Contaminantes

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

En 1989, el petrolero Exxon Valdez sufrió un accidente en Alaska. 40 millones de litros de petróleo vertidos al mar, 1.600 km de costa contaminada y 1.500 millones de dólares en labores de limpieza. Para la limpieza de la marea negra se emplearon diversas técnicas, entre las que se contó con el apoyo de bacterias petrolíferas. Desde entonces, las técnicas basadas en la capacidad de limpieza de los seres vivos han evolucionado considerablemente.
Cuanto más rico es el ecosistema, mayor es su capacidad de innovación.

Hasta el desastre de Exxon Valdez, pocos sabían qué era la biorremediación. Sin embargo, para entonces, los investigadores llevaban años estudiando seres vivos con capacidad de limpieza. La biorremediación se basa en la recuperación de suelos y/o aguas contaminadas mediante el uso de seres vivos degradables.

La naturaleza tiene la capacidad de regenerarse por sí misma, por ejemplo, si en un bosque se practica una gran tala de árboles, en el suelo queda abundante materia orgánica. Entonces, los organismos saprófitos que habitan sobre la materia orgánica en descomposición se multiplican y degradan el material caído. Su trabajo hace que el bosque recupere el equilibrio.

El ser humano ha aprendido a utilizar en beneficio propio lo que ocurre en la naturaleza, por ejemplo, desde hace tiempo los pozos negros se utilizan para depurar las aguas residuales. Antiguamente no conocían las bases científicas de los procesos que allí se producían, a pesar de los resultados tangibles. Posteriormente se descubrió que las bacterias anaerobias que se encuentran en el fondo de los pozos negros, que no necesitan oxígeno para vivir, descomponen la materia orgánica hundida, mientras que la que queda en la superficie es degradada por bacterias aerobias que necesitan oxígeno. En la actualidad, estos mismos procesos se utilizan en plantas depuradoras urbanas e industriales.

Del pozo negro a marea negra

Los petroleros se convierten en bombas contra el medio ambiente cuando se hunden accidentalmente.

Durante muchos años, los contaminantes generados en actividades industriales, mineras, agrícolas... se han emitido simplemente al medio ambiente, superando la capacidad de renovación de la naturaleza. En la actualidad existen leyes y normas específicas de protección del medio ambiente que obligan a un tratamiento especial de los residuos. Pero siempre pueden producirse accidentes. Por ejemplo, en noviembre del pasado año se hundió en las aguas gallegas el petrolero Prestige, que se convirtió en una bomba contra el medio ambiente.

Así ocurrió también en el caso del petrolero Exxon Valdez. Para combatir la marea negra creada entonces, entre otras cosas, se utilizaron microorganismos. Algunos microorganismos marinos vieron su capacidad para degradar hidrocarburos: Por ejemplo, bacterias de los géneros Pseudomonas , Corynebacterium y Mycobacterium, algunas levaduras y algas verdes. Además, para aumentar su eficacia se les suministró nitrógeno, fósforo y potasio, nutrientes importantes para los microorganismos.

Por otro lado, el viento y las olas también contribuyen a eliminar la marea negra. Debido al viento y al oleaje se forma una emulsión, es decir, las moléculas de combustible se dispersan en pequeñas partículas. Esto facilita la llegada de microorganismos marinos petroleros al interior de la capa de petróleo.

Como en el mar, en la tierra

En las depuradoras se utilizan microorganismos para la limpieza de las aguas residuales.

Si el vertido se produce en el suelo, el proceso es diferente. La degradación queda en manos de hongos y bacterias, pero es más difícil que en el agua. Esto se debe a que, por un lado, el combustible se filtra a las capas inferiores y, por otro, queda atrapado en los procesos de formación de humus. Otra diferencia con los vertidos que se producen en el agua es que en el suelo, el factor que limita la proliferación de hongos y bacterias no es la escasez de nutrientes, sino la falta de oxígeno. Para que los microorganismos tengan suficiente oxígeno para reproducirse, se ventilará el suelo o se añaden peróxidos (H 2 O 2).

Además de los combustibles, los microorganismos degradan otros muchos contaminantes orgánicos como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), bifenilos policlorados (PCB), explosivos, pesticidas, etc.

Algunos de estos contaminantes orgánicos son moléculas también presentes en los seres vivos, por lo que puede resultar relativamente fácil encontrar un microorganismo que los degrade. Sin embargo, cuando se trata de moléculas nuevas, extrañas a la vida, es mucho más difícil encontrar un microorganismo capaz de descomponerla.

En Euskal Herria la actividad minera ha sido muy antigua. Pero, sobre todo, desde el aumento de la actividad como consecuencia de los avances tecnológicos se han contaminado tanto suelo.

En palabras de Juan Luis Ramos, director de la estación experimental del Consejo Superior de Investigaciones Científicas de España (CSIC), ZADIN, “no se ha pasado el tiempo suficiente para producir enzimas que eliminen estas sustancias extrañas, por lo que se acumulan”. Y es aún más difícil encontrar microorganismos adecuados para la limpieza de suelos contaminados con metales pesados (cadmio, plomo, berilio, mercurio...).

