LQUENES COMO BIOINDICADORES DE CONTAMINACIN ngel Redondo Marquina

LÍQUENES COMO BIOINDICADORES DE CONTAMINACIÓN Ángel Redondo Marquina Saúl Rodríguez Hernáiz Marián Fernández León

PRINCIPALES AGENTES CONTAMINANTES SO 2 y partículas en suspensión Para el hombre Monóxido de carbono (CO) Metales SOX Flúor y sus derivados Para las plantas NO 2 Ozono Oxidantes fotoquímicos Radiactividad

Características generales de los líquenes

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LÍQUENES v EN CUANTO A UNIDAD BIOLÓGICA: Ø LÍQUEN= HONGO + ALGA: forman una unidad fisiológica en la que el hongo aporta el medio idóneo para el alga, mientras que el alga aporta materia orgánica para ambos. Ø SIMBIOSIS: es la relación existente entre el hongo y el alga. Ambos se ven beneficiados. + =

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LÍQUENES v EN CUANTO A MORFOLOGÍA/FISIOLOGÍA: Ø DAÑO PERSISTENTE: dificultad a la hora de curar daños debido a la reducción de la velocidad de funciones metabólicas por tener menor cantidad de clorofilas en conjunto (sólo la aporta el ficobionte) y por tanto poseen menor capacidad de regeneración. Ø AUSENCIA DE ESTOMAS: intercambio de gases por toda la superficie. Ø AUSENCIA DE ESTRUCTURAS ABSORBENTES: no poseen raíces para absorber agua y nutrientes del sustrato. Ø AUSENCIA DE CUTÍCULA: los contaminantes pueden entrar en el talo con más facilidad. Ø SON POIQUILOHIDRICAS: no pueden regular su contenido en agua.

CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS LÍQUENES v EN CUANTO A MORFOLOGÍA/FISIOLOGÍA: Ø SON ESTACIONALES: se desarrollan mejor en otoño y primavera en países templados que son los que tienen cambios de estación durante el año. En invierno tienen más actividad metabólica que las plantas superiores. Ø GRAN CAPACIDAD DE ALMACENAMIENTO DE SUSTANCIAS: son capaces de almacenar distintas sustancias en formas y lugares distintos sin seleccionarlas. Ø SON COSMOPOLITAS: su área de distribución es muy amplia. Ø CRECIMIENTO LENTO: debido a sus limitaciones (dependencia total de presencia de agua, menor proporción de clorofila, etc). Ø CAPACIDAD DE SUPERVIVENCIA: son capaces de vivir mucho años dependiendo directamente de la longevidad del sustrato en el que se halle.

EFECTOS DE LOS CONTAMINANTES SOBRE LOS LIQUENES

EFECTOS DE LOS CONTAMINANTES SOBRE LOS LIQUENES Los efectos de los contaminantes sobre los líquenes se manifiestan de diversas maneras: A) Cambios morfológicos: § Cambios en el color del talo. § Disminución del tamaño del talo. § Aumento del grosor del talo. B) Cambios en su anatomía: § Aumento del número de algas degeneradas. § Disminución del número de algas en estado de regeneración. C) Cambios en su ultraestructura: § Dilatación en los tilacoides del ficobiontes. § Aparición de gránulos de almidón intertilacoidales. § Desorganización del contenido celular del alga en líquenes sensibles. § Deformación de cloroplastos o sus membranas. § Dilatación de mitocondrias.

EFECTOS DE LOS CONTAMINANTES SOBRE LOS LIQUENES Los efectos de los contaminantes sobre los líquenes se manifiestan de diversas maneras: D) Cambios fisiológicos: § Disminución de la absorción del CO 2 y la respiración. § Cambios en el contenido hídrico del talo. § Disminución de la fijación de nitrógeno, la actividad fosfatasa, la cantidad de clorofila y la relación clorofila a/clorofila b. § Cambios de p. H. § Cambios en la concentración de muchos compuestos. E) Cambios en su biología: § Inhibición de la reproducción. Disminuye la viabilidad de las ascosporas y no se forman los isidios ni los soredios. § No crecen los propágulos del líquen si hay contaminación del sustrato por lluvia ácida. § Decrece la multiplicación de células del alga.

