Contaminantes

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

En 1989, o petroleiro Exxon Valdez sufriu un accidente en Alaska. 40 millóns de litros de petróleo vertidos ao mar, 1.600 km de costa contaminada e 1.500 millóns de dólares en labores de limpeza. Paira a limpeza da marea negra empregáronse diversas técnicas, entre as que se contou co apoio de bacterias petrolíferas. Desde entón, as técnicas baseadas na capacidade de limpeza dos seres vivos han evolucionado considerablemente.
Canto máis rico é o ecosistema, maior é a súa capacidade de innovación.

Até o desastre de Exxon Valdez, poucos sabían que era a biorremediación. Con todo, para entón, os investigadores levaban anos estudando seres vivos con capacidade de limpeza. A biorremediación baséase na recuperación de chans e/ou augas contaminadas mediante o uso de seres vivos degradables.

A natureza ten a capacidade de rexenerarse por si mesma, por exemplo, si nun bosque practícase una gran talla de árbores, no chan queda abundante materia orgánica. Entón, os organismos saprófitos que habitan sobre a materia orgánica en descomposición multiplícanse e degradan o material caído. O seu traballo fai que o bosque recupere o equilibrio.

O ser humano aprendeu a utilizar en beneficio propio o que ocorre na natureza, por exemplo, desde hai tempo os pozos negros utilízanse paira depurar as augas residuais. Antigamente non coñecían as bases científicas dos procesos que alí se producían, a pesar dos resultados tanxibles. Posteriormente descubriuse que as bacterias anaerobias que se atopan no fondo dos pozos negros, que non necesitan osíxeno paira vivir, descompoñen a materia orgánica afundida, mentres que a que queda na superficie é degradada por bacterias aerobias que necesitan osíxeno. Na actualidade, estes mesmos procesos utilízanse en plantas depuradoras urbanas e industriais.

Do pozo negro a marea negra

Os petroleiros convértense en bombas contra o medio ambiente cando se afunden accidentalmente.

Durante moitos anos, os contaminantes xerados en actividades industriais, mineiras, agrícolas... emitíronse simplemente ao medio ambiente, superando a capacidade de renovación da natureza. Na actualidade existen leis e normas específicas de protección do medio ambiente que obrigan a un tratamento especial dos residuos. Pero sempre poden producirse accidentes. Por exemplo, en novembro do pasado ano afundiuse nas augas galegas o petroleiro Prestige, que se converteu nunha bomba contra o medio ambiente.

Así ocorreu tamén no caso do petroleiro Exxon Valdez. Paira combater a marea negra creada entón, entre outras cousas, utilizáronse microorganismos. Algúns microorganismos mariños viron a súa capacidade paira degradar hidrocarburos: Por exemplo, bacterias dos xéneros Pseudomonas , Corynebacterium e Mycobacterium, algúns fermentos e algas verdes. Ademais, paira aumentar a súa eficacia fornecéuselles nitróxeno, fósforo e potasio, nutrientes importantes paira os microorganismos.

Doutra banda, o vento e as ondas tamén contribúen a eliminar a marea negra. Debido ao vento e á ondada fórmase una emulsión, é dicir, as moléculas de combustible dispérsanse en pequenas partículas. Isto facilita a chegada de microorganismos mariños petroleiros ao interior da capa de petróleo.

Como no mar, na terra

Nas depuradoras utilízanse microorganismos paira a limpeza das augas residuais.

Se a vertedura prodúcese no chan, o proceso é diferente. A degradación queda en mans de fungos e bacterias, pero é máis difícil que na auga. Isto débese a que, por unha banda, o combustible fíltrase ás capas inferiores e, por outro, queda atrapado nos procesos de formación de humus. Outra diferenza coas verteduras que se producen na auga é que no chan, o factor que limita a proliferación de fungos e bacterias non é a escaseza de nutrientes, senón a falta de osíxeno. Para que os microorganismos teñan suficiente osíxeno paira reproducirse, se ventilará o chan ou se engaden peróxidos (H 2 Ou 2).

Ademais dos combustibles, os microorganismos degradan outros moitos contaminantes orgánicos como hidrocarburos aromáticos policíclicos (PAH), bifenilos policlorados (PCB), explosivos, pesticidas, etc.

Algúns destes contaminantes orgánicos son moléculas tamén presentes nos seres vivos, polo que pode resultar relativamente fácil atopar un microorganismo que os degrade. Con todo, cando se trata de moléculas novas, estrañas á vida, é moito máis difícil atopar un microorganismo capaz de descompola.

En Euskal Herria a actividade mineira foi moi antiga. Pero, sobre todo, desde o aumento da actividade como consecuencia dos avances tecnolóxicos contamináronse tanto chan.

En palabras de Juan Luís Ramos, director da estación experimental do Consello Superior de Investigacións Científicas de España (CSIC), ZADIN, “non se pasou o tempo suficiente paira producir encimas que eliminen estas sustancias estrañas, polo que se acumulan”. E é aínda máis difícil atopar microorganismos adecuados paira a limpeza de chans contaminados con metais pesados (cadmio, chumbo, berilio, mercurio...).

