Contaminants

2003/01/01 Galarraga Aiestaran, Ana - Elhuyar Zientzia Iturria: Elhuyar aldizkaria

En 1989, el petrolier Exxon Valdez va sofrir un accident a Alaska. 40 milions de litres de petroli abocats a la mar, 1.600 km de costa contaminada i 1.500 milions de dòlars en labors de neteja. Per a la neteja de la marea negra es van emprar diverses tècniques, entre les quals es va comptar amb el suport de bacteris petrolífers. Des de llavors, les tècniques basades en la capacitat de neteja dels éssers vius han evolucionat considerablement.
Com més ric és l'ecosistema, major és la seva capacitat d'innovació.

Fins al desastre d'Exxon Valdez, pocs sabien què era la biorremediación. No obstant això, per a llavors, els investigadors portaven anys estudiant éssers vius amb capacitat de neteja. La biorremediación es basa en la recuperació de sòls i/o aigües contaminades mitjançant l'ús d'éssers vius degradables.

La naturalesa té la capacitat de regenerar-se per si mateixa, per exemple, si en un bosc es practica una gran tala d'arbres, en el sòl queda abundant matèria orgànica. Llavors, els organismes sapròfits que habiten sobre la matèria orgànica en descomposició es multipliquen i degraden el material caigut. El seu treball fa que el bosc recuperi l'equilibri.

L'ésser humà ha après a utilitzar en benefici propi el que ocorre en la naturalesa, per exemple, des de fa temps els pous negres s'utilitzen per a depurar les aigües residuals. Antigament no coneixien les bases científiques dels processos que allí es produïen, malgrat els resultats tangibles. Posteriorment es va descobrir que els bacteris anaerobis que es troben en el fons dels pous negres, que no necessiten oxigen per a viure, descomponen la matèria orgànica enfonsada, mentre que la que queda en la superfície és degradada per bacteris aerobis que necessiten oxigen. En l'actualitat, aquests mateixos processos s'utilitzen en plantes depuradores urbanes i industrials.

Del pou negre a marea negra

Els petroliers es converteixen en bombes contra el medi ambient quan s'enfonsen accidentalment.

Durant molts anys, els contaminants generats en activitats industrials, mineres, agrícoles... s'han emès simplement al medi ambient, superant la capacitat de renovació de la naturalesa. En l'actualitat existeixen lleis i normes específiques de protecció del medi ambient que obliguen a un tractament especial dels residus. Però sempre poden produir-se accidents. Per exemple, al novembre del passat any es va enfonsar en les aigües gallegues el petrolier Prestige, que es va convertir en una bomba contra el medi ambient.

Així va ocórrer també en el cas del petrolier Exxon Valdez. Per a combatre la marea negra creada llavors, entre altres coses, es van utilitzar microorganismes. Alguns microorganismes marins van veure la seva capacitat per a degradar hidrocarburs: Per exemple, bacteris dels gèneres Pseudomonas , Corynebacterium i Mycobacterium, alguns llevats i algues verdes. A més, per a augmentar la seva eficàcia se'ls va subministrar nitrogen, fòsfor i potassi, nutrients importants per als microorganismes.

D'altra banda, el vent i les ones també contribueixen a eliminar la marea negra. A causa del vent i a l'onatge es forma una emulsió, és a dir, les molècules de combustible es dispersen en petites partícules. Això facilita l'arribada de microorganismes marins petroliers a l'interior de la capa de petroli.

Com en la mar, en la terra

En les depuradores s'utilitzen microorganismes per a la neteja de les aigües residuals.

Si l'abocament es produeix en el sòl, el procés és diferent. La degradació queda en mans de fongs i bacteris, però és més difícil que en l'aigua. Això es deu al fet que, d'una banda, el combustible es filtra a les capes inferiors i, per un altre, queda atrapat en els processos de formació d'humus. Una altra diferència amb els abocaments que es produeixen en l'aigua és que en el sòl, el factor que limita la proliferació de fongs i bacteris no és l'escassetat de nutrients, sinó la falta d'oxigen. Perquè els microorganismes tinguin suficient oxigen per a reproduir-se, es ventilarà el sòl o s'afegeixen peròxids (H 2 O 2).

A més dels combustibles, els microorganismes degraden molts altres contaminants orgànics com a hidrocarburs aromàtics policíclics (PAH), bifenilos policlorados (PCB), explosius, pesticides, etc.

Alguns d'aquests contaminants orgànics són molècules també presents en els éssers vius, per la qual cosa pot resultar relativament fàcil trobar un microorganisme que els degradi. No obstant això, quan es tracta de molècules noves, estranyes a la vida, és molt més difícil trobar un microorganisme capaç de descompondre-la.

A Euskal Herria l'activitat minera ha estat molt antiga. Però, sobretot, des de l'augment de l'activitat com a conseqüència dels avanços tecnològics s'han contaminat tant de sòl.

En paraules de Juan Luis Ramos, director de l'estació experimental del Consell Superior de Recerques Científiques d'Espanya (CSIC), ZADIN, “no s'ha passat el temps suficient per a produir enzims que eliminin aquestes substàncies estranyes, per la qual cosa s'acumulen”. I és encara més difícil trobar microorganismes adequats per a la neteja de sòls contaminats amb metalls pesants (cadmi, plom, beril·li, mercuri...).

