Metales pesados contaminantes

Introducción
Contaminantes como los metales pesados tienen la
capacidad de provocar cambios evolutivos debido a sus
efectos dañinos en plantas. Ejemplos de metales
pesados son el cobre (Cu), plomo (Pb), zinc (Zn),
mercurio (Hg), arsénico (As), etc.
Los metales pesados son potencialmente contaminantes
devastadores ya que contaminan el aire, el agua y la
tierra utilizados por las plantas y los demás
eslabones de las cadenas tróficas. Sus efectos en las
plantas incluyen: necrosis en las puntas de las hojas
e inhibición del crecimiento de las raíces, junto con
muchas fatalidades en muchas especias de plantas
incapaces de tolerar estos metales.
Los sustratos contaminados suelen ser producto del
trabajo minero, polución, industria de fundición y
chapado, deposito de origen atmosférico de
incineradores y tubos de escape de vehículos, uso de
fertilizantes y pesticidas, y el deposito de lodos y
barros residuales. En el Reino Unido se han
identificado aproximadamente 200.000 terrenos
contaminados por metales; y en EE.UU. el coste
estimado de la limpieza de terrenos contaminados por
metales pesados es de $ 7·1 billones utilizando los
métodos convencionales.
¿Y afectan sólo a las plantas o también al hombre?
Estos metales no son sólo dañinos para las plantas,
sino que se filtran en el sistema de aguas y se
introducen en la cadena trófica. En concentraciones
pequeñas no suelen tener efectos, pero a medida que se
va ascendiendo en la cadena la concentración se va
volviendo cada vez mayor.
Una tragedia muy conocida es la de la bahía de
Minamata, en Japón. Una fábrica de plásticos comenzó
a descargar deshechos en la bahía en 1951. En 1953 un
millar de personas en Minamata estaban seriamente
enfermas. Algunas estaban discapacitadas, otras
paralizadas, otras se volvieron ciegas, algunas
mentalmente inestables, y otras murieron. La causa de
la enfermedad eran los compuestos de mercurio que la
fábrica de plásticos echaba en la bahía. Aunque el
nivel de mercurio en el agua no era elevado, el
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mercurio se concentraba en la cadena trófica. El
nivel de mercurio en los peces era elevado, y los
pescadores y sus familias se contaminaron mediante la
consumición de pescado.
Otros países han experimentado los resultados de la
contaminación por el mercurio. En 1967, muchos ríos y
lagos de Suecia estaban tan contaminados por el
mercurio que se prohibió la pesca en ellos. En 1970
elevadas concentraciones de mercurio se encontraron en
cientos de lagos en Canada y EE.UU. Incluso en 1988
una planta en Merseyside (Inglaterra) vertía más
mercurio que el permitido.
Ahora que se conoce el peligro, las plantas
contaminantes han tomado medidas para reducir el
vertido de mercurio. Pero el peligró continua ahí.
El mercurio producto de años de contaminación se
deposita y sedimenta en el suelo de los lagos.
Lentamente es convertido por bacterias en compuestos
solubles de mercurio. Estos pueden introducirse en
las cadenas tróficas. El problema es que los metales
no pueden ser degradados químicamente.
Plantas que toleran o utilizan metales pesados
La mayoría de las plantas capaces de crecer en tierras
ricas en metales lo hacen excluyendo iones
potencialmente tóxicos de sus sistemas de raíces. En
otras plantas, los metales son utilizados como micro
nutrientes, aunque a menudo aún concentraciones
mínimas saturan a la planta. La habilidad de tolerar
la presencia de metales pesados está determinada por
el nivel de variación genética del individuo.
En un experimento se ha mostrado que sólo 4 de cada
1.000 plantas son capaces de crecer en una tierra rica
en cobre, demostrando una tolerancia a este metal
pesado.
Las plantas más tolerantes son las conocidas como
"hiper acumuladores de metales".
Los hiper acumuladores
Son plantas que acumulan altas concentraciones de
metales en sus tejidos y tienen dos características
principales:
* la habilidad de crecer y desarrollarse en tierras
con unos niveles de metales, tóxicos para casi todas
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las especies de plantas.
* los metales se acumulan exclusivamente en el tallo,
y no en las raíces.
Los hiper acumuladores tienen las desventajas de ser
pequeñas y tardar mucho en crecer. Esto es una
desventaja ya que el objetivo es utilizar estas
plantas o sus características para purificar tierras
contaminadas por metales tóxicos − la
fitodescontaminación.
La vacuola
Este orgánulo celular ocupa un espacio considerable en
las células vegetales y es un "almacén" rodeado por un
sistema similar a un filtro, la membrana.
