ZOOLOGIA APPLICATA INDICATORI E BIOMONITORAGGIO Prof. Biagio D’Aniello Università di Napoli“Federico II” Dipartimento di Biologia Strutturale e Funzionale Campus Universitario di Monte Sant’Angelo Via Cinthia – 80126 Napoli

La vita sulla Terra è presente da più di 3 miliardi di anni. Essa è diffusa in tutti gli ambienti terrestri con i più svariati adattamenti acquisiti secondo le regole dell’evoluzione in funzione del tipo di ambiente che colonizza. Data la correlazione stretta tra le forme di vita e l’ambiente è possibile usare il materiale biologico come descrittore dell’ambiente stesso. Ciò può essere valido anche per i fossili.

Bioindicatori Ci sono diverse vedute su ciò che può essere utilizzato come indicatore 1. Ci si può riferire ad una specie o alle categorie tassonomiche superiori talvolta anche inferiori; 2. Oppure alle popolazioni o le comunità; 3. O ancora a parti del corpo di un organismo. Definizione di bioindicatore di Iserentant e De Sloover (1976): Organismo o sistema biologico usato per valutare una modificazione – generalmente degenerativa – della qualità dell’ambiente, qualunque sia il suo livello di organizzazione e l’uso che se ne fa. Quindi, secondo i casi il bioindicatore sarà una comunità, un gruppo di specie con comportamento analogo (gruppo ecologico), una specie particolarmente sensibile (specie indicatrice), oppure una porzione di organismo, come organi tessuti cellule o anche una soluzione di estratti enzimatici.

Tempo / Grado di organizzaz. biologica Bioindicatori Il tipo di risposta del bioindicatore varia in relazione al livello di organizzazione biologica del sistema assunto come bioindicatore e al tempo di esposizione alla causa che provoca lo stress e la conseguente risposta. Tempo / Grado di organizzaz. biologica ore/giorni giorni/settimane mesi/anno Ecosistema non rilevabile prime deboli reazioni Cambiamenti nella abbondanza e qualità delle specie. Cambiamenti nei cicli. Cambiamenti nella produzione. Accumulo di inquinanti. Organismo Clorosi. Necrosi. Effetti sugli scambi gassosi. Alterazione di tessuti. Clorosi. Necrosi. Deperimento di organi. Alterazione di tessuti. Variazioni Morfologiche. Riduzione della fertilità fino alla sterilità. Deperimento. Cellula Attività enzimatiche alterate. attività enzimatiche alterate. Concentrazione di metaboliti. Cambiamenti nel metabolismo. Cambiamenti negli scambi di energia. Cambiamenti nei meccanismi di ossidoriduzione.

Inquinamento Definizione: introduzione nell’ambiente naturale di sostanze di origine chimica (es. pesticidi) o biologica (es. residui organici), o di fattori fisici (es. cementificazione), in grado di provocare disturbi, danni o alterazioni all’ambiente stesso.

Inquinamento fisico L'abbandono dei rifiuti nei fiumi... ...e sulle sponde... ...scale di risalita "impossibili", realizzate senza alcuna conoscenza tecnica della materia... ...spianamenti, cementificazione e distruzione degli habitat fluviali: ...lavori eseguiti senza alcun accorgimento direttamente in alveo... Inquinamento fisico

Gli ecosistemi naturali Gli ecosistemi naturali sono il risultato di un equilibrio dinamico tra le diverse componenti instauratosi in migliaia o milioni di anni di evoluzione. Le catene alimentari si sono dimostrate molto fragili e la struttura complessa degli ecosistemi può essere facilmente distrutta. La diversità biologica riveste importanza come meccanismo di protezione nei confronti dei drastici cambiamenti all’interno dei sistemi ecologici. Per lo studio dello stato di salute quindi assume un significato sempre maggiore il valore di indicatore di qualità ambientale, che spesso viene attribuito alle diverse specie che formano il sistema ecologico . Es. l’impollinazione di alcune piante è impossibile senza gli insetti pronubi; la germinazione di alcuni semi non potrebbe avvenire senza il passaggio di questi attraverso il tubo digerente di determinate specie animali.

Fauna e ambiente Le ricerche sull’ecologia animale prendono in considerazione in primo luogo i rapporti tra le diverse specie e le caratteristiche ambientali all’interno dei singoli ecosistemi. A livello di comunità, questo metodo di lavoro si è spesso tradotto nel tentativo di identificare le faune corrispondenti a diverse situazioni ambientali. Una volta noti i fattori ambientali che determinano la distribuzione spazio-temporale degli animali, si possono formulare ipotesi sugli effetti delle perturbazioni su tali sistemi. In tale senso gli animali possono essere utilizzati quale strumento per monitorare la qualità ambientale. Pertanto, si può definire indicatore un organismo o un insieme di organismi (comunità) che risulti abbastanza strettamente associato a particolari condizioni ambientali e la cui presenza si possa considerare indice di tali condizioni. In generale, vari gruppi di invertebrati fungono da ottimi indicatori a livello di biotopi, habitat e aree geografiche di estensione relativamente ridotta, mentre i vertebrati superiori (uccelli e mammiferi) risultano essere più idonei a monitorare habitat e paesaggi.

Vantaggi Biovalutazione rispetto misure strumentali 1. Lo strumento di misura è selettivo e preciso, ma non è in grado di evidenziare gli effetti sinergici. L’azione congiunta di 2 sostanze non è sempre prevedibile. Es. malatione e paratione insieme sono 50 volte più tossici per i gatti insieme che da soli). 2. La bioindicazione permette di evidenziare gli effetti di più tipi di inquinanti contemporaneamente, segnalando anche la presenza di sostanze inquinanti nuove; gli strumenti rilevano solo le sostanze per le quali sono stati progettati. 3. Il bioindicatore può essere vantaggiosamente usato per valutare parametri non misurabili strumentalmente, come la complessità biologica, il valore ecologico, il valore estetico, la qualità e il senso delle trasformazioni dinamiche delle comunità, gli effetti delle azioni di cura degli ecosistemi. 4. La bioindicazione è meno costosa del rilevamento strumentale e la sua economicità e speditezza di applicazione aumenta: con l’aumentare del territorio da rilevare e con il protrarsi del tempo di indagine. 5. Pur con tutte le precauzioni del caso, la biovalutazione si presta anche a efficaci applicazioni didattiche e di informazione della popolazione.

Svantaggi Biovalutazione 1. Fornisce stime approssimate e meno oggettive dello strumento. 2. Con la biovalutazione si ottiene un dato non selettivo, cioè sintetizza l’azione di tutte le componenti ambientali. 3. Il bioindicatore può sviluppare localmente un buon grado di adattamento all’inquinamento, attraverso l’attivazione di barriere selettive, forme di inertizzazione, meccanismi di espulsione rapida delle sostanze tossiche, falsando il risultato della biovalutazione. 4. Spesso le misure sono il risultato di una attività stagionale, mentre lo strumento può funzionare tutto l’anno. 5. Il bioindicatore risponde alle azioni di disturbo con reazioni diversificate per la diversa irritabilità biologica non solo dei gruppi sistematici, ma anche degli individui; lo stesso individuo può variare la sua risposta alle azioni di disturbo da periodo a periodo o da un anno all’altro; lo strumento di misura, correttamente tarato ed efficiente, è coerente nelle misure. 6. Chi raccoglie il dato deve avere una adeguata preparazione; mentre la semplice lettura del dato strumentale in genere richiede una sommaria conoscenza tecnica dello strumento.