La ecología química examina el papel de las interacciones químicas entre los organismos vivos y su entorno, y las consecuencias de esas interacciones en la etología y evolución de los organismos involucrados. Es así un campo vasto y altamente interdisciplinario. [1] [2] Los estudios de ecología química se centran en la bioquímica de la ecología y las moléculas específicas o grupos de moléculas que funcionan como señales para iniciar, modular o terminar una variedad de procesos biológicos, como el metabolismo. Las moléculas que sirven en tales funciones son típicamente sustancias orgánicas fácilmente difusibles de baja masa molecular que se derivan de vías metabólicas secundarias., pero también incluyen péptidos . Los procesos químicos ecológicos mediados por semioquímicos pueden ser intraespecíficos (que ocurren dentro de una especie) o interespecíficos (que ocurren entre especies). [3]
El campo se basa en química analítica y sintética , química de proteínas , genética , neurobiología , ecología y evolución .
Ecología química de las plantas [ editar ]
La ecología química en las plantas es el estudio que integra las propiedades químicas y biológicas de las plantas y su interacción con el medio ambiente (es decir, microorganismos, insectos fitófagos) y sus antagonistas. La ecología química en las plantas involucra principalmente a las plantas que combaten la herbivoría produciendo varios compuestos fitoquímicos . Estos compuestos pueden ser producidos por las propias plantas, o como parte de varios hongos y bacterias de relaciones simbióticas . [5]
La superficie de las partes aéreas primarias de las plantas terrestres está cubierta por una delgada estructura cerosa conocida como cutícula . La cutícula tiene funciones autecológicas cruciales y desempeña un papel importante como interfaz en las interacciones tróficas. La cutícula está compuesta por la capa cuticular y la cutícula propiamente dicha, que está cubierta por ceras epicuticulares . Mientras que la fracción de cutin es un biopolímero de tipo poliéster compuesto de ácidos grasos hidroxilo e hidroxi epoxi, las ceras cuticulares son una mezcla compleja de compuestos alifáticos y cíclicos de cadena larga . Estos compuestos altamente lipófilosdeterminan la hidrofobiaLa calidad de la superficie de la planta y, junto con la microestructura de las ceras, varían de una manera específica de la especie. Las características fisicoquímicas contribuyen a ciertas características ópticas, limitan la transpiración e influyen en la adhesión de partículas y organismos y, como resultado, evitan que se debilite . Aparte de eso, la cutícula actúa como una piel para las plantas que evita cualquier daño mecánico de las fuentes externas, ya sea organismos vivos o cualquier otro componente abiótico. [6]
En muchos casos, la ecología química de las plantas implica interacciones mutualistas con otros organismos. Uno de estos implica interacciones con hongos, y en particular, micorrizas , donde los hongos forman una vaina en el exterior de las raíces, o penetran en las raíces que crecen entre las células de la raíz, e incluso empujan a través de las paredes celulares de las células de la raíz individuales. En esta relación, los hongos producen sustancias químicas que descomponen la materia orgánica en el suelo alrededor de la raíz, absorben los nutrientes inorgánicos liberados por esta descomposición.Gracias a un área de superficie mucho mayor de los hilos de los hongos, en comparación con la superficie absorbente de la raíz, y pasa algo del agua y el nutriente de la planta, lo que mejora enormemente la capacidad de las raíces de las plantas para extraer nutrientes y agua del suelo. Los hongos también pueden proporcionar una protección química ( antibióticos ) contra las bacterias dañinas y los hongos en el suelo. [7]
Interacciones con microorganismos [ editar ]
Las plantas interactúan también con microorganismos . Para que esto sea posible, los microbios deben establecer una interfaz entre ellos y la planta, creciendo hacia la planta a través de su superficie. Para hacerlo, los microbios necesitan romper la capa cerosa hidrófoba protectora en la superficie de la planta. Para hacer esto, los microorganismos secretan fluidos especiales que descomponen las grasas de la cutícula. [6]
Crecimiento en plantas [ editar ]
La mayoría de las hormonas en las plantas se concentran en sus puntas. Las hormonas auxinas son responsables del crecimiento de las plantas y son estimuladas por ciertos estímulos como la luz. Este fenómeno se llama fototropismo , que es el movimiento hacia o desde una fuente de luz. Este crecimiento permite a la planta obtener elementos esenciales, como la luz solar, que es muy necesaria para la fotosíntesis . Por lo tanto, la cutícula es una de las partes fundamentales de la planta debido a sus propiedades físicas y químicas tales como una estructura similar a la cera y delgada que le permite adaptarse a diversos mecanismos como la hidrofobicidad , las interacciones con los microorganismos y el crecimiento de las plantas. [8]