Factores que influyen en la sensibilidad de los líquenes

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SENSIBILIDAD DE LOS LÍQUENES La sensibilidad de los líquenes para sufrir los efectos que producen los contaminantes se debe a una serie de factores: §Presencia de agua: líquenes neutrófilos más resistentes frente a los acidófilos (poco tolerantes). § Especies cosmopolitas más tolerantes. § Sustrato con p. H elevado confiere resistencia, sobre todo en presencia de SO 2. § Aportes externos pueden facilitar la supervivencia de los líquenes. § Altas temperaturas reducen la eficacia de los contaminantes, aumentando la supervivencia del líquen.

FACTORES QUE INFLUYEN EN LA SENSIBILIDAD DE LOS LÍQUENES § En zonas con grandes nevadas, el líquen y el sustrato en el que vive se ven protegidos por la nieve del efecto de los contaminantes. § Los líquenes epífitos son más sensibles que los saxícolas, y éstos son más sensibles que los terrícolas, por su capacidad para regular el p. H. § La morfología del talo influye en la capacidad de absorción del líquen, cuanta mayor superficie mayor absorción. § Si el ficobionte es una cianobacteria, el líquen es más sensible. § Dependiendo del lugar donde se encuentre, la toxisensibilidad o toxirresistencia varía.

SO 2 Y LLUVIA ÁCIDA

FORMAS DE ACTUACIÓN DEL SO 2 Y LA LLUVIA ÁCIDA Puede llegar a los líquenes por vía seca, en forma de SO 2 o por vía húmeda en cuyo caso habrá reaccionado con agua formando H 2 SO 3 o H 2 SO 4. La deposición en húmedo se da a grandes distancias en forma de lluvia ácida. Las membranas celulares son poca barrera para el paso del SO 2 disuelto en agua (en forma de ácido sulfuroso) y por tanto penetra con facilidad en el interior de la célula. Dentro de las células, si el p. H sea muy bajo, el H 2 SO 3 se disocia dando iones disulfito o sulfito HSO 3 - o SO 3=. Ambos son muy reactivos interfiriendo en procesos metabólicos como fotosíntesis.

FORMAS DE ACTUACIÓN DEL SO 2 Y LA LLUVIA ÁCIDA Se destruye la clorofila y el hongo rompe el equilibrio de la simbiosis porque agota las reservas de hidrato de carbono, autodestruyendo el talo. Esos iones interfieren en la respiración y en la fijación de nitrógeno. Además el SO 2 rompe los enlaces disulfúricos de algunas enzimas, quedando destruidas e inactivas. Todo parece indicar que la acción del SO 2 a largo plazo parece influir mucho mas en mecanismos de transferencia de carbohidratos del alga al hongo que en la fotosíntesis en sí.

LIMITES DE TOLERANCIA DE LOS LIQUENES AL SO 2 Se ha observado que hay algunas especies que tienen limites de tolerancia muy bien establecidos, de manera que su presencia marca el limite superior de contenido de SO 2. Especies Soportan hasta Ninguna Lecanora conizaeoides Xanthoria parietina Ramalina farinácea Anaptychia ciliaris Ramalina fraxinea Lobaria amplissima Más de 170µg SO 2/m 3 aire 150µg SO 2/m 3 aire 70 µg SO 2/m 3 aire 60 µg SO 2/m 3 aire 40 µg SO 2/m 3 aire 30 µg SO 2/m 3 aire -- Tabla 1. Relación entre algunas especies y su limite de tolerancia a concentraciones de SO 2

LIMITES DE TOLERANCIA DE LOS LÍQUENES AL SO 2 Muchas especies de líquenes tienen sus niveles de tolerancia establecidos en las concentraciones medias de invierno y/o verano, en lugar de las medias anuales. En la tabla se aprecian los valores límite de concentración que soportan algunas especies de líquenes. Tabla 2. Valores límite de contaminación que soportan algunas especies de líquenes.

