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Tecnologias

Bioindicação em ecossistemas terrestres

Josanidia Santana Lima

PhD em Ecologia Paisagística pela Universidade de Kassel, Alemanha.

Princípios e Conceitos da Bioindicação

Em um ecossistema, energia, matéria e carreadores de informações interagem em uma intricada rede de processos. Modificações em um compartimento necessariamente induzem alterações em outros. A frequência das alterações no sistema , entre outros, é determinada pelo grau de adaptação e seleção de processos a nível individual e de população. Nossa compreensão dos processos envolvidos é, na melhor das hipóteses, parcial e as ferramentas que utilizamos na compreensão foca aqueles poucos aspectos que conhecemos. As dificuldades surgem com o fato de que um problema pode surgir com significados diferentes dependendo do ponto de vista e da perspectiva de avaliação. Consequentemente nossa contribuição na solução do problema, incluindo esforços científicos como os nossos, é inevitavelmente direcionada.

Todo sistema biológico, independente se enquanto organismo, população ou comunidade se adaptou a um complexo de fatores ambientais ao longo da sua evolução. Na biosfera, ele conquistou um espaço e um nicho ecológico onde ele encontra as condições necessárias e favoráveis à sua manutenção e reprodução. Frente a fatores que exercem influência sobre cada organismo existe um nível específico de tolerância fisiológica, determinada geneticamente e adquirida filogeneticamente, que regula a capacidade de suportar esses fatores. Se o fator ocorre em intensidade baixa ou elevada demais, porém em nível suportável, o organismo se encontra em um péssimo fisiológico. Somente em níveis limitados, nos quais o fator alcança intensidade especialmente favorável, o organismo atinge seu ótimo fisiológico. A tolerância fisiológica, por regra, não está presente em todas as fases de desenvolvimento de um organismo, como também não se apresenta nos mesmos níveis para todos os indivíduos de uma população.

Quanto à amplitude do nível de tolerância conceitua-se os euripotentes como organismos que apresentam elevada amplitude e os estenopotentes como aqueles que apresentam estreita amplitude. O desenvolvimento de um organismo depende, com frequência, do fator que ocorre na amplitude mais elevada ou mais estreita, ou seja, no seu péssimo fisiológico. Alteração desse fator para um estágio ótimo provoca os melhores efeitos ecológicos, embora o desenvolvimento, como um todo, resulte da ação combinada de todos fatores atuantes. Fatores isolados podem ser substituidos entre si até uma determinada dimensão. A combinação de fatores diferentes pode resultar em um mesmo efeito, sem que haja, contudo, uma substituição absoluta de fatores específicos. Cada sistema biológico (organismo, população, comunidade) é capaz de indicar o efeito de fatores ambientais, sejam eles naturais, antrópicos ou modificados antropicamente. A indicação da fatores ambientais bióticos ou abióticos através de sistemas biológicos é chamada frequentemente de Bioindicação (lat. indicare).

Bioindicadores são organismos ou comunidades, cujas funções vitais se correlacionam tão estreitamente com determinados fatores ambientais, que podem ser empregados como indicadores na avaliação de uma dada área (areal). Esta definição inclui conscientemente a indicação de comportamentos naturais, como p.ex.: na agricultura, onde podemos inferir sobre características de uma região apenas pela presença ou ausência de determinadas espécies vegetais. Bioindicadores são definidos como organismos ou comunidades que respondem à poluição ambiental alterando suas funções vitais ou acumulando toxinas. Os processos bioquímicos básicos são os mesmos em muitos organismos e por isso parece ser razoável utilizar organismos como bioindicadores, que reagem mais rapidamente do que o homem, frente a toxinas ambientais. Estes organismos podem ser usados para detectar alterações ambientais provocadas pelas atividades humanas, as quais podem ser perigosas para o próprio homem. A bioindicação envolve a decodificação de informações de biossistemas com o propósito de avaliar uma dada área ou domínio. Esta definição falha na menção do fator tempo e da possibilidade de se usar organismos testes. A compreensão das interações e estruturas dos ecossistemas é a base da prática do uso de bioindicadores e biomonitores.