Plantes netejadores

Algunes plantes, per part seva, no renuncien a aquests metalls pesants tòxics per a la resta d'organismes. Per això, són aptes per a ser utilitzades en la fitorremediación que se serveix de les plantes. En aquest àmbit, la Facultat de Ciències de la UPV/EHU de Leioa i NEIKER treballen conjuntament.

El departament de Biologia Vegetal i Ecologia, José María Becerril, ha explicat que s'està tractant d'aconseguir plantes capaces d'eliminar metalls pesants. De fet, la mineria ha tingut una gran força en alguns llocs del País Basc i molts sòls han quedat contaminats amb metalls pesants. Amb el temps es corre el risc que aquests metalls passin als éssers vius i, per la seva toxicitat, poden causar greus problemes de salut.

Rumex acetosa és una planta que absorbeix metalls. El metall acumulat dóna a les fulles un color fosc.
A. Galarraga

L'extracció de metalls es duu a terme mitjançant mètodes físic-químics, però tenen un efecte molt negatiu sobre el sòl, a causa de la necessitat del seu trasllat al lloc de tractament, amb una alteració total del sòl. Per contra, les plantes amb capacitat d'absorció i acumulació de metalls pesants es planten in situ. Això permet recuperar un paisatge desèrtic.

Aquestes plantes especials acumulen entre 10 i 1.000 vegades més metalls que les convencionals, per la qual cosa la quantitat acumulada de metalls pot arribar a representar entre l'1 i el 5% del pes de la planta seca. La crema de la planta permet la recollida de metalls i aprofitar l'energia alliberada durant la incineració.

Plantes mineres

Desgraciadament, aquestes plantes metall-acumuladores solen ser petites i estranyes, per la qual cosa encara que s'extreuen grans concentracions de metalls, finalment s'obtenen petites quantitats. Amb l'objectiu de superar aquest problema, la Facultat de Ciències i NEIKER han abordat dues vies: d'una banda, l'estudi de les plantes amb major capacitat d'emmagatzematge de metalls pesants i, per un altre, la transformació de les plantes utilitzades en els camps en un bon extractor de metalls.

Encara que les espècies dels camps de cultiu no són molt bones en l'absorció de metalls pesants, tenen una biomassa molt major que els acumuladors de plantes, molt més matèria orgànica. Per això, pretenen augmentar la tolerància i la capacitat d'absorció de certs metalls en algunes plantes dels camps, amb la finalitat de crear plantes capaces d'extreure grans quantitats de metalls. De moment, els millors resultats s'han obtingut amb el card.

Quant a les plantes metall-acumuladores, s'han centrat en les plantes que creixen en els abocadors de mines. Al principi es van recollir les plantes de les mines, de les quals es van seleccionar aquelles que podien emmagatzemar metalls. Posteriorment, es van tenir en compte altres factors: la biomassa que tenien, la seva facilitat d'ús o no, el seu atractiu per als herbívors... Si la planta fora atractiva, els herbívors ajudarien a expandir el contaminant.

Seguint aquests criteris, s'han seleccionat dues o tres plantes de les 60 que es van recollir inicialment. Una d'elles és Rumex acetosa, que ara està investigant com augmentar l'eficiència de l'extracció. D'una banda, volen conèixer les condicions idònies per a augmentar la biomassa de la planta (pH, temperatura, humitat, etc.). D'altra banda, s'està buscant la manera de fer més accessibles els metalls per a la planta. L'addició de ligantes en el sòl afavoreix la formació de ligantes-metalls composts que són més fàcilment absorbits per les plantes. No obstant això, el fet que els metalls siguin més assequibles comporta el risc que els altres éssers vius puguin fer-ho més fàcilment.

Col·laborant millor

A part de l'extracció i acumulació de metalls, altres mecanismes de les plantes també són útils en la fitorremediación. Per exemple, les plantes poden expulsar contaminants volàtils juntament amb la respiració. Les plantes ajuden a fixar els contaminants al voltant de les arrels. De fet, les plantes són bombes d'aigua que funcionen amb força solar, per exemple, els pollancres són capaços d'absorbir 115 litres d'aigua al dia i creixen ràpidament. Per això, els pollancres s'utilitzen en diverses zones per a evitar el pas de contaminants a capes inferiors.

Als EUA s'utilitzen pollancres per a fixar els contaminants en l'entorn. Els pollancres són capaços d'absorbir 115 litres d'aigua al dia.

A més de tot això, el 20% de la matèria orgànica que produeixen les plantes flueixen per les arrels. Aquesta matèria orgànica és una excel·lent font d'energia per a bacteris i fongs. En conseqüència, els microorganismes es concentren al voltant de les arrels. Tenint en compte això, les plantes poden ser utilitzades per a la incorporació i dispersió de microorganismes degradants.

