CONTAMINACION DE SISTEMAS ACUATICOS: EVALUACION

Y MANEJO

“EFECTOS DE LA CONTAMINACIÓN POR PETRÓLEO SOBRE

ORGANISMOS ACUÁTICOS”

Sabrina Lavarías

Procesos que afectan el transporte y la persistencia del petróleo

luego de un derrame.

Tansel, 2014. Inter. J. of Disaster Risk Reduction

El destino (comportamiento , distribución, migración ) de los componentes del petróleo en

el medio marino es controlado por una variedad de procesos interrelacionados. Los

principales procesos, generalmente conocidos como “intemperización”, incluyen el

transporte físico, la evaporación, disolución, emulsificación, la sedimentación, la

biodegradación y oxidación fotoquímica.

Los derrames de petróleo muestran uno de los patrones más

complejos y dinámicos de distribución de contaminantes y de

impacto en el medio acuático.

Esquema conceptual de los efectos biológicos característicos y los

riesgos ambientales de los derrames de petróleo en el mar.

Patin, 2013 Earth Sys. Environm. Sc.

Zonas aproximadas de los efectos biológicos y los rangos de las

concentraciones típicas de los HC del petróleo

Zonas: 1, áreas pelágicas (aguas abiertas); 2, las zonas costeras y litorales;

3, estuarios, bahías, y otros de poca profundidad (áreas semicerradas); 4,

zonas de contaminación local, incluidos los derrames de petróleo.

Agua de mar

Sedimentos del fondo

Los límites superiores de la zona con

"concentración sin efecto observado"

(NOEC) y la zona de los efectos

reversibles, pueden considerarse más o

menos como los “límites seguros” de las

concentraciones máximas permisibles de

HC del petróleo disueltos en agua de mar

y acumulado en los sedimentos del

fondo, respectivamente.

Patin, 2013 Earth Sys. Environm. Sc.

Efectos del petróleo crudo o sus componentes sobre la biota:

Muerte de los organismos por asfixia.

Muerte de los organismos por efectos tóxicos, sea por absorción o por contacto.

Inicialmente desaparición de los organismos más sensibles, principalmente formas

inmaduras.

Destrucción de las fuentes alimenticias de las especies superiores en la cadena trófica.

Disminución de la resistencia y defensas inmunológicas, mayor susceptibilidad a infecciones.

Incorporación de carcinógenos en forma directa o por el proceso de biomagnificación.

Efectos negativos sobre la reproducción y crecimiento.

Costas más cercanas

Mayores corrientes de agua

Mayor potencial de inundaciones

Volúmenes de agua menores

Flujo unidireccional

Susceptibilidad del medio ambiente dulceacuícola en comparación

al marino frente a los derrames de petróleo

El petróleo es generalmente más retenido en ambientes de

baja energía que en las costas marinas barridas por el oleaje.

La solubilidad de los contaminantes es inversamente

proporcional a la salinidad del medio.

Jiang et al., 2010 Acta Ecologica Sinica

Efecto de los HC sobre diferentes organismos

Efecto de los HC sobre diferentes organismos

Jiang et al., 2010 Acta Ecologica Sinica

Efecto de los HC sobre diferentes organismos

Jiang et al., 2010 Acta Ecologica Sinica

Efecto de los HC sobre diferentes organismos

Jiang et al., 2010 Acta Ecologica Sinica

Anderson et al.,1974 Marine Biology

Se observa que los dos productos refinados del petróleo fueron más tóxicos para todos los

organismos testeados en comparación con los petróleos crudos que resultaron menos tóxicos

Comparación de toxicidad de petróleos crudos con productos

refinados en crustáceos

HC

Absorción

(tracto

digestivo,

branquias,

piel)

Plasma/hemolinfa

Tóxico libre

Tóxico unido

Tóxico libre

Tóxico unido

Distribución

Tejidos

Excreción

(riñón, branquias,

intestino,

secreciones)

Metabolitos finales

libres conjugados

Biotransformación

Tejidos

Metabolitos

activos inactivos

receptores

enzimas

efectos

tóxicos

acumulación

en tejidos

Rutas de un hidrocarburo dentro de un organismo acuático

Tiempo [h]

Hid

roca

rbu

ro a

cu

mu

lad

o e

n te

jido

(

g/ g

)

12 24 48 72 96

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

Bioconcentración de los HC mayoritarios de la WSF en

adultos de M. borellii.

Benceno

C4 Alquilbencenos

Tolueno

Metilnaftalenos

Naftaleno

Etilbencenos + Xilenos

Propilbencenos +

C3 Alquilbencenos

Tiempo [h]

0 50 100 150 200 250

0

20

40

60

80

100H

idro

ca

rbu

ro r

em

an

en

te [

%]

Biodepuración de los HC mayoritarios de la WSF en

adultos de M. borellii.

