Bioaccumulo di inquinanti in Procambarus clarkii · • Sono solidi, ad eccezione del mercurio, a...

2011 LIFE presentation 1

FRANCESCO ACRI ([email protected])

DANIELE CASSIN ([email protected])

Bioaccumulo di inquinanti in Procambarus clarkii

LIFE RARITY (LIFE/10/NAT/IT/000239/RARITY)


COMUNITA’ E RETI TROFICHE

• Le specie vegetali, animali e microbiche formano associazioni naturali chiamate comunità

• Gli organismi appartenenti ad una comunità sono legati, sia direttamente sia indirettamente, per mezzo di relazioni alimentari

• La RETE TROFICA (o CATENA ALIMENTARE) descrive perciò il trasferimento di energia e di materia all’interno di un ecosistema

ovvero i rapporti alimentari che intervengono in una comunità


Esempio di rete trofica nelle acque dolci

Batteri

Fitoplancton

Copepodi

Ciliati Rotiferi Piccoli gamberi

Larve di ditischiPesce perla

Luccio


• P. clarkii si nutre di:

- piante acquatiche- detriti vegetali- uova e larve di insetti- molluschi- uova di anfibi - uova di pesci

• P. clarkii è cibo per:

- pesci- rettili- uccelli- mammiferi


• Presenza percentuale di P. clarkii nel contenuto dello stomaco di alcuni vertebrati

Luccio: 83 % (Elvira B. et al., 1996)

Cicogna: 67 % (Correia A.M., 2001)

Lontra: 67 % (Correia A.M., 2001)


• Il gambero rosso della Louisiana è in grado di sopportare forti stress ambientali: prosciugamento, temperature estreme, bassi livelli di ossigeno e alta concentrazione di agenti inquinanti

• È anche capace di accumulare sostanze inquinanti e tossine prodotte da alghe microscopiche nell’organismo. Conseguentemente i predatori di questo animale, uomo compreso, assorbono i contaminanti presenti nei suoi tessuti

• P. clarkii può accumulare nel suo organismo:

- metalli pesanti

- microcistine


I metalli pesanti

• Sono solidi, ad eccezione del mercurio, a temperatura ambiente

• Sono duttili, malleabili e buoni conduttori di elettricità e calore

• Sono detti pesanti perché la loro densità supera i 5 g/cm3

• Usualmente vengono raggruppati tra i metalli pesanti anche elementi che non sono metalli: arsenico, selenio

• Alcuni non svolgono alcun ruolo specifico nei processi vitali: arsenico, cadmio, mercurio e piombo

• Altri sono essenziali a dosi basse o molto basse per l’organismo: ferro, cobalto, cromo, rame, manganese e zinco


• Processi naturali: eruzioni vulcaniche, erosione delle rocce ecc.

• Attività minerarie

• Processi di combustione: centrali termoelettriche, inceneritori, traffico automobilistico, impianti di riscaldamento

• Attività industriali: industria metallurgica, industria chimica

• Abrasione di materiali: manufatti di metallo, pneumatici, vernici ecc.

• Attività agricole: uso di composti del rame, dello stagno ecc.

I metalli pesanti entrano facilmente nella catena alimentare essendo largamente distribuiti nell’ambiente in seguito a:


L’esposizione dell’uomo ai metalli pesanti avviene per:

• inalazione dall’aria di polveri e vapori

• assunzione d’acqua e alimenti contaminati

Le cause di contaminazione degli alimenti sono:

• la produzione di animali e piante in aree altamente inquinate

• contatto degli alimenti con apparecchiature o materiali metallici durante i processi di lavorazione

• confezionamento o immagazzinamento degli alimenti in contenitori metallici


I metalli pesanti:

• sono sostanze tossiche persistenti: non vengono degradati dai processi naturali

• sono soggetti a bioaccumulo: si accumulano nell’organismo in concentrazioni superiori a quelle riscontrate nell’ambiente circostante

• sono soggetti a biomagnificazione: la loro concentrazione è più alta negli organismi che stanno ai vertici della catena alimentare

Biomagnificazione del mercurio nel pesce


Tossicità

• Alcuni metalli pesanti sono, a basse concentrazioni, oligoelementiessenziali per la vita dell’uomo (manganese, zinco, rame, selenio) Quando invece sono presenti a concentrazioni superiori a determinate soglie, questi stessi microelementi diventano tossici

• Per contro, altri metalli, detti microinquinanti inorganici, sono tossicianche in tracce (cromo esavalente)


Grado di tossicità dei metalli pesanti (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002):

• Elevata:Antimonio, Arsenico, Cadmio, Cromo, Mercurio, Nickel, Piombo

• Modesta:Ferro, Manganese, Rame, Selenio, Zinco

• Molto bassa:Alluminio, Argento, Stagno, Stronzio, Tallio


(da Ferraresi A. & Corticelli C., 2002)


(Regione Veneto: http://www.arpa.veneto.it/glossario_amb/htm/metalli_pesanti.asp)