Plantas limpiadoras

Algunas plantas, por su parte, no renuncian a estos metales pesados tóxicos para el resto de organismos. Por ello, son aptas para ser utilizadas en la fitorremediación que se sirve de las plantas. En este ámbito, la Facultad de Ciencias de la UPV/EHU de Leioa y NEIKER trabajan conjuntamente.

El departamento de Biología Vegetal y Ecología, José María Becerril, ha explicado que se está tratando de conseguir plantas capaces de eliminar metales pesados. De hecho, la minería ha tenido una gran fuerza en algunos lugares del País Vasco y muchos suelos han quedado contaminados con metales pesados. Con el tiempo se corre el riesgo de que estos metales pasen a los seres vivos y, por su toxicidad, pueden causar graves problemas de salud.

Rumex acetosa es una planta que absorbe metales. El metal acumulado da a las hojas un color oscuro.
A. Galarraga

La extracción de metales se lleva a cabo mediante métodos físico-químicos, pero tienen un efecto muy negativo sobre el suelo, debido a la necesidad de su traslado al lugar de tratamiento, con una alteración total del suelo. Por el contrario, las plantas con capacidad de absorción y acumulación de metales pesados se plantan in situ. Esto permite recuperar un paisaje desértico.

Estas plantas especiales acumulan entre 10 y 1.000 veces más metales que las convencionales, por lo que la cantidad acumulada de metales puede llegar a representar entre el 1 y el 5% del peso de la planta seca. La quema de la planta permite la recogida de metales y aprovechar la energía liberada durante la incineración.

Plantas mineras

Desgraciadamente, estas plantas metal-acumuladoras suelen ser pequeñas y raras, por lo que aunque se extraen grandes concentraciones de metales, finalmente se obtienen pequeñas cantidades. Con el objetivo de superar este problema, la Facultad de Ciencias y NEIKER han abordado dos vías: por un lado, el estudio de las plantas con mayor capacidad de almacenamiento de metales pesados y, por otro, la transformación de las plantas utilizadas en los campos en un buen extractor de metales.

Aunque las especies de los campos de cultivo no son muy buenas en la absorción de metales pesados, tienen una biomasa mucho mayor que los acumuladores de plantas, mucho más materia orgánica. Por ello, pretenden aumentar la tolerancia y la capacidad de absorción de ciertos metales en algunas plantas de los campos, con el fin de crear plantas capaces de extraer grandes cantidades de metales. De momento, los mejores resultados se han obtenido con el cardo.

En cuanto a las plantas metal-acumuladoras, se han centrado en las plantas que crecen en los vertederos de minas. En un principio se recogieron las plantas de las minas, de las que se seleccionaron aquellas que podían almacenar metales. Posteriormente, se tuvieron en cuenta otros factores: la biomasa que tenían, su facilidad de uso o no, su atractivo para los herbívoros... Si la planta fuera atractiva, los herbívoros ayudarían a expandir el contaminante.

Siguiendo estos criterios, se han seleccionado dos o tres plantas de las 60 que se recogieron inicialmente. Una de ellas es Rumex acetosa, que ahora está investigando cómo aumentar la eficiencia de la extracción. Por un lado, quieren conocer las condiciones idóneas para aumentar la biomasa de la planta (pH, temperatura, humedad, etc.). Por otro lado, se está buscando la forma de hacer más accesibles los metales para la planta. La adición de ligantes en el suelo favorece la formación de ligantes-metales compuestos que son más fácilmente absorbidos por las plantas. Sin embargo, el hecho de que los metales sean más asequibles conlleva el riesgo de que los demás seres vivos puedan hacerlo más fácilmente.

Colaborando mejor

Aparte de la extracción y acumulación de metales, otros mecanismos de las plantas también son útiles en la fitorremediación. Por ejemplo, las plantas pueden expulsar contaminantes volátiles junto con la respiración. Las plantas ayudan a fijar los contaminantes alrededor de las raíces. De hecho, las plantas son bombas de agua que funcionan con fuerza solar, por ejemplo, los chopos son capaces de absorber 115 litros de agua al día y crecen rápidamente. Por ello, los chopos se utilizan en diversas zonas para evitar el paso de contaminantes a capas inferiores.

En EEUU se utilizan chopos para fijar los contaminantes en el entorno. Los chopos son capaces de absorber 115 litros de agua al día.

Además de todo esto, el 20% de la materia orgánica que producen las plantas fluyen por las raíces. Esta materia orgánica es una excelente fuente de energía para bacterias y hongos. En consecuencia, los microorganismos se concentran alrededor de las raíces. Teniendo en cuenta esto, las plantas pueden ser utilizadas para la incorporación y dispersión de microorganismos degradantes.