La combinació de la força d'absorció de les plantes i la capacitat de degradació dels microorganismes augmenta considerablement l'eficàcia de la remediación. Les plantes no degraden contaminants, com a molt els transformen perquè no siguin tòxics. No obstant això, per a qui menja la planta pot continuar sent tòxica o, després de la mort de la planta, tornar al sòl el contaminant. D'aquí el seu interès per la combinació de microorganismes i plantes, entre les quals es pot aconseguir una total degradació i eliminació del contaminant. I si les arrels d'aquestes plantes tenen diferents longituds, millor, ja que treballaran a diferents profunditats.

Clarobscurs

La biorremediación té beneficis evidents: és més barata que els mètodes físic-químics, no genera gran quantitat de residus, accelera els processos que es produeixen en la naturalesa, s'aplica sobre el terreny, utilitza l'energia solar, la societat el veu amb bons ulls (excepte en el cas dels organismes creats amb biotecnologia)...

En la fitorremediación és convenient utilitzar plantes amb arrels de diferents longituds per a treballar a diferents profunditats.

No obstant això, no tot és favorable. En primer lloc, l'ecologia autòctona canvia a causa de la introducció d'éssers vius que ja no existien. A més, a vegades, el risc d'entrada de contaminants a la cadena alimentària augmenta; les substàncies nocives que abans es trobaven en el sòl passen tant a microorganismes com a plantes, facilitant el passo als animals que s'alimenten d'elles. En l'extrem final de la cadena estaria l'home.

A més dels seus efectes sobre el medi ambient, les tècniques de biorremediación tenen moltes limitacions per a superar-les. En general, són poc eficaços: només poden utilitzar-se amb certs contaminants, han d'estar presents en la superfície del sòl o de l'aigua i, sobretot, necessiten molt temps, mesos o anys.

No obstant això, de moment no existeix una solució completa per a la neteja de sòls contaminats, per la qual cosa es considera convenient considerar la biorremediación.

Activitats i instal·lacions potencialment contaminants del sòl

  1. Extracció de minerals metàl·lics
  2. Lacatge, desgreixat i acabat de fibres tèxtils
  3. Preparació, adobat i acabat del cuir
  4. Preparació industrial de la fusta
  5. Refinament de petroli
  6. Acte-fàbriques
  7. Planta asfàltica
  8. Indústria química
  9. Metal·lúrgia
  10. Producció de productes metàl·lics, maquinària i equip mecànic, incloent forja, estampació, embutición, tractament i revestiment de metalls
  11. Fabricació d'armes i municions
  12. Producció de material i maquinària elèctrica i electrònica
  13. Producció de material de transport
  14. Manteniment i reparació d'elements de transport
  15. Gasolineres
  16. Instal·lacions de gestió ambiental, inclosos abocadors
  17. Comerç a l'engròs de minerals, metalls, productes químics, ferralla i residus.
  18. Emmagatzematge i emmagatzematge de mercaderies perilloses
  19. Generació d'energia. Central tèrmica

(Font: IHOBE).


Biotecnologia i bacteris ‘suïcides’

La biotecnologia tracta de millorar la naturalesa. Coneixent quins són els enzims que degraden els contaminants, els investigadors tracten d'identificar els gens que controlen la seva producció. Posteriorment, aquests gens es poden introduir en el codi genètic de l'organisme que convingui. D'aquesta manera, les propietats d'alguns microorganismes en la naturalesa poden agrupar-se en un sol bacteri o formar en una planta els gens dels bacteris.

Per exemple, en el centre ZADIN del CSIC es va fabricar un bacteri capaç de mineralizar l'explosiu TNT (2,4,6 trinitrotolueno) que els vius no poden degradar. El TNT és l'explosiu més utilitzat en el món i és molt contaminant. Alguns bacteris del gènere Pseudomonas van veure que el TNT és capaç de degradar-se fins al tolueno, mentre que els enzims que degraden el tolueno es troben codificades en el WWO plasmido. Van ficar el plasmidi en el genoma del bacteri i van obtenir el bacteri que elimina el TNT. Després han fet un pas més: Introduint els gens associats a la degradació del TNT en la planta de tabac, s'ha elaborat un tabac transgènic que descompon totalment l'explosiu.

En molts centres de recerca s'estan duent a terme assajos similars, però de moment a Europa no està autoritzada la realització d'estudis de camp, ja que desconeixen la influència dels gens estranys d'organismes genèticament modificats en la naturalesa. Ara s'estan buscant maneres de controlar organismes genèticament modificats i, entre altres coses, s'han creat bacteris ‘suïcides’ que s'eliminen després de la degradació del contaminant.

Els bacteris ‘suïcides’ es maten al final del contaminant que degraden. Això s'aconsegueix introduint el gen que codifica una proteïna especial en el genoma dels bacteris recombinants. Aquesta proteïna perfora la paret cel·lular del bacteri, per la qual cosa aquesta mor.

Mentre hi ha contaminant, el gen ‘assassino’ està inhibit, que és el propi contaminant. No obstant això, quan els bacteris degraden tot el contaminant, el gen s'expressa i es produeix proteïna, la qual perfora la paret cel·lular i el bacteri mor. Amb aquest mecanisme es pretén evitar el pas de gens estranys a la naturalesa.