Com frequência, o conceito Bioindicação é usado para definir reações, dependentes de uma variável temporal, a um fator ambiental antrópico ou modificado antropicamente, manifestadas através de respostas mensuráveis provenientes de um objeto ou sistema biológico. Essas respostas têm que ser comparáveis em situações padronizadas.

A bioindicação não trata predominantemente da indicação da existência , do vigor ou da intensidade de um fator ambiental, mas sim da reação de um sistema biológico. Trata-se do reconhecimento do efeito de um fator ambiental. Influências antrópicas são, em parte, novos fatores ambientais, ou elas provocam modificações antrópicas em fatores ambientais já existentes e com isso modificações em parâmetros do sistema biológico. A bioindicação existe quando valores atuais ou valores de entrada de um dado sistema se diferem de valores considerados padrões. Nisso baseia-se a principal diferença entre o monitoramento de parâmetros físicos e químicos da bioindicação de fatores ambientais.

No monitoramento físico-químico aborda-se a qualidade e quantidade de fatores, podendo-se eventualmente inferir-se sobre os efeitos biológicos, enquanto que na bioindicação obtem-se informações sobre os efeitos no sistema biológico, podendo-se eventualmente inferir sobre a qualidade e quantidade do fator estressor. Para se medir a significância da divergência dos valores de cada fator estressor é necessária a existência de áreas relativa ou absolutamente comparáveis. Na bioindicação, além de fatores ambientais antrópicos e fatores internos como nível nutricional, idade, grau de tolerância (determinada geneticamente), etc, os fatores ambientais naturais também influenciam as reações dos sistemas biológicos, que respondem considerando a totalidade (sinergismo) do ambiente que lhe circunda.

Existem diferentes formas de bioindicação. A boindicação não específica ocorre quando a mesma reação pode ser provocada por diferentes fatores antrópicos. A bioindicação específica ocorre quando somente um fator ambiental provoca a reação. Se o bioindicador reage modificando seu comportamento com um desvio significante em relação à norma, então ele é um bioindicador sensível. Se ele, ao contrário, acumula influências antrópicas, sem contudo mostrar danos passíveis de serem reconhecidos em um curto espaço de tempo, ele é denominado bioindicador acumulativo. Nestes casos quando existe um acúmulo significativo no organismo e no seu ambiente, ocorrem alterações de processos fisiológicos e biocenóticos.

Na natureza, por regra, a bioindicação se registra em cadeias de reações ou processos. Se o fator antrópico atua diretamente sobre o sistema biológico, fala-se em bioindicação direta. Em muitas situações a bioindicação se manifesta como resultado de alterações de condições ambientais, que provocam respostas diferentes. Temos então a bioindicação indireta ou bioindicador indireto.

Um organismo pode apresentar em si mesmo uma cadeia de reações a um fator antrópico. A primeira reação é chamada de bioindicação primária, as demais de bioindicação secundária.

Com frequência é desejável se reconhecer o efeito biológico de um fator antrópico em tempo hábil, a fim de se poder tomar providências de controle. Uma indicação temporã é possível com bioindicadores muito sensíveis, quando a reação é provocada já com doses muito baixas, em uma escala cronológica bastante curta e em níveis de processos moleculares ou bioquímicos.

No que se refere à escala cronológica de reação, os bioindicadores se classificam em seis diferentes tipos:

Após um determinado período, no qual ele não mostra nenhuma reação (no effect level), o bioindicador reage com uma única forte resposta voltando a não mostrar nenhuma reação mais (upper effect level);

Como no caso anterior, a resposta ocorre repentina e intensamente, permanecendo por algum tempo, desaparecendo rapidamente;

O bioindicador reage desde o início do fator estressor com intensidade contínua durante muito tempo;

Após uma forte reação imediata, esta apresenta-se cada vez mais fraca;

Reação imediata com o início do estresse, se intensificando continuamente até alcançar o máximo, reduzindo sua intensidade progressivamente;

O comportamento 5 se repete várias vezes, até que se caracterize uma oscilação na bioindicação (ciclos)
Um dos mais fundamentais atributos do organismo vivo, incluindo o homem, é a sua habilidade de responder a estímulos. Estes estímulos ativam processos necessários à sobrevivência do ser vivo. Poluentes ambientais podem se caracterizar como estímulos e provocar respostas nos organismos vivos. Esta peculiaridade pode ser empregada como um critério ou indicação na determinação da presença de poluentes no meio ambiente. Quando organismos são usados como bioindicadores em propostas de monitoramento ambiental, eles funcionam como instrumentos.

