de especie, ecología y distribución. Por otra parte, la sola presencia de una especie indicadora es insuficiente y se necesita realizar estudios sobre las densidades poblaciones y sus fluctuaciones naturales, asociadas a los

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