LIMITES DE TOLERANCIA DE LOS LÍQUENES AL SO 2 Así mismos se han hecho estudios para relacionar el daño que sufren los líquenes por causa de la contaminación con el daño potencial que podría darse en plantas vasculares. % Líquen degenerado 10 -35 35 -60 60 -85 >85 Posible daño en plantas vasculares Clorosis y necrosis en hojas de coníferas y plantas cultivadas El cultivo de plantas está limitado, las plantas ornamentales y las coníferas resultan muy dañadas Límite al cultivo de plantas ornamentales sensibles, coníferas y árboles caducifolios, especies hortícolas y cereales Igual que en el caso anterior, pero incluso las plantas menos sensibles tienen su cultivo limitado Tabla 3. Posibles daños en plantas superiores en función del % de talos liquénicos degenerados como consecuencia de la contaminación.

RECUPERACIÓN DE LOS LÍQUENES La concentración de SO 2 que existe en la contaminación atmosférica de las ciudades es perjudicial, puesto que se han visto daños en las poblaciones liquénicas producidos por este agente contaminante. Se ha demostrado que esos daños son reversibles, ya que cuando se consigue que el nivel de SO 2 del aire baje, los líquenes dañados vuelven a reinstalarse en los árboles al cabo de unos años. Esto indica que los líquenes son capaces de recuperarse de los daños sufridos en la ciudad.

METALES PESADOS

FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS METALES PESADOS Los líquenes acumulan metales a través de dos mecanismos: v Atrapando partículas insolubles v Intercambio iónico de partículas solubles Se cree que el mecanismo de absorción de metales es el siguiente: La afinidad por los metales la posee el grupo COOH dentro del líquen. La unión a los metales varía dependiendo del metal que sea y de la cantidad de éste que haya.

FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS METALES PESADOS Hay tres clases diferentes de metales en función de su afinidad por distintos grupos químicos: Na K v Clase A: se unen a grupos carboxilo y en general a los que tienen O 2 Ca Mg U v Clase B: tienen preferencia a grupos que tengan S o N. Son muy tóxicos por afectar a moléculas importantes en el organismo. Hg Tl Ag

FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS METALES PESADOS v Metales de la 3ª clase: también llamados metalesfrontera. Son intermedios y funcionan como si fueran de clase A o B, según su concentración y según qué metal sea. Muchos de ellos son micronutrientes, esenciales a bajas concentraciones, pero tóxicos por encima de una cierta concentración. Se ha establecido el siguiente orden de toxicidad:

FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS METALES PESADOS Los líquenes acumulan metales atrapando partículas mediante las hifas fúngicas, que en su crecimiento rodean e incorporan al talo todo tipo de partículas procedentes de rocas, contaminación, etc. Una vez atrapados, los metales pueden ser incorporados a las paredes y las células por intercambio iónico. De todos estos metales clasificados, algunos se unen fuertemente a la pared celular como el Zn, Mg y Ca, mientras que otros como el K se acumulan en el interior de la célula, sirviéndole de macronutriente.

FORMAS DE ACTUACIÓN DE LOS METALES PESADOS Los daños ocasionados por los metales son variados. El hierro no es muy tóxico, de hecho se han visto líquenes viviendo sobre balas y cañones de hierro. Sin embargo, el Zn, y sobre todo el Cu y el Pb son muy dañinos. Sus efectos se pueden ver en los troncos de árboles que tienen debajo cables con Zn o Cu enterrados junto a sus raíces. El efecto del Pb se puede ver en lápidas que tienen las letras de plomo. En general, en los lugares con alto contenido en metales, se aprecia que los líquenes desaparecen por los daños que ocasionan.