O desenvolvimento na área do monitoramento biológico, especialmente na Europa, provocou o surgimento de inúmeras designações para métodos e enfoques que se desenvolveram em conexão com diferentes linhas de pesquisas e aplicações práticas. Os organismos são classificados, entre outros, como indicadores acumulativos, indicadores de respostas, organismos indicadores, organismos teste e organismos monitores, sendo que os monitores podem ser passivos e ativos. Os organismos indicadores e o monitor passivo são ecossistemas orientados, enquanto que os organismos teste e o monitor ativo são mais adequados para acompanhamentos em laboratório.

Organismos indicadores (Bioindicadores) são definidos como indicadores biológicos ou comunidades de indicadores que podem fornecer informações sobre as condições de um ecossistema, como por exemplo valor de pH ou a concentração de metais pesados no solo. Certas espécies vegetais respondem a alterações ambientais, como o surgimento de poluentes, desaparecendo ou se multiplicando. Em outras palavras, o tamanho e a composição de comunidades vegetais e animais se alteram. Geralmente o monitoramento realizado empregando-se vegetais é mais frequente do que usando-se a fauna, uma vez que os vegetais têm requerimentos ambientais mais fáceis de serem monitorados, permanecem no mesmo lugar e são mais numerosos. Para se identificar mudanças no ecossistema são necessárias coletas repetidas a longo prazo. Estudos a longo-prazo permitem a compilação de inventários ambientais compreensíveis, que podem fornecer informações sobre a extensão de influências antrópicas.

Organismos teste são usados inicialmente em testes toxicológicos de laboratório e para análise de água. Em geral eles são altamente padronizados sendo, com frequência, usados diretamente para detectar riscos imediatos para a população humana. Normalmente são empregados organismos animais para este propósito. Embora nem sempre os resultados desses testes possam ser diretamente transferidos para o ecossistema, durante os últimos anos esses testes têm recebido atenção crescente em conecção com a avaliação de poluentes ambientais como pesticidas. Organismos teste como algas, bactérias e animais superiores produzem informações quantificáveis. Organismos teste também são empregados no monitoramento e controle da poluição do ar. Isto significa que amostras de ar poluído ou poluentes são levados para o laboratório e têm sua toxicidade testada. Testes usando agrião ou cevada são usados frequentemente. Neste teste é acompanhada a taxa de germinação e/ou o crescimento da parte aérea e da raiz sob influência do poluente.

Organismos monitor (Biomonitor) inclui todos os organismos vivos que são usados no monitoramento qualitativo e quantitativo do nível de poluentes no meio ambiente e a sua repercussão na ecologia. Organismo indicador de resposta ou acumulador pode ser melhor distinguido nesta categoria do que no caso de organismos classificados como teste. Ambos tipos de organismos, indicador de resposta e acumulador, podem já estar presentes no ecossistema (monitor passivo) ou serem introduzidos (monitor ativo). Em ambos casos os danos observados e/ou análises químicas permitem conclusões mais ou menos acuradas relacionadas à quantificação de níveis de poluentes específicos, uma vez que metodologias apropriadas já foram estabelecidas.

A expressão Organismo Monitor tem origem anglo-americana "to monitor" que significa controlar, vigiar, fiscalizar. A diversificação na terminologia encontrada em vários livros e apresentada aqui sobre diferentes tipos de indicadores pode provocar uma sensação de vazio. Entretanto existe claramente uma convergência, por um lado, entre organismos indicadores e organismos usados no monitoramento passivo e, do outro lado, entre organismos teste e aqueles usados no monitoramento ativo.