Minamata

- Anni: 1932-1968- Rilascio di mercurio da parte dell'industria chimica Chisso Corporation nella baia di Minamata- Numerose vittime

Sandoz

- Anno: 1986- Incendio e rilascio di grandi quantità di mercurio dagli stabilimenti della Sandoz nel fiume Reno- I pesci muoiono per una lunghezza di 100 chilometri

Parco nazionale di Doñana

- Anno: 1998- Massiccio scarico di materiale minerario nel fiume Guadiamar- Gravi danni ambientali ed economici

Disastri causati da inquinamento da metalli pesanti (http://www.lenntech.com/processes/heavy/heavy-metals/heavy-metals.htm):


Regolamento (CE) N. 1881/2006: livelli massimi nei crostacei di

Piombo

Cadmio

Mercurio

Usi:- Apparecchiature scientifiche- Lampade a vapori di mercurio- Industria della soda caustica- Pile- Pigmenti (cinabro, HgS)

Usi:- Pile al nichel-cadmio- Pigmenti (giallo, CdS)- Elettroplaccatura (cadmiatura)- Leghe metalliche bassofondentie per saldatura

- Leghe metalliche resistenti all'usura- Semiconduttori

Usi:- Edilizia- Batterie per autotrazione- Proiettili per armi da fuoco- Leghe per la saldatura


Piombo

• Può ostacolare lo sviluppo cognitivo e delle prestazioni intellettuali nel bambino, nonché aumentare la pressione sanguigna e le patologie vascolari negli adulti

• L’assunzione umana del piombo si realizza attraverso la dieta oppure attraverso l’inalazione del piombo atmosferico

• Nel corso dell’ultimo decennio il tenore in piombo negli alimenti è diminuito a seguito delle azioni dirette e indirette compiute su questo versante (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002)


Cadmio

• Può essere accumulato nel corpo umano e comportare disfunzioni renali, danni a carico dello scheletro e carenze dell’apparato riproduttore

• Non è possibile escludere una eventuale azione cancerogena

• La fonte principale dell’assunzione umana è costituita dai prodotti alimentari (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002)


Mercurio

• Può provocare alterazioni nello sviluppo cerebrale dei bambini e alterazioni neurologiche negli adulti

• La fonte principale di assunzione del mercurio sono il pesce ed i prodotti della pesca (Ferraresi A. & Corticelli C., 2002)


• I gamberi che vivono in ambienti inquinati accumulano metalli pesanti nel loro organismo

• Cadmio, rame, piombo e zinco sono accumulati prevalentemente nell’epatopancreas

• Mercurio e nichel sono accumulati principalmente nei muscoli e nell’esoscheletro

(Huxley T.H., 1880)

Epatopancras


• La capacità di accumulare inquinanti rende necessario verificare, qualora si voglia utilizzare P. clarkii come alimento, la qualità delle sue carni

• Ad es. gli esemplari di P. clarkii campionati in alcune aree venatorie dell’area umida di Massaciucoli (LU) mostrano, nell’esoscheletro e nell’epatopancreas, un marcato accumulo di piombo che proviene dai pallini da caccia nel sedimento• Se utilizzati a scopo alimentare potrebbero costituire un pericolo per la salute umana, non tanto per i livelli di piombo rilevati nella parte edibile (in media 0,5 µg/g p.s. nel muscolo) ma soprattutto per le elevate concentrazioni presenti nel contenuto intestinale (in media 340,9 µg/g p.s.; Bianchi N. et al., 2006)

Lago di Massaciucoli


• Il gambero P. clarkii è in grado di accumulare nel suo organismo le tossine prodotte dal cianobatterio Microcystis aeruginosa


• Sono organismi simili ai batteri

• Hanno pigmenti fotosintetici (clorofilla a, b) e un pigmento (ficocianina) che dà loro un colore bluastro, e quindi sono conosciuti come alghe azzurre

• Hanno un ruolo fondamentale nel ciclo dell’azoto (fissano l’azoto atmosferico)

• Vivono nelle acque dolci e marine e nel suolo

• Hanno la capacità di produrre alcuni metaboliti secondari genericamente chiamati cianotossine

• Le cianotossine possono essere classificate in base al meccanismo di tossicità in tre classi principali: epatotossine, neurotossine e dermatotossine

I Cianobatteri


Cianobatteri


Distribuzione di cianobatteri tossici in Italia

(da Funari E. et al., 2008)


• All’interno di questo genere si distingue la specie cosmopolita M. aeruginosa:

- forma colonie che vanno da pochi a 100 individui

- è presente nelle regioni temperate in acque eutrofiche ed ipertrofiche

- produce microcistine

• Le fioriture di M. aeruginosa avvengono in tarda estate e inizio autunno e sono favorite da:- temperatura di 15-30 °C- livelli di fosforo nelle acque medi o elevati- assenza di mescolamento dell’acqua

• Il genere Microcystis appartiene ai cianobatteri più importanti e studiati per la formazione di fioriture nei corpi idrici

M. aeruginosa


• I cianobatteri del genere Microcystis possono dar luogo a fioriture rapide ed imponenti