Interacción planta-insecto [ editar ]
La ecología química de la interacción planta-insecto es un importante campo de la ecología química. [2] [9] [5] En particular, las plantas e insectos a menudo están involucrados en una carrera de armamentos evolutivos químicos . A medida que las plantas desarrollan defensas químicas contra los herbívoros, los insectos que se alimentan de ellas desarrollan inmunidad a estos venenos, y en algunos casos, reutilizan estos venenos para su propia defensa química contra los depredadores. Uno de los ejemplos más conocidos de esto es la mariposa monarca , cuyas orugas se alimentan de la planta de algodoncillo . Las algodonceras contienen toxinas de cardenolida , pero las orugas de la mariposa monarca han evolucionadoPermanecer sin ser afectado por la toxina. En su lugar, secuestran las toxinas durante su etapa larvaria y el veneno permanece en el adulto, haciendo que sea desagradable para los depredadores. Existen muchos otros ejemplos de esto, incluyendo las orugas Manduca sexta (polilla halcón del tabaco) que secuestran activamente la nicotina que seencuentra en la planta del tabaco ; [9] y la bella polilla , que secreta una espuma que contiene quinona de su cabeza cuando es molestada por un depredador potencial obtenido de la alimentación de la especie Crotalariacomo una oruga.
Ecología química marina [ editar ]
La ecología química marina es la forma en que la vida orgánica en el medio marino utiliza productos químicos para comer, interactuar, reproducirse y sobrevivir, desde el fitoplancton microscópico hasta las muchas especies de crustáceos, esponjas, corales y peces.
Defensa [ editar ]
El uso de productos químicos se utiliza a menudo como un medio de supervivencia para los organismos marinos. Algunos crustáceos y mesógrafos , como el Pseudamphithoides incurvaria , utilizan algas y algas marinas particulares como medio de disuasión al cubrir sus cuerpos en estas plantas. Estas plantas producen alcoholescomo el pachydictyol-A y el dictyol-E, que previenen la depredación.del crustáceo. Cuando estas algas están ausentes o se usan otras algas sin estos alcoholes, la velocidad a la que se consumen estos crustáceos es mucho mayor. Otros crustáceos usan sus defensas naturales en conjunción con los productos químicos producidos para defenderse. Los químicos dentro de su orina ayudan a coordinarlos en grupos. Esto, combinado con sus picos, los convierte en un objetivo mucho más difícil para los depredadores. [10] Otros secretan moco o toxinas que dificultan que los depredadores los coman, como el Pardachirus marmoratus, que usa una toxina capaz de paralizar las fauces de un posible depredador. Simplemente ser un color determinado puede servir como mecanismo de defensa, como algunos zoanthidsmostrando una amplia gama de colores. Esto sugiere que pueden ser tóxicos para comer, ya sea que lo sean o no. [11]
Reproducción [ editar ]
La liberación de sustancias químicas es muy importante para coordinar la reproducción de organismos marinos. Algunos procesos son relativamente simples, como atraer a un individuo a otro. Las lampreas masculinas atraen a las hembras ovulantes emitiendo una bilis que puede detectarse muchos metros corriente abajo. Otros procesos pueden ser más complejos, como los hábitos de apareamiento de los cangrejos. Debido al hecho de que el apareamiento solo se puede hacer poco después de que las hembras huyan de su caparazón, las feromonasSe producen y diseminan a través de la orina antes y después del proceso de muda. Los cangrejos machos los detectarán y defenderán a la pareja potencial hasta que la cáscara se haya mudado. Sin embargo, debido a las tendencias cabalísticas de los cangrejos, la hembra produce una feromona adicional para reprimir este impulso. Estas feromonas son muy potentes y han dado lugar a ejemplos en los que los cangrejos machos han intentado copular con rocas o esponjas expuestas a estas feromonas. [10]
Dominancia [ editar ]
La determinación del dominio entre los crustáceos está muy ligada a las señales químicas. Cuando los crustáceos luchan para determinar el dominio, liberan orina, lo que ayuda a determinar el vencedor. Después de una pelea como se concluyó, ambos individuos se reconocerán en el futuro a través de la orina, recordando quién es el dominante de los dos y, por lo tanto, evitando una pelea. Esto también puede tener un impacto en peleas futuras. Cuando un individuo está expuesto a la orina de un crustáceo dominante, actuará de manera más sumisa, y el efecto opuesto cuando se exponga a la orina de un individuo subdominante. Cuando las personas no pueden comunicarse a través de las peleas de orina, pueden ser más impredecibles, lo que resulta en peleas más largas.