Metilnaftalenos

C4 Alquilbencenos

Naftaleno Etilbencenos + Xilenos,

Propilbencenos + C3

Alquilbencenos,

Tolueno, Benceno

Estimación de la toxicidad de mezclas de HC

Broman & Ganning1986 Ophelia.

Las diferencias entre ambas especies

podrían deberse a su diferente tasa de

respiración, y por lo tanto al diferente

metabolismo, comportamiento alimenticio,

contenido lipídico y posiblemente a la

diferente actividad metabólica de los HC.

Efecto de la producción de plataformas

marinas sobre la comunidad bentónica

Kingston1987 Phil. Trans. R. Soc. Lond.

Los cambios en la densidad de la comunidad bentónica del Mar Egeo a partir de junio 1988 a agosto de

1989 y siguientes al derrame de petróleo entre diciembre de 1992 noviembre de 1996 La respuesta

bentónica ilustra cuatro fases distintas: 1) Una fuerte disminución de la densidad (diciembre 1992-mayo

1993). 2) La persistencia de la baja densidad (Primavera de 1993-Primavera 1995). 3) Aumento de la

densidad atribuida a los oportunistas, o la recolonización de crustáceos (primavera de 1995-verano de

1995). 4) La persistencia de alta densidad, con los patrones estacionales restaurados (verano de 1995 a

finales de la encuesta en 1996).

Perhar and Arhonditsis , 2014. J Great Lakes Research

Efecto de un derrame de petróleo sobre la

comunidad bentónica

EFECTOS BIOQUÍMICOS DEL PETRÓLEO UTILIZADOS COMO

BIOMARCADORES DE CONTAMINACIÓN EN DIFERENTES

ORGANISMOS ACUÁTICOS

El-Dib et al.,1997 Bull. Environ. Contam. Toxicol.

Efecto del “Fuel oil” sobre algas

La exposición de receptores

aril hidrocarburos (AHR) a

PAH induce las actividades

enzimáticas del citocromo

P450-dependientes como

(EROD) catalizada por

CYP1A y CYP1B .

Respuesta en función del tiempo para la actividad de EROD en hígado (A), la

actividad de alanina transaminasa (B), frecuencia de anormalidad nuclear

eritrocítica (C), cortisol en plasma (D), cortisol interrenal (E), lactato en plasma y la

glucosa (F)

Efecto de DWSF sobre anguilas

Pacheco, 2001 Ecotoxicol. Environ. Saf.

Roy et al., 2003 Aquatic Toxicology

Efecto bioquímico de sedimentos contaminados con HC sobre peces

Evidencia del daño del DNA hepático provocada por HC

Niveles de corticosteroides en peces expuestos a WSF

Stephens et. al.,1997 J. Fish Biol.

El cortisol (hidrocortisona) es una hormona esteroidea que se libera en

respuesta al estrés y su principal función es incrementar la glucemia.

García & Heras, 2012 Mar. Poll. Bull.

Niveles de vitelogenina y lipovitelina en camarones

expuestos a WSF

La WSF provocó el aumento de VTG y LV en

hemolinfa y ovario. Esto puede ser producido por

PHAs que podrían ser considerados químicos

estrogénicos, como los pesticidas organoclorados,

PCBs y surfactantes.

Existe evidencia de que los contaminantes estrogénicos

(incluyendo imitadores naturales, sintéticos y estrógenos) causan

feminización e intersexualidad en organismos. La vitelogenina (VTG)

ha sido utilizada como un biomarcador de feminización.

SUSEPTIBILIDAD DE LOS ORGANISMOS EN ESTADÍOS

DE DESARROLLO INMADUROS AL PETRÓLEO

Detalle de alteraciones morfológicas en larvas expuestas a petróleo a) control normal

b) las larvas expuestas presentaron deformidades en la cabeza. Las líneas blancas

muestran la mandíbula inferior y superior.

Efectos teratogénicos del petróleo crudo sobre

larvas de arenque

Ingvarsdóttir et al. 2012 Journal of Marine Systems

Evaluación histopatológica y citogenética de larvas de arenque

expuestas a HC

Marty et al.1997 Can. J. Fish. Aquat.

La mayor sensibilidad a la toxicidad de los HC de la larvas

comparada con la de los adultos podría estar relacionada con:

La elevada relación entre el área superficial y el volumen

aumentaría la capacidad de absorción de contaminantes.

Los activos cambios ontogénicos podrían explicar la mayor

sensibilidad a los HC.

Valores de LC 50 % para adultos y larvas de 2-4 días

de M. borellii expuestos a la WSF durante 96 h.