La combinación de la fuerza de absorción de las plantas y la capacidad de degradación de los microorganismos aumenta considerablemente la eficacia de la remediación. Las plantas no degradan contaminantes, como mucho los transforman para que no sean tóxicos. Sin embargo, para quien come la planta puede seguir siendo tóxica o, tras la muerte de la planta, volver al suelo el contaminante. De ahí su interés por la combinación de microorganismos y plantas, entre las que se puede conseguir una total degradación y eliminación del contaminante. Y si las raíces de estas plantas tienen diferentes longitudes, mejor, ya que trabajarán a diferentes profundidades.

Claroscuros

La biorremediación tiene beneficios evidentes: es más barata que los métodos físico-químicos, no genera gran cantidad de residuos, acelera los procesos que se producen en la naturaleza, se aplica sobre el terreno, utiliza la energía solar, la sociedad lo ve con buenos ojos (excepto en el caso de los organismos creados con biotecnología)...

En la fitorremediación es conveniente utilizar plantas con raíces de diferentes longitudes para trabajar a diferentes profundidades.

Sin embargo, no todo es favorable. En primer lugar, la ecología autóctona cambia debido a la introducción de seres vivos que ya no existían. Además, en ocasiones, el riesgo de entrada de contaminantes a la cadena alimentaria aumenta; las sustancias nocivas que antes se encontraban en el suelo pasan tanto a microorganismos como a plantas, facilitando el paso a los animales que se alimentan de ellas. En el extremo final de la cadena estaría el hombre.

Además de sus efectos sobre el medio ambiente, las técnicas de biorremediación tienen muchas limitaciones para superarlas. En general, son poco eficaces: sólo pueden utilizarse con ciertos contaminantes, deben estar presentes en la superficie del suelo o del agua y, sobre todo, necesitan mucho tiempo, meses o años.

No obstante, por el momento no existe una solución completa para la limpieza de suelos contaminados, por lo que se considera conveniente considerar la biorremediación.

Actividades e instalaciones potencialmente contaminantes del suelo

  1. Extracción de minerales metálicos
  2. Lacado, desengrasado y acabado de fibras textiles
  3. Preparación, curtido y acabado del cuero
  4. Preparación industrial de la madera
  5. Refino de petróleo
  6. Auto-fábricas
  7. Planta asfáltica
  8. Industria química
  9. Metalurgia
  10. Producción de productos metálicos, maquinaria y equipo mecánico, incluyendo forja, estampación, embutición, tratamiento y revestimiento de metales
  11. Fabricación de armas y municiones
  12. Producción de material y maquinaria eléctrica y electrónica
  13. Producción de material de transporte
  14. Mantenimiento y reparación de elementos de transporte
  15. Gasolineras
  16. Instalaciones de gestión ambiental, incluidos vertederos
  17. Comercio al por mayor de minerales, metales, productos químicos, chatarra y residuos.
  18. Almacenamiento y almacenamiento de mercancías peligrosas
  19. Generación de energía. Central térmica

(Fuente: IHOBE).


Biotecnología y bacterias ‘suicidas’

La biotecnología trata de mejorar la naturaleza. Conociendo cuáles son las enzimas que degradan los contaminantes, los investigadores tratan de identificar los genes que controlan su producción. Posteriormente, estos genes se pueden introducir en el código genético del organismo que convenga. De este modo, las propiedades de algunos microorganismos en la naturaleza pueden agruparse en una sola bacteria o formar en una planta los genes de las bacterias.

Por ejemplo, en el centro ZADIN del CSIC se fabricó una bacteria capaz de mineralizar el explosivo TNT (2,4,6 trinitrotolueno) que los vivos no pueden degradar. El TNT es el explosivo más utilizado en el mundo y es muy contaminante. Algunas bacterias del género Pseudomonas vieron que el TNT es capaz de degradarse hasta el tolueno, mientras que las enzimas que degradan el tolueno se encuentran codificadas en el WWO plasmido. Metieron el plásmido en el genoma de la bacteria y obtuvieron la bacteria que elimina el TNT. Después han dado un paso más: Introduciendo los genes asociados a la degradación del TNT en la planta de tabaco, se ha elaborado un tabaco transgénico que descompone totalmente el explosivo.

En muchos centros de investigación se están llevando a cabo ensayos similares, pero por el momento en Europa no está autorizada la realización de estudios de campo, ya que desconocen la influencia de los genes extraños de organismos genéticamente modificados en la naturaleza. Ahora se están buscando formas de controlar organismos genéticamente modificados y, entre otras cosas, se han creado bacterias ‘suicidas’ que se eliminan tras la degradación del contaminante.

Las bacterias ‘suicidas’ se matan al final del contaminante que degradan. Esto se consigue introduciendo el gen que codifica una proteína especial en el genoma de las bacterias recombinantes. Esta proteína perfora la pared celular de la bacteria, por lo que ésta muere.

Mientras hay contaminante, el gen ‘asesino’ está inhibido, que es el propio contaminante. Sin embargo, cuando las bacterias degradan todo el contaminante, el gen se expresa y se produce proteína, la cual perfora la pared celular y la bacteria muere. Con este mecanismo se pretende evitar el paso de genes extraños a la naturaleza.