Plantas limpadoras

Algunhas plantas, pola súa banda, non renuncian a estes metais pesados tóxicos paira o resto de organismos. Por iso, son aptas paira ser utilizadas na fitorremediación que se serve das plantas. Neste ámbito, a Facultade de Ciencias da UPV/EHU de Leioa e NEIKER traballan conxuntamente.

O departamento de Bioloxía Vexetal e Ecoloxía, José María Becerril, explicou que se está tratando de conseguir plantas capaces de eliminar metais pesados. De feito, a minería tivo una gran forza nalgúns lugares do País Vasco e moitos chans quedaron contaminados con metais pesados. Co tempo córrese o risco de que estes metais pasen aos seres vivos e, pola súa toxicidade, poden causar graves problemas de saúde.

Rumex acetosa é una planta que absorbe metais. O metal acumulado dá ás follas unha cor escura.
A. Galarraga

A extracción de metais leva a cabo mediante métodos físico-químicos, pero teñen un efecto moi negativo sobre o chan, debido á necesidade do seu traslado ao lugar de tratamento, cunha alteración total do chan. Pola contra, as plantas con capacidade de absorción e acumulación de metais pesados plántanse in situ. Isto permite recuperar unha paisaxe desértico.

Estas plantas especiais acumulan entre 10 e 1.000 veces máis metais que as convencionais, polo que a cantidade acumulada de metais pode chegar a representar entre o 1 e o 5% do peso da planta seca. Quéimaa da planta permite a recollida de metais e aproveitar a enerxía liberada durante a incineración.

Plantas mineiras

Desgraciadamente, estas plantas metal-acumuladoras adoitan ser pequenas e raras, polo que aínda que se extraen grandes concentracións de metais, finalmente obtéñense pequenas cantidades. Co obxectivo de superar este problema, a Facultade de Ciencias e NEIKER abordaron dúas vías: por unha banda, o estudo das plantas con maior capacidade de almacenamento de metais pesados e, por outro, a transformación das plantas utilizadas nos campos nun bo extractor de metais.

Aínda que as especies dos campos de cultivo non son moi boas na absorción de metais pesados, teñen una biomasa moito maior que os acumuladores de plantas, moito máis materia orgánica. Por iso, pretenden aumentar a tolerancia e a capacidade de absorción de certos metais nalgunhas plantas dos campos, co fin de crear plantas capaces de extraer grandes cantidades de metais. De momento, os mellores resultados obtivéronse co cardo.

En canto a plántalas metal-acumuladoras, centráronse nas plantas que crecen nos vertedoiros de minas. Nun principio recolléronse as plantas das minas, das que se seleccionaron aquelas que podían almacenar metais. Posteriormente, tivéronse en conta outros factores: a biomasa que tiñan, a súa facilidade de uso ou non, o seu atractivo paira os herbívoros... Se a planta fose atractiva, os herbívoros axudarían a expandir o contaminante.

Seguindo estes criterios, seleccionáronse dous ou tres plantas das 60 que se recolleron inicialmente. Una delas é Rumex acetosa, que agora está a investigar como aumentar a eficiencia da extracción. Por unha banda, queren coñecer as condicións idóneas paira aumentar a biomasa da planta (pH, temperatura, humidade, etc.). Doutra banda, está a buscarse a forma de facer máis accesibles os metais paira a planta. A adición de ligantes no chan favorece a formación de ligantes-metais compostos que son máis facilmente absorbidos polas plantas. Con todo, o feito de que os metais sexan máis alcanzables leva o risco de que os demais seres vivos poidan facelo máis facilmente.

Colaborando mellor

Á parte da extracción e acumulación de metais, outros mecanismos das plantas tamén son útiles na fitorremediación. Por exemplo, as plantas poden expulsar contaminantes volátiles xunto coa respiración. As plantas axudan a fixar os contaminantes ao redor das raíces. De feito, as plantas son bombas de auga que funcionan con forza solar, por exemplo, os chopos son capaces de absorber 115 litros de auga ao día e crecen rapidamente. Por iso, os chopos utilízanse en diversas zonas paira evitar o paso de contaminantes a capas inferiores.

En EEUU utilízanse chopos paira fixar os contaminantes na contorna. Os chopos son capaces de absorber 115 litros de auga ao día.

Ademais de todo isto, o 20% da materia orgánica que producen as plantas flúen polas raíces. Esta materia orgánica é una excelente fonte de enerxía paira bacterias e fungos. En consecuencia, os microorganismos concéntranse ao redor das raíces. Tendo en conta isto, as plantas poden ser utilizadas paira a incorporación e dispersión de microorganismos degradantes.