La ecotoxicología es el estudio de los efectos de los químicos tóxicos en los organismos biológicos , especialmente a nivel de población , comunidad , ecosistema y biosfera . La ecotoxicología es un campo multidisciplinario, que integra toxicología y ecología .
El objetivo final de este enfoque es poder revelar y predecir los efectos de la contaminación en el contexto de todos los demás factores ambientales. Sobre la base de este conocimiento, se puede identificar la acción más eficiente y efectiva para prevenir o remediar cualquier efecto perjudicial. En aquellos ecosistemas que ya están afectados por la contaminación, los estudios ecotoxicológicos pueden informar sobre el mejor curso de acción para restaurar los servicios y funciones de los ecosistemas de manera eficiente y efectiva. [ cita requerida ]
La ecotoxicología difiere de la toxicología ambiental en que integra los efectos de los factores de estrés en todos los niveles de la organización biológica, desde las comunidades y los ecosistemas moleculares hasta la totalidad, mientras que la toxicología ambiental se centra en los efectos a nivel individual y por debajo.
Historia [ editar ]
La publicación en 1962 del volumen seminal de Rachel Carson , Silent Spring, catalizó la separación de la toxicología ambiental y, posteriormente, la ecotoxicología, de la toxicología clásica. El elemento revolucionario en el trabajo de Carson fue su extrapolación de los efectos de un solo organismo a los efectos en todo el ecosistema y el "equilibrio de la naturaleza" [2]
El término "ecotoxicología" fue acuñado por René Truhaut en 1969, quien lo definió como "la rama de la toxicología relacionada con el estudio de los efectos tóxicos, causados por contaminantes naturales o sintéticos, a los componentes de los ecosistemas , animales (incluidos los humanos), vegetales y Microbiano, en un contexto integral ” [3]
Aunque inicialmente se dedicó al estudio de los tóxicos antropogénicos, el término ahora se utiliza para describir la investigación sobre los efectos ecológicos de diversos estreses abióticos y bióticos, integrando así los efectos secundarios de actividades antropogénicas como la acidificación oceánica que resulta de la mayor disolución del dióxido de carbono en la superficie. aguas de los océanos [4] Se ha propuesto que esta ampliación del enfoque de los efectos puramente toxicológicos a la consideración de factores estresantes más generales va más allá de la definición de "ecotoxicología". Van Straalen (2003), en particular, argumentó que el campo se había diversificado para convertirse en Ecología del Estrés.y que, como los efectos de los tóxicos antropogénicos se combinaron, los factores estresantes naturales, el estudio exclusivo de sus efectos en un contexto ecológico no tenía sentido. Si bien esta propuesta está bien argumentada, es extraño que Van Straalen haya especificado únicamente "ecología" como el campo en el que se pretendía que el campo original de ecotoxicología cubriera todos los niveles de organización biológica desde las causas de nivel molecular hasta los efectos a nivel de ecosistema. Por lo tanto, el término biología del estrés parecería más apropiado. [ cita requerida ]
Tóxicos ambientales comunes [ editar ]
- PCB ( policlorados bifenilos ): se encuentran en los líquidos refrigerantes y aislantes, en los pesticidas, en los adhesivos y en los fluidos hidráulicos .