Utilización de líquenes como biomonitores de metales pesados

UTILIZACIÓN DE LÍQUENES COMO BIOMONITORES DE METALES PESADOS Muchas especies de líquenes son utilizadas como bioindicadores de contaminación por metales pesados por su capacidad de acumularlos. Como ejemplo de ello destacan: v Cladonia rangiferina: U, Fe, Pb, Ti. v Parmelia caperata: Cr. v Hypogymnia physodes: Fe, Zn, Ti, V. Cladonia rangiferina Parmelia caperata Hypogymnia physodes

UTILIZACIÓN DE LÍQUENES COMO BIOMONITORES DE METALES PESADOS Por regla general se utilizan todos líquenes sin distinción, salvo en ocasiones concretas, que se utilizan específicamente saxícolas, terrícolas o cortícolas en función del metal exacto que se quiere medir. La absorción y acumulación de metales pesados disminuye al aumentar la distancia al foco emisor. Para medir el contenido en metales pesados se siguen los siguientes pasos: 1. Limpieza de las muestras. 2. Manipulación de la muestra: machacado y molienda. 3. Análisis del contenido en metales. Polarografía control por microprocesadores Espectrometría de absorción atómica Colorimetría y fluorescencia de rayos X

UTILIZACIÓN DE LÍQUENES COMO BIOMONITORES DE METALES PESADOS Debido a su carácter acumulador, los líquenes son excelentes biomonitores del contenido en metales de la atmósfera, alrededor de fundiciones, zonas industriales, minas, áreas urbanas y vías de comunicación.

OTROS CONTAMINANTES

OTROS CONTAMINANTES DE LÍQUENES Ø Varias especies de líquenes son capaces de almacenar flúor, como consecuencia: - El color del talo se vuelve blanquecino al tiempo que disminuye de tamaño, en algunos casos terminan por desprenderse del sustrato y mueren. - La cobertura de líquenes saxícolas se reduce drásticamente. - El contenido de flúor que pueden llegar a almacenar depende de la humedad del aire, además, de la proximidad o lejanía al foco de emisión

OTROS CONTAMINANTES DE LÍQUENES Al aumentar la humedad, aumenta el almacenamiento de flúor cuanto más lejos este del foco de emisión, menor concentración en el liquen. Ø Oxidantes fotoquímicos (ozono, peroxialnitratos, aldehídos): - Los líquenes que sufren sus efectos se decoloran y los talos se compactan

TRASPLANTE LIQUENICO

TRASPLANTES DE LÍQUENES Los trasplantes de líquenes se realizan para biomonitorizar factores ambientales. Para ello se toman muestras de líquenes de lugares limpios y se instalan donde nos interesa. A continuación se valoran los daños sufridos en los líquenes después de tenerlos expuestos durante un cierto tiempo, este tiempo varía dependiendo del factor a medir y de la propia especie.

TRASPLANTES DE LÍQUENES Los valores a evaluar suelen ser los cambios de color, proporción de talos muertos, velocidad de crecimiento, etc. Recientemente se utilizan líquenes para monitorizar contaminación del agua, ya que estos son capaces de absorber metales pesados y otros contaminantes perjudiciales para la salud.

