Las ventajas de los sensores biológicos frente a los métodos físico-químicos son que los límites de detección son menores, que nos permiten visualizar la dirección y velocidad de contaminación, que frente a pulsos de contaminación podemos observar la degradación, adsorción o absorción, nos permite saber el estado de salud del ecosistema, nos permite ver interacciones de contaminantes, la biodisponibilidad de los tóxicos, sus efectos acumulativos y la bioacumulación producidas.
Las limitaciones o factores a considerar son su indicación tardía (cuando el daño ya está producido), requiere expertos que conozcan los bioindicadores, se necesita información previa para comparar con los sitios de referencia, la extrapolación del laboratorio siempre tiene riesgos (no hayamos tenido en cuenta algún factor), en el sistema natural hay una gran variabilidad inherente, los organismos pueden resistir a tóxicos, no detecta el nivel o el tipo de contaminación, no todos los organismos tienen el mismo papel ecológico, sólo alerta de relaciones causa-efecto y algunos bioindicadores tienen una distribución difícil.
Como sensores biológicos de contaminación estudiamos los organismos a seis niveles:
BIOMARCADOR: Respuesta biológica a un producto químico o a varios que permite medir la exposición y/o efecto tóxico. Son herramientas de detección (de exposición y de efecto). Las ventajas son: permite relacionar el cambio con la causa, da información a diferentes niveles (bioquímicos, celulares, genéticos, fisiológicosorganismos y ecológicos) y a niveles inferiores da información directa del cambio fiable, sensible y pionero. Por otro lado hay desventajas ya que la salud y los cambios estacionales pueden provocar errores de interpretación.
BIOSENSOR: Es un elemento biológico o sensor que cuando esté expuesto a una perturbación suministra una señal diagnóstica medible. Son células o componentes celulares (enzimas o anitcuerpos), son biomarcadores manipulados que reflejan de forma medible los cambios (bioquímicos, fisiológicos…) ante alteraciones medioambientales y tienen cuatro componentes: biocatalizador, transductor, amplificador y procesador display. Los requisitos de un buen biosensor son que sea un biocatalizador específico y estable, que las reacciones sean independientes de aspectos externos, que las respuestas sean exactas y reproducibles, que sea pequeño y barato además de sencillo y que los biosensores invasivos sean pequeños y biocompatible. Se estudia fundamentalmente en el laboratorio y algo en el campo y utiliza BIOENSAYO consistentes en ver cómo un contaminante actúa sobre algún organismo o parte de él.
BIOINDICADOR: Organismo que nos indica ciertas condiciones medioambientales, ya que poseen un rango de tolerancia suficientemente estrecho para alguna de las variables. Son sensibles y responden de forma detectable a los cambios. Tienen diferente comportamiento ante la presencia de contaminantes (diferente sensibilidad), medimos la presencia/ausencia, cambios fisio/morfológicos y abundancia. La bioindicación es la comparación entre localidades para estimar la presencia de contaminantes. Hay varios índices de bioindicación:
a nivel de población: Índices bióticos.
a nivel de comunidad: riqueza, índices de diversidad y similitud.
Los bioindicadores son de desarrollo fundamentalmente en campo y algo en laboratorio.
ORGANISMO CENTINELA: Organismos que dispuestos de forma natural o artificial nos informan des estado del ecosistema estudiado. Son extremadamente sensibles/tolerantes al cambio en las condiciones ambientales (aviso temprano, «early warning system»). El estudio más largo y continuo es el programa de monitorización de la contaminación en el programa de EEUU de aguas costeras, el programa analiza contaminantes químicos y biológicos en sedimentos y tejido de bivalvos recogido en 280 puntos desde 1986 hata el presente para un rango de más de 100 contaminantes orgánicos e inorgánicos, histología de bivalvos y datos de Clostridium prefringes. Los estudios de organismos centinelas se realizan sobre todo en campo y algo en organismos centinela.
BIOACUMULADOR: Organismo con capacidad de concentrar contaminantes en sus tejidos. La identificación y cuantificación de contaminantes se realiza en campo y laboratorio por igual.
BIOMONITOR: Organismos que permite relacionar la concentración de un contaminante con los efectos producidos. La monitorización es el seguimiento en los cambios producidos en las condiciones ambientales y su influencia sobre el medio. Observaciones regulares. La biomonitorización es el uso de organismos in situ para identificar y cuantificar un ecosistema (vigilancia biológica). Según Nimis, 1990, los bioindicadores y bioacumuladores son biomonitores cuando se conoce una relación cuantitativa entre las concentraciones de los contaminantes y sus efectos biológicos. Las ventajas de la biomonitorización es que pone de manifiesto la biodisponibilidad de los contaminantes, detecta los efectos aún en procesos de dilución del contaminante y la detección de vertidos intermitentes. Hay dos tipos de biomonitorización: pasiva (si son naturales en la zona de estudio) y activa (si los biomonitores son introducidos).
Los requisitos de un biomonitor son que sea fácilmente identificable, que sean relativamente abundantes y representativos, que se acumule efecto o contaminante sin morir, que se establezca relación efecto-concentración, que sean grandes o abundantes para tener biomasa, que se puedan mantener en el laboratorio, que sean sedentarios y ubicuos. Los biomonitores tienen una combinación de trabajo en campo y laboratorio.
El uso de sensores biológicos de contaminación depende de la capacidad de discriminar niveles de contaminación, su aplicabilidad a través de un rango amplio de especies y tener presentes sus limitaciones: falta de estudios dosis-respuesta y falta de comprensión de su importancia en los procesos fisiológicos críticos en el ecosistema. En el uso de bioindicadores se debe demostrar la relación con la exposición al contaminante, probar en el laboratorio para establecer el rengo de sensibilidad con estudios de respuestas a diferentes dosis y escalas de tiempo, validar en estudios de campo a pequeñas escalas con una o dos especies adecuadas y ampliar el conocimiento a niveles inferiores (subcelular, celular e histológico). Un indicador biológico es un organismo o población en la que su presencia o no, abundancia, vitalidad y respuesta a distintos estímulos se modifican si cambian las condiciones ambientales originales. Los tipos de efectos son cambios en la composición de especies, cambios en la diversidad, variaciones en las tasa de mortalidad, cambios fisiológicos y de comportamiento, aberraciones morfológicas y fisiológicas y acumulación de contaminantes en los tejidos.
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