- Pesticidas : se utilizan ampliamente para prevenir, destruir o repeler cualquier organismo que pueda considerarse dañino. Comúnmente se encuentra en frutas, verduras y carnes cultivadas comercialmente. El metil paratión es un pesticida de uso común que se usa por razones agrícolas. El metil paratión causa la formación de medios tóxicos para los seres humanos, el suelo y el agua, los peces de agua dulce y otros organismos hidrófilos en el ecosistema. Methyl parathion propone numerosos factores de riesgo para la salud que son potencialmente mortales. [5]
- Moho y otras micotoxinas .
- Los ftalatos se encuentran en envoltorios de plástico, botellas de plástico y recipientes plásticos de almacenamiento de alimentos, todos los cuales constituyen una parte considerable de los residuos plásticos domésticos .
- COV ( compuestos orgánicos volátiles ), como el formaldehído ; Se puede encontrar en sistemas de agua potable y alcantarillado.
- Las dioxinas son una clase de compuestos químicos que se forman como resultado de procesos de combustión como la incineración de desechos y de la quema de combustibles como la madera, el carbón y el petróleo.
- El asbesto se encuentra en el aislamiento de flujos, techos, tuberías de agua y conductos de calefacción.
- Los metales pesados incluyen arsénico, mercurio, plomo, aluminio y cadmio, que se encuentran en peces y pesticidas.
- El cloroformo se usa para hacer otros químicos.
- El cloro se encuentra comúnmente en los productos de limpieza del hogar .
Exposición a productos químicos tóxicos [ editar ]
- Los productos químicos proponen el riesgo de matar el suministro de alimentos de otro animal que cambia la población general de la presa
- Los animales pueden estar al borde de la extinción debido a la cadena alimenticia que existe a través de las diferentes comunidades. Por ejemplo, las águilas calvas, las águilas pescadoras y los halcones peregrinos se enfrentaban a la extinción debido a que sus fuentes de alimentos (peces y otras aves) estaban contaminadas con toxinas.
- Todos estamos conectados entre las comunidades de seres vivos. Las plantas pueden absorber toxinas a través de sus raíces y hojas. Los animales y los humanos siempre están expuestos a los químicos por el aire que respiramos, las cosas que tocamos y lo que ponemos en nuestra boca.
- Los animales y los seres humanos también pueden comer otros animales o plantas que ya están envenenadas, lo que continuará la propagación de sustancias químicas, lo que se conoce como envenenamiento secundario [6]
Efectos sobre los individuos y la población total [ editar ]
- Efectos directos: el consumo directo de una toxina o algo que ha sido contaminado con una toxina al respirar, comer o beber.
- Problemas de desarrollo y reproducción.
- Efectos indirectos: organismos directamente afectados por la pérdida de alimentos, que ha disminuido debido a las toxinas.
- Efectos sub-letales: toxinas que no matan pero que enferman al organismo o hacen que cambie su comportamiento; [7] [8]
- Aumento de la sensibilidad a los tóxicos cuando existen factores estresantes ambientales adicionales [9]
- Con el uso crónico de pesticidas, esto corre el riesgo de causar anormalidades en la estructura cromosómica en los seres humanos, así como afectar la reproducción, el sistema nervioso y cardiovascular de cualquier animal expuesto.