Líquenes e índices bióticos

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS v Índices cualitativos. Los primeros estudios se hicieron para delimitar de isocontaminación en ciudades y estaban basados en la distribución geográfica de las especies de líquenes y su representación en mapas. En comparación con el medio rural, las ciudades tenían temperaturas más altas, humedad relativa más baja y mayor concentración de contaminantes, por lo que la existencia de líquenes estaba muy limitada.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS En casi todas las ciudades, se pueden distinguir tres zonas con diferente nivel de contaminación: ØZona de desierto liquénico: áreas concentración alta de SO 2 y/o otros contaminantes, donde no hay líquenes. Ø Zona de lucha (struggling zone): áreas donde los líquenes sensibles han desaparecido o han sufrido daños severos. Permanecen los líquenes resistentes. ØZona normal: no hay contaminación en exceso y el desarrollo de los líquenes es normal, similar al de áreas rurales vecinas.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS v Índices cuantitativos. Hay muchos, y se basan en que cuanto más puro es el aire más especies de líquenes hay, mayor vitalidad tienen y más cobertura alcanzan. A. Índice revisado de continuidad ecológica= RIEC Creado por Rose (1976). Este índice nos sirve para indicar viejos bosques estables, es decir, bosque no alterados, en los que se ha dado continuidad y estabilidad ecológica por mucho tiempo, de tal forma que los líquenes han podido desarrollarse sin ningún impedimento externo. Se basa en un conjunto de 30 especies bioindicadoras, fieles a viejos bosques muy estables. RIEC= x 100 Donde n es el número de especies presentes en el lugar analizado de entre las 30 bioindicadoras. Si n es mayor o igual a 20, el índice ya es máximo e igual a 100.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS B. Índices de pureza ambiental Índice biótico. Hay muchos diferentes. Después de calcular los índices de numerosos puntos, se trazan líneas de isocontaminación uniendo puntos que tengan valores de índices muy parecidos, de forma quedan zonas delimitadas con distintos niveles de contaminación. En principio, esos niveles de contaminación se podrían relacionar con niveles de SO 2 en aire.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS El que un bosque tenga RIEC alto nos permite deducir si dicho bosque está poco o nada alterado, por lo que podría ser conveniente tomar medidas para su protección o para su conservación. De la misma manera que se puede modificar la lista de las 30 especies bioindicadoras, también se podrían hacer otras listas para otros tipos de bosques, como los bosques mediterráneos o los pirenaicos, que son distintos a los bosques atlánticos y tienen una flora liquénica propia y peculiar.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS Ø Índice de pureza atmosférica (IPA): se emplea para cartografiar la calidad del aire, tanto en ciudades como en áreas no urbanas. Para hallarlo se examina el número dado de árboles y las especies de líquenes que tiene cada uno. A cada especie se le asigna un valor: v Q: cortejo medio especifico. Media de especies que acompañan a la que se está considerando en la estación en la que ha aparecido. v F: frecuencia-cobertura. Los valores van del 1 al 5, en función de la frecuencia y la cobertura: • 1: muy rara y muy bajo grado de cobertura. • 2: infrecuente y bajo grado de cobertura. • 3: infrecuente y con grado medio de cobertura en algunos árboles. • 4: frecuente y con alto grado de cobertura en algunos árboles. • 5: muy frecuente y con alto grado de cobertura en la mayoría de los árboles.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS Con los valores Q y F se puede calcular el IPA con la siguiente fórmula: N Siendo N el número de especies en un punto de muestreo o estación. El IPA aumenta al aumentar Q y F, es decir, al aumentar el número de especies que hay en los árboles, la superficie que cubren y la cantidad de árboles colonizados. Esos valores son más altos cuanto más puro sea el ambiente. El IPA presenta como inconveniente que no son comparables entre zonas lejanas.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS Otros valores interesantes que se calculan cuando se utiliza el IPA son: v D: riqueza florística. Es el % de la relación entre el número de especies en la estación dada y la especie más rica. v RMG: recubrimiento medio global. Es la suma de los recubrimientos medios de las especies en la estación. A la hora de interpretar los resultados de las IPA hay que tener en cuenta que en las ciudades hay factores, además de la contaminación, que influyen sobre los líquenes y que hacen que se diferencien de los situados en las zonas rurales cercanas.

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS Ø Índice de polutotolerancia (IP): es otro índice basado en líquenes y se calcula con la siguiente fórmula: Ai x c i Ci Ai: coeficiente de polutotolerancia de una especie, varía de 1 a 10. Determinado de forma empírica. Ci: grado de cobertura total. Se halla sumando el grado de cobertura de todas las especies en la estación. ci: grado de cobertura de cada especie. Está definida de forma muy precisa del 1 al 10: 1. Cobertura del 1 al 3% 2. Cobertura del 3 al 5% 3. Cobertura del 5 al 10% 4. Cobertura del 10 al 20% 5. Cobertura del 20 al 30% 6. Cobertura del 30 al 40% 7. Cobertura del 40 al 50% 8. Cobertura del 50 al 65% 9. Cobertura del 65 al 80% 10. Cobertura del 80 al 100%

LÍQUENES E ÍNDICES BIÓTICOS Para hallar el último valor se hace la media de las observaciones realizadas en varios árboles. A razón de 4 inventarios por árbol. El IP varía entre 0 y 10 y permite, al igual que el IPA, realizar mapas separando las zonas por nivel de contaminación.

Otro año Igual… ¡¡El día 10 nos vemooooos!! ¡Qué enredo!