No monitoramento da poluição do ar, o biomonitor exerce o papel mais importante entre os indicadores biológicos. Ele pode fornecer dados em diferentes níveis biológicos. Os caminhos através dos quais um organismo responde à sua exposição a poluentes pode ser observada ou medida em termos bioquímicos ou fisiológicos. Monitoramento biológico baseado em métodos ecofisiológicos e que fazem uso de critérios celulares e de tecido também goza aplicações práticas. Se presume que o surgimento de danos visíveis em uma planta deva ser precedido de alterações metabólicas, a detecção prévia das alterações metabólicas seria então vantajosa. Infelizmente as técnicas existentes para se determinar alterações metabólicas (desenvolvidas para aplicações médicas) são, na maioria, muito caras e extremamente complicadas e não suficientemente adaptadas para uso em vegetais.

Um número considerável de espécies vegetais são usadas no monitoramento biológico, onde sintomas visíveis de danos a órgãos e/ou ao organismo como um todo são empregados como critério. A maioria das plantas monitoras, rotineiramente usadas, pertence a este grupo. Um dos motivos para isso é que elas atendem as várias demandas que são feitas a um indicador biológico:

Facilidade na manipulação e tratamento

Facilmente padronizáveis

As condições que provocam respostas são bem conhecidas

Não são caros

As respostas são facilmente avaliadas

Os efeitos da poluição são óbvios e quantificáveis

Uniformidade genética pode ser alcançada

As respostas podem ser avaliadas estatisticamente

O biomonitor não precisa necessariamente atender a todas essas condições ao mesmo tempo. Dependendo dos objetivos, atributos diferentes podem ter mais ou menos importância, ou requerimentos adicionais podem ser imprescindíveis

No monitoramento, procedimentos devem ser o mais padronizados possível. Infelizmente, na prática, estes requerimentos não são completamente preenchidos levando-se em consideração o elevado número de propostas. Entretanto, uma vez que a padronização é um pré-requisito para procedimentos de rotina, várias propostas de padronização têm sido feitas, em particular aquelas sugeridas pela VDI (Air Quality Control of the Association of German Engineers). A intenção desses esforços é essencialmente produzir resultados comparáveis e incrementar a precisão reduzindo erros marginais. Este intento é alcançado definindo-se cuidadosamente métodos em forma de manuais de orientação. O exemplo provavelmente mais conhecido é a padronização da cultura de gramíneas. Este é um indicador acumulativo, que tem sido usado há vários anos como monitor ativo local e regional.

Ele foi desenvolvido originalmente por Scholl (1971, 1972) e pela "State Institute for Environmental Protection of Northe-Rhine/Westphalia". Todos os aspectos da metodologia são descritos em detalhes, indo desde a qualidade da semente, cultivo, irrigação, exposição, à análise de resultados. Nos últimos 20 anos, esse método tem sido empregado com sucesso em larga variedade de condições e objetivos. Monitoramento ativo com líquens também tem uma padronização semelhante a das gramíneas. Os princípios envolvidos foram formulados inicialmente por Brodo (1961), mas foi Schönbeck (1968) quem introduziu esta técnica na Europa Central e a desenvolveu no grau de sofisticação atual. Outros exemplos podem ser citados, porém o importante é ressaltar que muitas metodologias requerem certas improvisações antes de poderem ser aplicadas com sucesso e então padronizadas.

O maior dos pré-requisitos para o uso rotineiro de plantas como bioindicador foi a descoberta de um sistema automático de irrigação para plantas expostas, desenvolvido por Arndt (1983), que reduziu problemas e facilitou a manutenção dos vegetais.

Bibliografia Consultada

ARNDT, U; Nobel, W; Schweizer, B (1987): Bioindikatoren: Möglichkeiten, Grenzen und neue Erkenntnisse, Ulmer.

MARKERT, B (1993): Plants as Biomonitors: indicators for heavy metals in the terrestrial environment. VHC

SCHUBERT, R (1991): Bioindikation in terrestrischen Ökosystemen. Fischer Verlag

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