• M. aeruginosa produce tossine pericolose: le microcistine

• Le microcistine possono danneggiare:- fegato (bersaglio primario)- polmoni- reni

• Le microcistine sono agenti cancerogeni

• Non sono distrutte dalla cottura

• Delle 60 varianti di microcistine la microcistina LR è la più pericolosa:l’ingestione giornaliera non deve superare 0,04 µg/Kg di peso corporeo del consumatore e la sua concentrazione deve essere inferiore a 1 µg/l nelle acque destinate al consumo umano (OMS)

Microcistina LR


• P. clarkii si ciba di microalghe, compresi i cianobatteri, e può accumulare microcistine nel suo organismo

• L’accumulo di tossine è più elevato nell’intestino

• Gli individui grandi accumulano meno tossina di quelli piccoli (normalmente scartati)

• Un periodo di depurazione prima dell’immissione sul mercato può far diminuire nella muscolatura dell’addome, ma non nell’intestino, il contenuto tossico (Tricarico E. et al., 2008)


• Nel 2002 e nel 2003 la pesca di P. clarkii nel lago di Massaciuccoli (LU) è stata sospesa a causa delle fioriture di M. aeruginosa con danni economici per i pescatori

• Nel 2003 nelle acque del lago sono stati osservati livelli di microcistina superiori a 160 µg/l

• Anche nei gamberi le concentrazioni di tossina erano elevate (Simoni F. et al., 2004)

Lago di Massaciucoli


Problemi legati a fioriture di M. Aeruginosa nel lago di Massaciucoli


Conclusioni

• La pesca di P. clarkii può contenere la sua diffusione e contrastare i danni ecologici dei quali è responsabile aiutando, nel contempo, l’economia locale

• A causa dell’elevata capacità di questo crostaceo di accumulareinquinanti, la sua cattura deve avvenire solo in acque di buona qualità

• Un periodo di depurazione di almeno una settimana prima dell’immissionesul mercato e l’eliminazione dell’intestino prima di ingerirlo possonoaumentare la sicurezza di questo alimento (Tricarico et al., 2008)


• Bianchi N., Ancora S., di Fazio N., Leonzio C., Tenzoni A. (2006). Livelli di piombo, mercurio e cadmio nell'area umida del parco Migliarino-S.Rossore-Massaciuccoli. XIV Congresso della Società Italiana di Ecologia. Viterbo/Civitavecchia 2006.• Correia A.M. (2001). Seasonal and interspecific evaluation of predation by mammals and birds on the introduced red swamp crayfish Procambarus clarkii (Crustacea, Cambaridae) in a freshwater marsh (Portugal). Journal of Zoology, London 255: 533–541.• Elvira B., Nicola G.G., Almodovar A. (1996). Pike and red swamp crayfish: a new case on predator–prey relationship between aliens in central Spain. Journal of Fish Biology 48: 437–446.• Ferraresi A. & Corticelli C. (2002). Cosa sono i metalli pesanti che si “nascondono” nel cibo. Agricoltura: 17-19. • Funari E., Scardala S., Testai E. (2008). Cianobatteri potenzialmente tossici: aspetti ecologici, metodologici e valutazione del rischio. Istituto Superiore di Sanità. Rapporti ISTISAN 08/6. 92 pp.• Huxley T.H. (1880). The crayfish. New York: D. Appleton and Company. 371 pp.Simoni F., di Paolo C., Mancino A., Simoni F., Falaschi A. (2004). Microcystin concentrations in water and ichthyofauna of Massaci uccoli Wetlands (Tuscany). Harmful Alga News 25, 4 –6.• Tricarico E., Bertocchi S., Brusconi S., Casalone E., Gherardi F., Giorgi G., Mastromei G., Parisi G. (2008). Depuration of microcystin-LR from the red swamp crayfish Procambarus clarkii with assessment of its food quality. Aquaculture 285: 90– 95.

Breve bibliografia


•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/NahrungsnetzSee2.png•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/06/PodilymbusPodiceps_6864.JPG•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Hecht.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8a/Ciconia_ciconia_hamburg_zoo.JPG/800px-Ciconia_ciconia_hamburg_zoo.JPG•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/77/Lutra_lutra_1_-_Otter%2C_Owl%2C_and_Wildlife_Park.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/c/c5/MercuryFoodChain-01.png•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e6/Lead_electrolytic_and_1cm3_cube.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/b/b5/Cadmium-crystal_bar.jpg/800px-Cadmium-crystal_bar.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/9/99/Pouring_liquid_mercury_bionerd.jpg/519px-Pouring_liquid_mercury_bionerd.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d1/Massaciuccoli_lake_overview.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Microcystis_aeruginosa.jpeg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/81/Nostoc.jpg/800px-Nostoc.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/60/Microcystis_aeruginosa_680.jpg/800px-Microcystis_aeruginosa_680.jpg•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/1/1a/Cyanobacterial_Scum.JPG•http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/c/c0/Microcystin-LR.png/800px-Microcystin-LR.png

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