Tiempo de

exposición

Adultos (95% CL) Larvas (95% CL) p

LC50, 24 h >3,4 (*) 2,5 (2,1->3,4) ND

LC50, 48 h 3,1 (2,2 - >3,4) 1,7 (1,5 - 2,0) <0,05

LC50, 72 h 2,1 (1,2- 3,2) 1,5 (1,1 - 1,5) <0,05

LC50, 96 h 1,6 (0,7- 2,6) 1,4 (1,2 - 1,6) NS

Valores expresados en mg/l.

Embriones LC50, 96 h >3,4 mg/l de WSF

LC50, 96 h 1,6 (0,7- 2,6) 1,4 (1,2 - 1,6) NS

Tiempo (días)

5 10 15 20 25 30 35 40

Supe

rviv

encia

(%

)

0

20

40

60

80

100

Porcentaje de supervivencia de embriones de M. borellii a lo

largo del desarrollo hasta la eclosión.

Controles

Expuestos

a WSF

0

20

40

60

80

100

40 41 42 43

Tiempo (días)

Hue

vos e

clo

sio

na

do

s (

%)

Porcentaje de huevos eclosionados en función del día

de eclosión

Control

Expuesto

a WSF

Control

Larvas recién eclosionadas procedentes de huevos expuestos

crónicamente a la WSF durante el desarrollo.

Cáscara

Tratada

con WSF

Efecto de BWSF sobre embriones de gusanos. La

exposición prolongada a BWSF no resultó perjudicial

para los embriones y mostraron un desarrollo normal

Efectos de BWSF durante el desarrollo

embriones de erizo de mar

Western blot de la P-gp (multixenobiotoic resistance transporter,

MXE) en embriones expuestos a BWSF. Los embriones de erizos

de mar parecen no expresar P-gp durante el desarrollo a diferencia

de los embriones de gusanos que expresan P-gp continuamente.

Hamdoun et al. 2002 Aquatic Toxicology

La tolerancia al petróleo crudo biodegradado en embriones de

invertebrados marinos se asocia con la expresión de un

transportador de la resistencia multixenobioticos

Romero-Lopez et al., 2012 Aquatic Toxicology

Se estudiaron los efectos a corto y a largo

plazo del petróleo sobre microalgas de agua

dulce y marinos. Estas cepas fueron

expuestas a petróleo y gasoil. La exposición a

corto plazo al petróleo o aceite diesel reveló

una rápida inhibición de la actividad

fotosintética y de la proliferación celular en

ambas especies. La exposición a largo plazo

mostró destrucción masiva de las células

sensibles. Sin embargo, después de una

incubación adicional, algunos cultivos fueron

capaces de crecer de nuevo debido al

surgimiento de células resistentes a los HC.

Por medio de un análisis de fluctuación, se

discriminaron las células que se habían vuelto

resistentes debido a la aclimatación

fisiológica con las células resistentes que

surgieron por mutaciones espontáneas raras.

Además, se realizó un análisis en cuanto a la

capacidad máxima de la adaptación a un

proceso de contaminación gradual.

Capacidad de las microalgas a la aclimatación fisiológica y la

adaptación genética inducida por contaminación de petróleo y gasoil

Proceso de dispersión química

TRATAMIENTO DE LA MANCHA DE PETRÉLEO:

UTILIZACIÓN DE DISPERSANTES

Toxicidad de dispersantes COREXIT y WAF en hidrozoo

Mitchell & Holdway,2000 Water Res

Chase et al. 2013 Science of the Total Environment

Perfil de HC de petróleo solo (A) y con Corexit EC9500A (B), linea de base en los tejidos blandos de los

cangrejos violinistas (Uca minax) (C), tejidos blandos de cangrejo violinista después de 24 h de exposición

a petróleo solo (D) y con el dispersante (E), y en tejidos blandos de cangrejo violinista después de 96 h de

exposición a petróleo solo (F) y con el dispersante (G).

Bioacumulación de HC del petróleo en los cangrejos violinistas

expuestos a crudo solo y en mezcla con dispersante COREXIT

Desarrollo de combustibles alternativos para aviones y barcos que sean viables con el medio ambiente.

A través de bioensayos se compararon las toxicidades de dos combustibles alternativos, el combustible para

aviones derivado de semillas de lino ( HRJ5 ) y combustible diesel derivado de algas ( HRD76 ), con los

combustibles convencionales, querosén de aviación ( JP5 ) y el diesel de barco ( F76 ). Los resultados

obtenidos indicaron que los combustibles alternativos son significativamente menos tóxicos para los organismos

marinos que los combustibles convencionales derivados del petróleo .

G. Rosen et al. 2013 Chemosphere

Evaluación preliminar de la ecotoxicidad de combustibles

alternativos de nueva generación en agua de mar

Muchas gracias por su atención