A combinación da forza de absorción das plantas e a capacidade de degradación dos microorganismos aumenta considerablemente a eficacia da remediación. As plantas non degradan contaminantes, como moito transfórmanos para que non sexan tóxicos. Con todo, paira quen come a planta pode seguir sendo tóxica ou, tras a morte da planta, volver ao chan o contaminante. De aí o seu interese pola combinación de microorganismos e plantas, entre as que se pode conseguir una total degradación e eliminación do contaminante. E se as raíces destas plantas teñen diferentes lonxitudes, mellor, xa que traballarán a diferentes profundidades.

Claroscuros

A biorremediación ten beneficios evidentes: é máis barata que os métodos físico-químicos, non xera gran cantidade de residuos, acelera os procesos que se producen na natureza, aplícase sobre o terreo, utiliza a enerxía solar, a sociedade veo con bos ollos (excepto no caso dos organismos creados con biotecnoloxía)...

Na fitorremediación é conveniente utilizar plantas con raíces de diferentes lonxitudes paira traballar a diferentes profundidades.

Con todo, non todo é favorable. En primeiro lugar, a ecoloxía autóctona cambia debido á introdución de seres vivos que xa non existían. Ademais, en ocasións, o risco de entrada de contaminantes á cadea alimentaria aumenta; as sustancias nocivas que antes se atopaban no chan pasan tanto a microorganismos como a plantas, facilitando o paso aos animais que se alimentan delas. No extremo final da cadea estaría o home.

Ademais dos seus efectos sobre o medio ambiente, as técnicas de biorremediación teñen moitas limitacións paira superalas. En xeral, son pouco eficaces: só poden utilizarse con certos contaminantes, deben estar presentes na superficie do chan ou da auga e, sobre todo, necesitan moito tempo, meses ou anos.

No entanto, polo momento non existe una solución completa paira a limpeza de chans contaminados, polo que se considera conveniente considerar a biorremediación.

Actividades e instalacións potencialmente contaminantes do chan

  1. Extracción de minerais metálicos
  2. Lacado, desengrasado e acabado de fibras téxtiles
  3. Preparación, curtido e acabado do coiro
  4. Preparación industrial da madeira
  5. Refino de petróleo
  6. Auto-fábricas
  7. Planta asfáltica
  8. Industria química
  9. Metalurgia
  10. Produción de produtos metálicos, maquinaria e equipo mecánico, incluíndo forxa, estampación, embutición, tratamento e revestimento de metais
  11. Fabricación de armas e municións
  12. Produción de material e maquinaria eléctrica e electrónica
  13. Produción de material de transporte
  14. Mantemento e reparación de elementos de transporte
  15. Gasolineiras
  16. Instalacións de xestión ambiental, incluídos vertedoiros
  17. Comercio por xunto de minerais, metais, produtos químicos, chatarra e residuos.
  18. Almacenamento e almacenamento de mercadorías perigosas
  19. Xeración de enerxía. Central térmica

(Fonte: IHOBE).


Biotecnoloxía e bacterias ‘suicidas’

A biotecnoloxía trata de mellorar a natureza. Coñecendo cales son as encimas que degradan os contaminantes, os investigadores tratan de identificar os xenes que controlan a súa produción. Posteriormente, estes xenes pódense introducir no código xenético do organismo que conveña. Deste xeito, as propiedades dalgúns microorganismos na natureza poden agruparse nunha soa bacteria ou formar nunha planta os xenes das bacterias.

Por exemplo, no centro ZADIN do CSIC fabricouse una bacteria capaz de mineralizar o explosivo TNT (2,4,6 trinitrotolueno) que os vivos non poden degradar. O TNT é o explosivo máis utilizado no mundo e é moi contaminante. Algunhas bacterias do xénero Pseudomonas viron que o TNT é capaz de degradarse até o tolueno, mentres que as encimas que degradan o tolueno atópanse codificadas no WWO plasmido. Meteron o plásmido no xenoma da bacteria e obtiveron a bacteria que elimina o TNT. Despois deron un paso máis: Introducindo os xenes asociados á degradación do TNT na planta de tabaco, elaborouse un tabaco transxénico que descompón totalmente o explosivo.

En moitos centros de investigación están a levarse a cabo ensaios similares, pero polo momento en Europa non está autorizada a realización de estudos de campo, xa que descoñecen a influencia dos xenes estraños de organismos xeneticamente modificados na natureza. Agora estanse buscando formas de controlar organismos xeneticamente modificados e, entre outras cousas, creáronse bacterias ‘suicidas’ que se eliminan tras a degradación do contaminante.

As bacterias ‘suicidas’ mátanse ao final do contaminante que degradan. Isto conséguese introducindo o xene que codifica una proteína especial no xenoma das bacterias recombinantes. Esta proteína perfora a parede celular da bacteria, polo que esta morre.

Mentres hai contaminante, o xene ‘asasino’ está inhibido, que é o propio contaminante. Con todo, cando as bacterias degradan todo o contaminante, o xene exprésase e prodúcese proteína, a cal perfora a parede celular e a bacteria morre. Con este mecanismo preténdese evitar o paso de xenes estraños á natureza.