- La genética puede verse afectada por la exposición a sustancias tóxicas, se pueden producir cambios directos en el ADN y, si no se reparan, los cambios pueden provocar mutaciones en la apariencia [10]
- Los contaminantes pueden modificar la distribución de los individuos en una población, el tamaño efectivo de la población, la tasa de mutación y la tasa de migración [11]
Efectos de la ecotoxicidad en una comunidad [ editar ]
- Relaciones depredador-presa: o bien el depredador se ve afectado por la toxina, lo que resulta en una disminución de la población de depredadores y, por lo tanto, aumenta la población de presas; o la población de presas se ve afectada por la toxina que resulta en una disminución de la población de presas que, en esencia, causará una disminución en la población de depredadores debido a la falta de recursos alimenticios [12]
- La ecotoxicología comunitaria estudia los efectos de todos los contaminantes en los patrones y la abundancia de especies, la diversidad, la composición de la comunidad y las interacciones de las especies. Las comunidades que dependen en gran medida de la competencia y la depredación tendrán dificultades para responder y prosperar en las perturbaciones de los contaminantes. Una comunidad que es rica en especies tendrá una mejor oportunidad de recuperarse de una perturbación de exotoxina, en lugar de una comunidad que no es rica en especies. Una especie podría ser fácilmente eliminada a expensas de una contaminación de sustancias químicas extrañas. La protección de distintos niveles de la comunidad, como la riqueza y diversidad de especies, es esencial para mantener un ecosistema saludable y bien equilibrado [13]
Efectos generales [ editar ]
Se ha demostrado que los productos químicos prohíben el crecimiento de la germinación de semillas de una disposición de diferentes especies de plantas. Las plantas son las que constituyen el nivel trófico más vital de las pirámides de biomasa, conocidas como las productoras primarias. Debido a que están en la base de la pirámide, todos los demás organismos de un ecosistema dependen de la salud y la abundancia de los productores primarios para sobrevivir. Si las plantas están luchando contra problemas con enfermedades relacionadas con la exposición a sustancias químicas, otros organismos morirán debido a la inanición u obtendrán la enfermedad al comer las plantas o animales ya infectados. Así que la ecotoxicología es una batalla en curso que proviene de muchas fuentes y puede afectar a todo ya todos en un ecosistema [14]
Formas de prevención [ editar ]
Regulación:
- En los Estados Unidos, la Agencia de Protección Ambiental (EPA, por sus siglas en inglés) revisa todos los pesticidas antes de que los productos se registren para la venta para asegurar que los beneficios superen los riesgos.
- La Ley de Protección de la Calidad de los Alimentos y la Ley de Agua Potable Segura se aprobaron en 1996, lo que obligó a la EPA a analizar los químicos de los pesticidas para detectar posibles efectos dañinos.
- Mantenga un registro cercano de las etiquetas cuando use un fertilizante o pesticida. Intente buscar productos que tengan un menor impacto en el medio ambiente [15]
- Hay muchas leyes federales y estatales que protegen aves, animales y plantas raras. Pero el primer orden de protección proviene de que tomemos medidas para evitar daños, ya que somos la fuente principal de todas las toxinas.
- Eliminación adecuada de residuos
Ensayo de ecotoxicidad [ editar ]
- Se realizan pruebas de toxicidad aguda y crónica para los organismos terrestres, incluidos los artrópodos aviares, mamíferos, no dirigidos y lombrices de tierra.
- La guía de pruebas de la Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos (OCDE) ha desarrollado pruebas específicas para probar el nivel de toxicidad en los organismos. Los estudios ecotoxicológicos generalmente se realizan de acuerdo con las directrices internacionales, incluyendo EPA, OCDE, EPPO, OPPTTS, SETAC, IOBC y JMAFF.
- LC50 es la prueba de toxicidad aguda que analiza el concentrado de tejido en el que es letal hasta el 50% en el tiempo especificado para la prueba. La prueba puede comenzar con huevos, embriones o juveniles y puede durar de 7 a 200 días.
- La CE50 es la concentración que causa efectos adversos en el 50% de los organismos de prueba (para un efecto binario sí / no, como la mortalidad o un efecto subletal específico) o causa una reducción del 50% (generalmente) en un parámetro no binario, como el crecimiento .
- Programa de detección de interruptores endocrinos (EDSP)
- Batería de cribado Tier 1
- Evaluaciones de especies en peligro de extinción .
- Evaluaciones persistentes, bioacumulativas e inherentemente tóxicas (PBiT) que utilizan las relaciones cuantitativas estructura-actividad (QSAR) para clasificar las sustancias reguladas.
- Bioacumulación en peces utilizando los métodos del Factor de Bioconcentración (FBC). [dieciséis]
Clasificación de la ecotoxicidad [ editar ]
La cantidad total de toxicidad aguda está directamente relacionada con la clasificación de toxicidad.
<1 clase="" font="" i="" mill="" n="" parte="" por="">
1–10 partes por millón → Clase II
10–100 partes por millón → Clase III
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