Algunas plantas pueden tener una capacidad masiva para
acumular unos niveles elevados de materiales tóxicos,
siempre que estén guardados en la vacuola, ya que de
esta manera las células no sufren los efectos tóxicos
de estos materiales. La vacuola representa entre un
40 y un 70% del volumen total de una célula vegetal,
por lo que habría una capacidad enorme.
El proceso es el siguiente: cuando un metal pesado
entra en una célula vegetal es inmovilizado (atrapado
por materiales similares a una esponja −
fitoquelatinas), y luego los metales junto con la
fitoquelatinas pasan a la vacuola. De este modo la
célula tiene dos sistemas de protección: la unión del
metal con la fitoquelatina; y su depositación en la
vacuola.
La intención es aumentar la habilidad genética de esta
absorción en la vacuola. De esta manera se podrían
plantar plantas como la patata en terrenos
contaminados por metales tóxicos para que absorban lo
más posible de estos metales tóxicos o venenos.
¿Cómo se pueden aprovechar las características de este
tipo de plantas este tipo de plantas?
El objetivo es transferir la cualidad hiper
acumulativa, utilizando técnicas de ingeniería
genética, a especies mayores, más robustas y que
crezcan más rápidamente. Hay que sobreexpresar estos
genes en plantas transgénicas que mostraran las
características de hiper acumulación y de una gran
tolerancia a metales. Para que esto sea posible es
necesario un progreso en la identificación de las
propiedades metabólicas clave que permiten a estas
plantas tolerar concentraciones elevadas de metales
pesados.
Un grupo científico ha logrado desarrollar con éxito
una planta Arabidopsis transgénica que convierte
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mercurio iónico tóxico en una forma de vapor menos
tóxica.
El gen (merA) utilizado en este proceso es de origen
bacteriano y codifica a la enzima ion mercúrico
reductasa, que cataliza la reducción del tóxico, al
relativamente inerte, Hg no iónico. Utilizando la
reacción en cadena de la polimerasa se modificó la
secuencia de nucleótidos de este gen para que se
pareciese más al de una planta cambiando la
alternancia de los codones, las secuencias de los
extremos, y disminuyendo el contenido total de guanina
y citosina de un 65% a un 47%.
El nuevo gen (merApe9) de introdujo al Arabidopsis (la
planta) mediante el proceso estándar de transformación
de genes que utiliza Agrobacterium.
El resultado fueron plantas transgénicas que
cultivadas en un medio con niveles tóxicos de (5 − 20
p.p.m) se desarrollaron de una manera normal. Las
plantas control, no alteradas, en cambio, o no
germinaron o se murieron rápidamente aun cuando
estaban expuestas a niveles bajos de mercurio.
Algunas de las plantas transgénicas crecían mejor en
un medio con , mientras que se desarrollaron de una
manera pobre en un medio que carecía del metal tóxico.
Desprendían mercurio volátil, lo cual indica que estas
plantas transforman el mercurio tóxico, obtenido como
nutriente a través del medio, a un vapor. El nivel de
esta reducción es siete veces mayor en las plantas
transgénicas que en las utilizadas como control.
Estas plantas también eran resistentes al ion del oro
(), sugiriendo un amplio espectro de sustratos mara
las reductasa ion mercúrico.
La fitodescontaminación
Décadas de crecimiento industrial han dejado un legado
internacional de contaminación de la tierra y el agua
con metales pesados y compuestos orgánicos
potencialmente cancerígenos. Con el mercado de
remediación de EE.UU. y la Unión Europea en más de $
20 billones anuales, junto con muchos terrenos
abandonados; la demanda por soluciones de "limpieza"
asequibles ha aumentado de una manera espectacular.
La tecnología actual ha presentado a las plantas como
potencial para la limpieza del medio ambiente, la
fitoremediación.
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Esta es un área que todavía está en vías de desarrollo
e investigación, aunque una compañía ya ha logrado
desarrollar un proceso de fitoremediación denominado
"Living Machine" (la Máquina Viva). LM purifica agua
mediante la aceleración de procesos naturales.
Utilizando una variedad de organismos, incluyendo
bacterias, plantas, babosas y peces; para romper y
digerir contaminantes orgánicos con la ayuda de la luz
solar y un medio controlado. Utilizando invernaderos
para acelerar el crecimiento de muchos organismos, las
aguas residuales circulan a través de una serie de
tanques, tuberías y ciénagas artificiales, donde se
modifican los contaminantes. El tratamiento completo
se suele completar en 2·5 días.
La fitodescontaminación y los metales pesados
Hoy en día no es más que un proyecto, pero la
intención es utilizar plantas transgénicas capaces de
almacenar enormes cantidades de estos metales y/o
modificarlos en compuestos menos dañinos para
descontaminar terrenos contaminados por metales
tóxicos.
Se ha utilizado en el parque de Doñana la
fitodescontaminación como coabyudante para la
descontaminación de los metales pesados vertidos en la
presa de Adnalcoyar.
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